轧制期间长材几何形状的精确测量

1、    轧制期间长材几何形状的精确测量         1 引言长材的生产越来越朝向公差更紧、成材率更高、材质和尺寸变换更频繁的方向发展。为了使轧机能够提供优质钢材和满足用户日益增长的需要，生产方必须随时准备应对公差要求更紧、细节说明不足且小批量生产及交货的挑战。在轧制过程中随时了解轧材的几何尺寸是否偏离目标值是有效的解决方案之一。过去，在轧制期间精确测量轧材尺寸是很困难的。那时，轧钢厂的生产人员一般是通过卡尺在非固定位置上测量轧材尺寸的。这种做法对于这些工作人员是非常危险的

2、，因为他们不得不走到冷床前冒着高温测量热轧材尺寸。虽然在钢材冷却后可以进行测量操作且数据也精确得多，但是这种方法的测量过于滞后且适用范围太窄，所以很少采用。因此，在无法掌握轧材精确尺寸的情况下，常常不得不采用大公差生产，而超过规定尺寸的钢材交货后往往会给下游生产带来问题。采用影像测量系统是测量圆形加工件的最好方案。但是，它们测量轧制小方坯或结构型钢的完整外形的数值是不稳定的，因为它们对轧件的每个测量轴只能测量到一个外部尺寸数据。此外，具有若干固定三角激光仪的系统也不是长材生产的最佳选择，因为它们只能在几个点上测量，提供的轧材外周数据较少，因为得不到轧材完整的外形情况。而激光扫描三角传感器虽然可

3、以捕捉到产品的整个外形，但是它们更适于安装在导卫装置非常稳定的生产线上，如连铸生产线，在这类生产线，它们可以在同一时间同时测量若干个铸流。2 技术由LAP公司开发的新型外形检测系统（Profile Check System）可以在线测量轧制大方坯、小方坯和型坯的整个截面。它们的工作原理是沿轧材截面捕捉各种异常现象，如凹凸形缺陷、圆形外缘和飞边厚度。另外，在高速轧制的情况下，它们可以提供轧材的完整截面数据和详尽的纵向数据，即使是在轧材正在进行快速横向运动情况下也能如此。外形的计算数据以截面形状图和纵向形状图的形式实时展示在显示器上。目标值和实际尺寸之间的倒可偏差都以不同颜色的形式表现出来。这样，

4、控制人员通过观察可轻易了解到产品的尺寸是否在要求的公差范围内。他们可以沿轧材的整个长度方面辨别是超过了公差或者是公差不足，缺陷是凸起、尖角、长菱形，还是发生了扭曲，因此，在生产过程中可以随时进行干预。测量数值，如最大和最小数值的平均值，输送到过程控制系统中，并存储在数据库中。下游工序的操作人员可以通过在线查询调出这些数据。此外，大量的有用数据可以在第一时间成为CpK值（表示与标准极限接近程度的数值），以便用适当的方法进行计算。3 测量原理新型ProfileCheck系统通过线性激光仪将激光连续投射到轧制小方坯的外周上。摄像仪对这些激光线进行扫描，扫描图形随着测试物的形状和位置而变化。一个专用软

5、件程序将测量物的外形实时计算出来，并产生出完整的外形图形。测量工作是在轧件到达测量位置时自动启动的。这种小型截面测量技术适合于小型材、圆钢和中型型钢，包括H型钢、I型钢、U型钢、Z型钢、T型钢和L型钢及轨梁钢。而测量的截面是以截面图的形式在线展示在显示器上，纵向图形是通过累积的截面数据计算出来的，并展示在同一显示屏上。Profile Check技术非常适合于轧机使用。一个坚固的外罩保护着测量系统，以防铁鳞、灰尘、蒸汽、高温和水带来的损坏。系统很紧凑，其内安装有过滤器，并通入降温用的空气。这确保了测量仪内部的温度不超过20，最大限度地保证了系统的使用。保养工作仅限于每周一次对空气泵进行检查。4

6、第一次实际使用由LAP开发的新型小型截面测量系统已经在轧机的实际生产条件下通过了严格的检验：它可在欧洲不锈钢热轧机上对小型钢、圆钢和扁钢进行测量。加工件为长度10m至40m的高低合金钢轧制小方坯，轧制温度为800-1200。轧机操作人员一开始选择在大方坯初轧机上安装测量截面的装置，实时显示测量数据，并能将精确数据传输给后续加工阶段。后经过研究决定在最后一个初轧机架之后对每条小型轧制线安装测量完整外形尺寸的测量系统。工艺技术部门通过对若干个光学测量系统进行考察，最后决定采用小型截面测量系统。选择这种测量系统是因为在高频率测量情况下，它可以产生完整的外形图形。此外，在轧机机架与冷床之间的间隙太小以

7、致无法安装市场上出售的所有现成的测量系统。Profile Check系统安装在初轧机架的后面，取代不再需要的旋转式装置。由于小型截面测量系统沿轴向的厚度较小，所留下的空间甚至可以安装导卫装置以防止测量系统受到碰撞。LAP公司将小型截面测量系统与轧机现有界面相接，并最终与轧机过程控制系统相连。每种规定产品尺寸自动转换成相应的热态尺寸并且作为目标值传送到过程控制系统中。通过第一次使用，LAP公司确认测量系统的目标值和每一次的实际测量几何数据都是正确有效的。在日常生产时，测量精度可达到0.15mm。从第一次测量开始所捕捉到的几何数据都具有连续性并且能够对每个轧制小方坯进行质量追踪。进一步的获益是测量

8、和分析数值可用于质量控制和工艺优化。如今，ProfileCheck系统可以对轧制小方坯进行100%测量，并且投入使用已有一年半了，没有出现任何问题。该系统从一开始就被生产线工作人员接受，并且融入生产工艺中，从此再也没有使用人工测量法。5 未来趋势用户的下一个目标是使轧材更接近最终要求的尺寸，因而要减少轧制铁鳞的生成，并且尽可能地在下游工序中完全取消除鳞操作。Profile Check适合于不同几何截面的型钢的在线测量。未来，它将用于型钢和方钢的测量。6 结论本系统的目的是给出每个轧制小方坯的客观测量数据，这与之前采用的少量无序测量为基础的主观评估相比是一个飞跃。此外，需要控制台操作人员干预系统的反应时间也大大缩短了。目前已经清楚地看到了这一趋势；所有这些为控制人员的决策提供了强大的信息基础。由于小型截面测量技术的存在，使生产更接近最终产品要求的轧制材和减少机加工量。已知每个加工小型材的实际尺寸，并制成文档。超出公差的产品可以立即拣出，或改签到其它订单上。Profile Check