【摘 要】 軋鋼是連續(xù)的不間斷作業(yè)，為了保證軋機(jī)上的輥輪兩端的力值一致，并指示和控制軋制力，通常需要安裝軋制力傳感器來(lái)測(cè)量軋輥兩端的力值。尋找替代進(jìn)口的國(guó)產(chǎn)大量程測(cè)力傳感器，一直以來(lái)是軋鋼企業(yè)的夙愿。軋制力傳感器的國(guó)產(chǎn)化，是國(guó)內(nèi)測(cè)力與稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)技術(shù)全國(guó)各傳感器制造技術(shù)的攻關(guān)方向之一。
為適應(yīng)冶金行業(yè)軋制力檢測(cè)的需要，發(fā)明工作夾具，研發(fā)試制大噸位平板式結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器。軋制力傳感器產(chǎn)品在冶金軋制生產(chǎn)線得到試用，軋制力達(dá)17.5MN（兆牛），基本適應(yīng)軋制生產(chǎn)工藝的需求，解決冶金軋制力檢測(cè)的需求。軋制力傳感器獲得中國(guó)實(shí)用新型發(fā)明，201020049997.7。
【關(guān)鍵詞】 冶金；軋鋼；軋制力；檢測(cè)；傳感器
一、概述
在現(xiàn)代鋼鐵冶金企業(yè)中，從煉鋼廠出來(lái)的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼廠去進(jìn)行軋制以后，才能成為合格的產(chǎn)品。從煉鋼廠送過(guò)來(lái)的連鑄坯，首先是進(jìn)入加熱爐，然后經(jīng)過(guò)初軋機(jī)反復(fù)軋制之后，進(jìn)入精軋機(jī)。軋鋼屬于金屬壓力加工，在熱軋生產(chǎn)線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋機(jī)，zui后軋成用戶要求的尺寸。軋制生產(chǎn)線如圖1所示。
圖1 軋制生產(chǎn)線原理示意圖
第十一屆稱(chēng)重技術(shù)研討會(huì)論文集
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稱(chēng)重科技 2012.5·南京
軋鋼是連續(xù)的不間斷的作業(yè)，鋼帶在輥道上運(yùn)行速度快，設(shè)備自動(dòng)化程度高，效率也高。一般連鑄坯的厚度為150～250mm，先經(jīng)過(guò)初軋，經(jīng)輥道進(jìn)入精軋軋機(jī)，精軋軋機(jī)由7架4輥式軋機(jī)組成，機(jī)前裝有測(cè)速輥和飛剪，切除板面頭部。精軋機(jī)的速度可以達(dá)到23m/s。為了保證軋機(jī)上的輥輪兩端的力一致，并指示和控制軋制力，通常在下輥輪軸承箱下面的兩端安裝軋制力傳感器來(lái)測(cè)量輥輪兩端的力。由于傳感器是在非常惡劣的環(huán)境下測(cè)量軋制力或負(fù)載力，在金屬軋機(jī)嚴(yán)重過(guò)載或偏載的條件下長(zhǎng)期工作，需要傳感器有很高的可靠性和準(zhǔn)確性，需要對(duì)軋制力或負(fù)載的變化響應(yīng)快。
隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)煉鋼技術(shù)不斷發(fā)展，用鋼量不斷增加，對(duì)鋼材的性能要求也不斷提高，鋼廠對(duì)軋鋼工藝也越來(lái)越重視，軋鋼工藝也在不斷完善。新的工藝更注重軋鋼的質(zhì)量，在各個(gè)方面都配備相應(yīng)的設(shè)備來(lái)檢測(cè)、完善軋鋼工藝。軋制力傳感器是用來(lái)測(cè)試鋼坯在軋制過(guò)程中負(fù)載力的控制，對(duì)鋼材的質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用，而軋制力傳感器本身需要很強(qiáng)的抗過(guò)載能力，制造加工困難，所以市場(chǎng)產(chǎn)品緊缺。
國(guó)內(nèi)各大鋼廠的軋鋼流水線，一般有7個(gè)四輥輪的精軋機(jī)。也就是說(shuō)一條流水線上需要56個(gè)軋制力傳感器。
目前只有加拿大的KELK公司和ABB公司擁有成熟的工藝，生產(chǎn)的軋制力傳感器產(chǎn)品優(yōu)于其他傳感器廠家。國(guó)內(nèi)只有少數(shù)公司在開(kāi)發(fā)這種傳感器。
由于KELK公司的傳感器是根據(jù)客戶要求單獨(dú)設(shè)計(jì)的。每個(gè)傳感器都有不同的地方。所以其價(jià)格也非常昂貴，每個(gè)軋制力傳感器的價(jià)格在50-60萬(wàn)元。
尋找替代進(jìn)口的國(guó)產(chǎn)大量程測(cè)力傳感器，一直以來(lái)都是軋鋼企業(yè)的夙愿。所以軋制力傳感器國(guó)產(chǎn)化，也是國(guó)內(nèi)測(cè)力與稱(chēng)重傳感器制造企業(yè)技術(shù)攻關(guān)方向之一。
二、軋制力傳感器的技術(shù)結(jié)構(gòu)原理與技術(shù)指標(biāo)
1、軋制力傳感器的結(jié)構(gòu)
TY-SLC-17.5MN軋制力傳感器為平板式軋制力傳感器，外形結(jié)構(gòu)如圖2所示。彈性體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖2 平板式軋制力傳感器外形結(jié)構(gòu)圖
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圖3 彈性體機(jī)械結(jié)構(gòu)圖
軋制力傳感器，包括彈性體1，呈平板狀，由高強(qiáng)度合金鋼或不銹鋼材料鍛造加工制成。
彈性體1設(shè)有多組應(yīng)變孔4，為了提高傳感器的抗偏載性能，本實(shí)施例中應(yīng)變孔4為2～16組。應(yīng)變孔4內(nèi)腔粘貼軟線路板，為了提高了產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度，應(yīng)變孔4為深孔，且在深孔內(nèi)部進(jìn)行應(yīng)變電橋電路的電阻應(yīng)變片進(jìn)行布線，補(bǔ)償片板與軟線路板的電性連接。
2、軋制力傳感器工作原理
傳感器承載方式為上下平面均布受載，通過(guò)安裝在傳感器上下面的均壓塊，載荷分布板將壓力均布的加載在傳感器的上下面，使粘貼在彈性體上的補(bǔ)償片板產(chǎn)生變形，應(yīng)變電橋電路阻抗改變，輸出與重量數(shù)值成比例的電信號(hào)，經(jīng)與顯示儀表或計(jì)算機(jī)、打印機(jī)連接，儀表可同時(shí)把重量信號(hào)輸給計(jì)算機(jī)、打印等設(shè)備，組成測(cè)力監(jiān)控、稱(chēng)重管理系統(tǒng)。應(yīng)變電路測(cè)量原理如圖4所示。
圖4 應(yīng)變電路測(cè)量原理
3、主要技術(shù)指標(biāo)
zui大測(cè)量范圍：17.5MN。
激勵(lì)電壓：zui大15V，DC或AC。
線性度：小于滿量程輸出的1～1.5%。
滯 后：小于滿量程輸出的0.5%。
重復(fù)性：小于滿量程輸出的0.3%。
熱零漂：滿量程輸出的±0.005%/℃。
溫度補(bǔ)償范圍：20℃～150℃。
負(fù)載極限：過(guò)載300%無(wú)零漂，特性無(wú)變化，無(wú)機(jī)械損壞。
工作溫度：0℃～150℃。
三、制制力傳感器的制造與應(yīng)用
1、TY-SLC-17.5MN平板式軋制力傳感器的設(shè)計(jì)制造
（1）軋制力傳感器量程為17.5MN。
（2）傳感器采用一塊1000×290×94的合金鋼（40CrNiMoA）加工而成，加工時(shí)嚴(yán)格控制傳感器上下接觸面的平面度，平行度。
（3）傳感器彈性體為合金鋼材料板形結(jié)構(gòu)體，設(shè)有12組應(yīng)變孔（見(jiàn)圖2彈性體），應(yīng)變孔內(nèi)腔粘貼軟線路板；應(yīng)變孔采用深孔加工方法，深孔表面處理工藝；設(shè)計(jì)發(fā)明貼片裝夾夾具，（工具ZL200920118452.4）進(jìn)行深孔應(yīng)變片的裝夾，線路的布置，多應(yīng)變片的橋路補(bǔ)償。
（4）由于軋制力傳感器使用現(xiàn)場(chǎng)工況潮濕，水份大，需要傳感器的密封性能良好，保證傳感器內(nèi)部的元器件不受損壞，采用氬弧焊焊接的方法來(lái)密封傳感器，保證外界與內(nèi)部元件的阻隔。
（5）傳感器的側(cè)面設(shè)有管螺紋連接的防水接頭，配置標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)電纜線。
2、軋制力傳感器的試用
軋制力傳感器于廣鋼集團(tuán)珠鋼公司軋制生產(chǎn)線試用。
（1）軋制力傳感器所在軋機(jī)位置和安裝結(jié)構(gòu)如圖5，圖6所示。
圖5 安裝位置示意圖
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稱(chēng)重傳感器與稱(chēng)重儀表篇
圖6 安裝結(jié)構(gòu)示意圖
傳感器承載方式為上下平面均布受載，通過(guò)安裝在傳感器上下面的均壓塊，將壓力均布的加載在傳感器的上下面，使粘貼在彈性體上的應(yīng)變片產(chǎn)生變形，應(yīng)變橋路阻抗改變，輸出與重量數(shù)值成比例的電信號(hào)。
（2）軋制力測(cè)試系統(tǒng)安裝
軋制力測(cè)試系統(tǒng)安裝，如圖7所示。
圖7 系統(tǒng)安裝示意圖
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系統(tǒng)聯(lián)接時(shí)，應(yīng)注重以下安裝技術(shù)和配置：
①軋機(jī)機(jī)架防水蒸汽接線盒；
②密封彈性導(dǎo)管；
③接線盒與放大器之間連接線的金屬導(dǎo)管，防水蒸汽，防漏電，屏蔽接地；
④有金屬導(dǎo)管保護(hù)的電纜線聯(lián)接到儀表。
四、軋制力傳感器的技術(shù)特點(diǎn)
1、軋制力測(cè)力傳感器具備如下技術(shù)特點(diǎn)
（1）線性度好，回滯小；
（2）受不均勻力影響小；
（3）響應(yīng)時(shí)間快；
（4）抗過(guò)載能力強(qiáng)；
（5）在線校準(zhǔn)。
2、針對(duì)進(jìn)口設(shè)備的不足，做了如下技術(shù)改進(jìn)
（1）測(cè)力傳感器密封設(shè)計(jì)的改進(jìn)
根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況條件和實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一般常規(guī)的測(cè)力傳感器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)：整體全部焊接，使其成為一個(gè)剛度很強(qiáng)的構(gòu)件，在測(cè)力傳感器通訊接口的密封方面，以方便傳感器的日常檢修更換作業(yè)為前提，在設(shè)計(jì)中充分考慮現(xiàn)場(chǎng)的使用維護(hù)要求，更換傳感器，不需要?jiǎng)佑眠^(guò)多的機(jī)械設(shè)備。
（2）傳感器的抗沖擊設(shè)計(jì)
采用目前上*的扭環(huán)式傳感器，它具有300%的抗沖擊能力。
（3）抗水平推力的設(shè)計(jì)
當(dāng)軋機(jī)啟動(dòng)或剎車(chē)對(duì)傳感器形成巨大水平推力時(shí)，一般容易造成傳感器移位，導(dǎo)致測(cè)量精度下降，甚至使測(cè)量系統(tǒng)失效，也容易使傳感器受損，在設(shè)計(jì)中采用可靠的抗水平推力裝置導(dǎo)向套保護(hù)傳感器不受損傷。
（4）解決了測(cè)力傳感器工作時(shí)的高溫威脅難題（≤250℃）
應(yīng)用進(jìn)口高溫自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（如：KFH系列）。這種應(yīng)變計(jì)的絲柵材質(zhì)為卡碼，基底為玻璃纖維加強(qiáng)的聚酰亞胺，能與國(guó)產(chǎn)傳感器用材質(zhì)40CrNimOA鋼的線脹系數(shù)匹配（自補(bǔ)償），能在≤+250℃溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期工作。
3、TY-SLC-17.5MN軋制力傳感器，經(jīng)中國(guó)測(cè)試技研究院檢測(cè)校準(zhǔn)，軋制力達(dá)17.5MN。基本適應(yīng)軋制生產(chǎn)工藝的需求和符合設(shè)計(jì)要求。