Требования к выпускаемой продукции. Порядок технологических операций при прокатке на стане "5000". Описание методов измерений толщины проката. Устройство, работа и характеристика измерителя толщины полосы. Измерение временного сопротивления разрыву.
Аннотация к работе
Измерение геометрических размеров проката производят для контроля размеров и учета количества проката перед сдачей готовой продукции на склад; для выявления нарушений технологического режима с целью ручной или автоматической настройки прокатных станов; для использования автоматизированных систем отделки прокатных изделий (например, резки в функции длины или ширины проката). На стане возможна прокатка листов толщиной от 8 до 160 мм, шириной от 1500 до 4800 мм, длиной от 6000 до 24000 мм из углеродистых, конструкционных, низколегированных и легированных марок стали, прокатываемых по обычному режиму. На стане возможна реализация три типа прокатки: - Нормальная прокатка (НП) - прокатка, при которой лист прокатывается без учета специальных температурных требований. Контролируемая прокатка - Нормирующая (КП-Н) - прокатка, при которой лист прокатывается в клети стана с учетом температурных требований и обжатий по толщине. Контролируемая прокатка - термомеханическая прокатка (ТМП) - прокатка, при которой лист прокатывается в клети в два (три) этапа.Для измерения толщины листа разработаны толщиномеры по принципу действия которые можно разделить на следующие группы: 1) приборы, основанные на измерении степени поглощения электромагнитного излучения или потока ?-частиц; 2) электромагнитные; 3) пневматические; 4) ультразвуковые.
Введение
прокат стан технологический
Измерение геометрических размеров проката производят для контроля размеров и учета количества проката перед сдачей готовой продукции на склад; для выявления нарушений технологического режима с целью ручной или автоматической настройки прокатных станов; для использования автоматизированных систем отделки прокатных изделий (например, резки в функции длины или ширины проката).
Широкий сортамент прокатываемой продукции, большие скорости прокатных станов, высокие температуры прокатываемого металла, а также сильные вибрации, ударные нагрузки, повышенная влажность и т.д. предъявляют высокие требования к приборам для измерения геометрических размеров проката.
Создание высокопроизводительных прокатных станов со скоростью прокатки 25-30 м/сек и выше, а также повышение требований к точности продукции обусловили создание автоматических непрерывно действующих приборов для бесконтактного измерения геометрических размеров металла по всей длине в процессе прокатки. Наличие таких приборов значительно облегчает настройку станов, позволяет уменьшить поле допусков по размерам, снизить потери на брак и тем самым увеличить выход годного[1].
В данной курсовой работе рассмотрим измерение толщины горячекатаных листов на стене 5000 ЛПЦ-9.
1. Характеристика готовой продукции, описание и схема технологического процесса
1.1 Основные требования к выпускаемой продукции
Стан 5000 предназначен для производства листов толщиной от 8 до 100 мм, шириной от 1500 до 4800 мм, длиной от 6000 до 24000 мм из низколегированных марок стали типа 09Г2ФБ, 10Г2ФБЮ, 13Г1СУ и других, прокатываемых по контролируемому режиму.
На стане возможна прокатка листов толщиной от 8 до 160 мм, шириной от 1500 до 4800 мм, длиной от 6000 до 24000 мм из углеродистых, конструкционных, низколегированных и легированных марок стали, прокатываемых по обычному режиму.
Возможна поставка листов шириной от 900 до 2400 мм после продольной резки по оси.
Оборудование стана обеспечивает прокатку и отделку листов со следующими прочностными характеристиками (при температуре 20 °С): - с пределом прочности до 1200 МПА;
- с пределом текучести до 750 МПА (при толщине листа от 41 до 50 мм);
- с пределом текучести до 1000 МПА (при толщине листа до 40 мм).
Размеры листов, их предельные отклонения и плоскостность должны соответствовать требованиям стандартов или технических условий на поставку толстолистовой продукции. Основные марки стали, прокатываемые на стане 5000, приведены в таблице 1.
На примере, горячекатаного листа размерами 12?1500?6000 мм из марки стали 09Г2С, рассмотрим требования к готовой продукции.
Листы изготовляют из низколегированной стали, полностью раскисленной прошедшей десульфурацию, продувку инертным газом. Допускается обрабатывать сталь кальцием или его сплавами. Вид внепечной обработки указывают в документе о качестве.
Качество поверхности листов должно соответствовать требованиям ГОСТ 14637.
На поверхности листов не должно быть рванин, трещин, плен, закатов, задиров, раковин, гармошки, вкатанной окалины, неметаллических включений, пузырей - вздутий, раскатанных корочек и пригара. При визуальном осмотре не допускается выход на поверхность и кромки листа расслоений любого размера.
На поверхности листов допускаются риски и царапины глубиной не более 0,2 мм без ограничения их протяженности, а также глубиной не более 0,4 мм и протяженностью не более 150 мм, а также другие местные дефекты поверхности (раковины, забоины с плавными очертаниями, рябизна), глубина которых не выводит толщину за пределы минимально допустимой величины. Механические повреждения допускается устранять методом шлифования.
Дефекты поверхности, кроме трещин могут быть удалены пологой зачисткой абразивным инструментом. В местах зачистки толщина листа не должна выходить за пределы минимально допустимой и должна контролироваться ультразвуковыми толщиномерами.
Ремонт листов заваркой не допускается.
100% листов подвергают ультразвуковому контролю на наличие расслоений.
Несплошность листов не должна превышать по всей площади класса S1, а по продольным и поперечным прикромочным зонам - класса Е3 стандарта EN 10160.
Допускается проведение ультразвукового контроля по всей площади листа (за исключением прикромочных зон), предназначенного для производства труб диаметром до 1020 мм включительно на рабочее давление до 7,4 МПА включительно, в соответствии с классом 1 ГОСТ 22727.
Ширина контролируемых продольных прикромочных зон должна быть не менее 50 мм, поперечных - не мене 150 мм [4].
Сведем значения нескольких единичных показателей влияющих на качество продукции (горячекатаного листа размерами 12?1500?6000 мм из марки стали 09Г2С), и укажем их предельные отклонения, в таблице 1.
Таблица 1. Показатели, оказывающие влияние на качество и их предельные отклонения
Параметр проката толстолистового 12 ?1500? 6000 из марки стали 09ГС Предельные отклонения
Толщина 12 мм 0,30 -0,80
Ширина 1500 мм 10
Длина 6000 мм 10
Временное сопротивление разрыву 560 Н/мм2 не менее 470
Предел текучести 340 Н/мм2 не менее 325
Относительное удлинение 30% не менее 21
Содержание Mn 1,5% 1,3-1,7
Содержание С 0,09% не более 0,12
1.2 Порядок технологических операций при прокатке на стане «5000»
Нагрев слябов перед прокаткой
Слябы нагревают до температуры 1150-1250°С в двухрядных печах с шагающими балками. При необходимости бракованные слябы могут убираться на склад слябов при помощи устройства возврата.
Удаление окалины
Окалина удаляется на окалиноломателе, гидросбивом.
Прокатка металла
Транспортировка слябов к клети
Нагретые слябы выдаются в прокатку согласно графику посада. Допускается работа с одной печи и выдача слябов новой плавки до выдачи предыдущей при возникновении внештатной ситуации на одной из печей до устранения причин. После выдачи из печи слябы передаются по рольгангу к клети. В случае задержки предыдущего раската в клети, слябу сообщают возвратно-поступательное движение во избежание местного охлаждения металла и перегрева роликов рольганга. При транспортировке к клети слябы должны проходить через камеру гидросбива для предварительного удаления окалины. Давление воды в системе гидросбива должно быть не менее 19,0 МПА (190 кгс/см2). Подача воды прекращается после того, как задний конец сляба выйдет из первичного гидросбива окалины. Очищенный от окалины сляб передается подающим рольгангом в четырехвалковую горизонтальную клеть, оборудованную поворотными столами и боковыми направляющими на входной и выходной стороне.
Черновая стадия прокатки
На стане возможна реализация три типа прокатки: - Нормальная прокатка (НП) - прокатка, при которой лист прокатывается без учета специальных температурных требований.
- Контролируемая прокатка - Нормирующая (КП-Н) - прокатка, при которой лист прокатывается в клети стана с учетом температурных требований и обжатий по толщине.
- Контролируемая прокатка - термомеханическая прокатка (ТМП) - прокатка, при которой лист прокатывается в клети в два (три) этапа. Прокатка ведется с учетом температурных требований и требований обжатий по толщине.
К прокатке можно приступать после проведения следующих операций: 1 - Включения всех систем смазки и гидравлики;
2 - Подачи смазки на подшипники жидкостного трения;
3 - Подачи технической воды на охлаждение валков;
4 - Подачи воды в систему гидросбива окалины;
5 - Проверки расчета регламентируемых параметров прокатки (температурные режимы, режимы обжатий, скорость охлаждения и т.д.);
6 - Готовности систем автоматизации по линии стана.
Прокатка листов производится, согласно расчету схемы прокатки моделью второго уровня АСУ, по продольно-поперечной схеме с разбивкой ширины. При поперечной прокатке получают заданную ширину листа с припуском на ширину обрезаемых кромок. Суммарное обжатие при поперечной прокатке зависит от требуемой ширины раската и размеров сляба. При этом длина получаемого при поперечной прокатке раската не должна превышать 4900 мм.
Прокатка должна производиться посередине бочки валков, для чего раскат центрируют с помощью линеек манипуляторов. После достижения требуемой длины (будущей ширины) раската его кантуют на 90 градусов и производят дальнейшую прокатку.
Чистовая стадия прокатки
Для оперативной корректировки технологии начальнику лаборатории стана 5000 разрешается внесение изменений в температурные режимы прокатки и охлаждения.
Температурные режимы прокатки достигаются выдерживанием раската на охлаждающем рольганге, количеством проходов, режимом обжатий по проходам, в соответствии с расчетами модели прокатки второго уровня.
Допускаемые отклонения толщины раската должны соответствовать требованиям НД. В случае прокатки раскатов двойной ширины для последующего продольного роспуска предельные отклонения по толщине раската должны соответствовать допускам, установленным для листов после продольного роспуска. В случае прокатки раскатов двойной ширины, предназначенных для несимметричного продольного роспуска предельные отклонения по толщине должны соответствовать допускам, установленным для минимальной ширины листа.
При поперечной разнотолщинности раскатов, исключающей возможность получения проката с заданной точностью, принимают меры к ее уменьшению путем устранения перекоса на валках.
Во время чистовой прокатки необходимо следить за состоянием поверхности листа с тем, чтобы не допускать вкатывания частиц металла или посторонних предметов. Контроль за качеством поверхности раската возлагается на вальцовщика.
При неудовлетворительной плоскостности раската оператор ПУ-2 должен провести коррекцию расчета на следующий сляб.
Прокатка выбросов и недокатов
Под выбросом следует понимать сляб выданный из печи после его нагрева и не подвергнутый обжатию в клети стана.
Недокат - сляб, прокатанный в один или более проходов в клети стана.
Недокаты относятся к несоответствующей продукции и толщиной 70 мм и более могут быть перекатаны на стане. В случае отсутствия возможности или целесообразности доработки недокатов - недокаты переводятся в брак.
При необходимости недокаты перед прокаткой разрезаются на мерные длины согласно фабрикации размеров листов получаемых после переката.
Все выбросы и недокаты должны иметь маркировку, состоящую из номера плавки, номера сляба, марки стали. В случае маркировки недокатов также указываются их размеры (длина, ширина, толщина). Маркировка наносится краской или пеком.
Все выбросы и недокаты учитываются в рапорте прокатки оператором ПУ-2.
При помощи клещей выбросы или недокаты передаются на склад слябов и складируются в специально отведенных для этого местах.
Охлаждение раскатов в установке ускоренного охлаждения
В установке ускоренного охлаждения производят следующие операции: - предварительная горячая правка раскатов;
- ускоренное охлаждение раскатов;
- закалка раскатов с прокатного нагрева;
- прерванная закалка раскатов.
Предварительная правка раската производится в машине предварительной правки в автоматическом режиме. При охлаждении раскатов толщиной более 50 мм предварительная правка не производится.
Ускоренному охлаждению подвергают раскаты толщиной до 100 мм включительно. Температура охлаждающей воды в установке ускоренного охлаждения (УУО) должна быть 24-25 °С.
Раскаты, направленные на прямую закалку, охлаждаются до температуры (200±10) °С.
Отделка раскатов
Правка раскатов
Прокатанные раскаты в горячем состоянии подвергаются правке на машине горячей правки. Температура правки раскатов составляет до 1000 °С. Толщина раскатов от 8 до 100 мм.
Маркировка раскатов
Маркировку раскатов производят непосредственно после горячей правки. Каждый раскат маркируется с обеих сторон. Маркировка наносится на каждый крат и содержит год выплавки, номер плавки и номер сляба.
Замедленное охлаждение раскатов
Передний и задний конец штабеля по всему периметру укрывается теплоизолирующим материалом «Supersilk». Длина укрываемого участка штабеля должна быть не менее 2,5 м.
Металл охлаждается в штабелях в течение не менее 72 часов (если иное не регламентировано техкартой). Температура разбора штабеля не более 100 °С. Измерение температуры производят по середине высоты боковой кромки штабеля с двух сторон.
Охлаждение раскатов на холодильнике
Раскаты после горячей правки охлаждаются на холодильнике с шагающими балками. Температура раскатов после холодильника не более 60 °С.
Охлаждение раскатов длиной до 25 м производят в два ряда, а раскатов длиной более 25 м в один ряд - при совместной работе обеих секций. Допускается нахлест головной и хвостовой части смежных раскатов друг на друга если это перекрытие не превышает половины величины торцевой обрези установленной в техкарте.
Осмотр раскатов на инспекционном столе
Поверхность раскатов после охлаждения осматривается на инспекционном столе №1. Осмотр должен производиться только на остановленном оборудовании.
При осмотре верхней поверхности раскатов на 1-ом инспекционном столе работники ОКП мелом отмечают выявленные поверхностные дефекты. Удаление дефектов с поверхности раскатов производится на инспекционном столе №1 напольными наждачными машинами.
После осмотра верхней поверхности раскат передают на кантователь, где его кантуют на 180°. После кантовки раската производится контроль его нижней поверхности.
При осмотре нижней поверхности раскатов работники ОКП мелом отмечают выявленные поверхностные дефекты. Удаление дефектов с поверхности раскатов производится на инспекционном столе №1, напольными наждачными машинами.
Контроль верхней и нижней поверхности раскатов и удаление выявленных поверхностных дефектов производится на 100% раскатов.
Ультразвуковой контроль (УЗК) внутренних дефектов
Ультразвуковой контроль (УЗК) внутренних дефектов осуществляется при наличии требований в заказе в соответствии с требованиями ТИ 101-П-ГЛ9-6 «Контроль внутренних дефектов листового проката на участке ультразвукового контроля ЛПЦ-9».
Обрезка переднего и заднего концов раската
Обрезка переднего и заднего концов и при необходимости деление раската производится на ножницах поперечной резки №1.
Обрезка боковых кромок раската
После обрезки переднего конца раскаты поступают на сдвоенные кромкообрезные ножницы.
Положение раската должно обеспечивать одинаковую ширину боковой обрези.
Максимальная ширина обрези по кромке с одной стороны должна быть не более 150 мм. Если ширина обрези выходит за указанные пределы, порезка производится за два пропуска.
Продольная резка раскатов
Ножницы продольной резки предназначены для продольной резки раската на листы с одновременной обрезкой боковых кромок на сдвоенных кромкообрезных ножницах.
Порезка раскатов на мерные длины
Порезка раскатов на мерные длины производится на ножницах поперечной резки №2.
Перед порезкой раскат позиционируется магнитным манипулятором. Порезку раскатов на мерные длины производят с помощью двух тянущих роликов и одного измерительного ролика.
Отбор проб для определения механических и технологических свойств
Вырезка планок для отбора проб производится на ножницах поперечной резки №1 или №2.
Количество и размеры планок для проб определяются нормативной документацией на продукцию (НД). Отбор проб производят в соответствии с ГОСТ 7564, если иное не оговорено в задании на прокат.
Отбор проб и вырезку заготовок для исследовательских целей производят по указанию инженеров ЦЛК, согласно заявке подписанной начальником лаборатории ЦЛК и согласованной с руководителями цеха.
Вырезанные на ножницах №1 или №2 планки поступают на агрегат подготовки заготовок для проб, где производится вырезка заготовок по видам испытаний, допускается вырезку проб производить газовыми резаками.
Маркировка листов
После порезки на мерные длины листы транспортируют к маркировочной машине, где на каждый лист наносят маркировку в соответствии с условиями заказа.
Маркировка осуществляется при помощи маркировщика краской или клеймением, производится поперек листа, должна располагаться на расстоянии не более 100 мм от переднего торца листа и включает: - товарный знак или условное обозначение предприятия-изготовителя;
- марку стали или ее условное обозначение;
- год выплавки;
- номер плавки;
- номер сляба;
- номер партии;
- геометрические размеры листа;
- номер листа.
Маркировка может содержать другие обозначения в соответствии с условиями заказа.
Маркировка боковой кромки листа производится по требованию потребителя черными символами и включает: - штрих код;
- номер плавки;
- номер партии;
- номер листа;
- другие знаки согласно требований контрактов или спецификаций).
На листе возможно нанесение информации, не превышающей 8 строк по 30 знаков каждая.
Термообработка
Для некоторых марок стали требуется термообработка. Термообработка листов осуществляется в проходных роликовых печах в защитной атмосфере. В термоотделении возможно проведение следующих видов термообработки: нормализация, закалка, отпуск.
Правка листов на роликоправильной машине холодной правки
Листы, направленные на повторную правку подвергаются правке на роликоправильной машине холодной правки.
Роликоправильная машина настраивается для каждой толщины листа. Системой автоматизации установлен базовый зазор между роликами, который зависит от толщины листа и марки стали. Правка листов толщиной до 24 мм осуществляется в девяти роликовом режиме, правка листов толщиной 24 мм и выше - в пяти роликовом. Для управления зазором предусмотрены четыре быстродействующих независимых контура для каждого главного цилиндра.
Окончательная приемка, складирование и отгрузка готовой продукции
После маркировки листы транспортируются к инспекционному столу №2, где осуществляется контроль качества и, в случае необходимости, производится зачистка дефектов. Зачистка и приемка металла на инспекционном столе №2 осуществляется на остановленном оборудовании. При осмотре поверхности листов на инспекционном столе №2 работники ОКП мелом отмечают выявленные поверхностные дефекты. Зачистка поверхностных дефектов производится абразивным инструментом. Глубина зачистки не должна превышать предельные отклонения толщины, предусмотренные НД на продукцию. Зачистка должна быть пологой.
Контроль геометрических размеров и серповидности листов осуществляется на инспекционном столе №2 в соответствии с требованиями НД.
Контроль качества реза осуществляется работниками ОКП визуально на инспекционном столе №2 одновременно с контролем геометрических размеров.
Работники ОКП инспекционного стола №2 при визуальном выявлении дефектов плоскостности направляют листы на повторную правку на машине холодной правки. Периодичность замены роликов роликоправильной машины холодной правки - не реже чем 1 раз в 6 месяцев.
После приемки листов работниками ОКП на инспекционном столе №2 листы передаются на участок адъюстажа, где при помощи электромостовых кранов складируются в штабеля. Листы аттестованные «НП» складируется отдельно от годных в изоляторе НП.
На листы аттестованные годными бригадир отгрузки составляет формировочную вагонную карточку. В формировочную карточку заносятся данные о заказчике и сведения о листах: марка стали, номер плавки, номер партии, номера листов, их количество, размеры и масса. Бригадир несет ответственность за правильность составления формировочной карточки.
После получения удовлетворительных механических испытаний на основании формировочной карточки бригадир отгрузки совместно с контролером ОКП производят отгрузку металла потребителю.
При визуальном выявлении неплоскостности листов на участке адъюстажа работник ОКП направляет лист для контроля плоскостности на контрольной плите. В случае несоответствия плоскостности листов требованиям НД листы передаются на участок листоотделки для повторной правки на машине холодной правки. [2]
Метрологическое обеспечение технологического процесса прокатки горячекатаного листа на стане на стане 5000 представлено в таблице 2.
Технологическая схема производства проката на стане 5000 ЛПЦ-9 и последовательность выполнения операций представлены на рисунке 1.
Таблица 2. Метрологическое обеспечение технологического процесса
№ п/п Контролируемый параметр Средство измерений или нормативный документ на методику (метод) измерений Номер пункта ТИ
Наименование Рабочий диапазон изменения или номинальное значение и предельные отклонения, единицы
1 Толщина сляба 190, 250, 300 мм Штангенциркуль, 0-300 мм, ц.д. 0,1 мм, к.т. 2 по ГОСТ 166 2.2.2, 2.3.3
2 Ширина сляба 1400-2700 мм Рулетка, не менее 3 м, к.т. 3 по ГОСТ 7502
3 Длина сляба 2,5-12 м
4 Давление воды в системе гидросбива 19 МПА, не менее Преобразователь давления, 0-25 МПА, ±0,5%; контроллер Simatic S7-400 4.2.1.4, 4.2.2.11
5 Толщина раската 8-100 мм Изотопный толщиномер IMS PA 113194, диапазон измерений 8-100 мм 4.2.3.4
6 Температура раската при прокатке 900-1250 °С Пирометр R1 фирмы «Land», 600-1600 °С; контроллер LMT Technics (фирмы «Land») 4.2.2.9, 4.2.3.3
7 Температура раската при охлаждении в установке ускоренного охлаждения В соответствии с КСУ НСИ Пирометр MZ фирмы «Land», 150-900 °С; контроллер Land LMT Technics 4.3.3
8 Температура воды в установке ускоренного охлаждения 24-25°С Термометр сопротивления Pt100 фирмы Jumo, 0-100 °С; контроллер Simatic S7-400 4.3.3
9 Температура металла перед разбором штабеля 100°С, не более Пирометр инфракрасный Fluke 568 (переносной), диапазон измерений -40?800 °С 4.4.3.6
10 Температура раската после холодильника 60°С, не более Пирометр инфракрасный Fluke 568 (переносной), диапазон измерений -40-800 °С 4.4.4.2
11 Толщина металла в месте зачистки дефекта 8-50 мм Толщиномер ультразвуковой 26MG, 0,5 - 500 мм 4.4.5.7, 5.2
12 Толщина листов 8-50 мм Микрометры МК, 0-25, 25-50 мм, к.т. 2 по ГОСТ 6507 5.3
Толщиномер ультразвуковой, 0,7 - 300,0 мм
13 Ширина листа 900-4850 мм Рулетка, не менее 5 м, к.т. 3 по ГОСТ 7502
14 Длина листа 6-24 м Рулетка, не менее 30 м, к.т. 3 по ГОСТ 7502
15 Серповидность листов согласно НД на продукцию Метод измерений по ГОСТ 26877, линейка измерительная, 0-300 мм
16 Неплоскостность листов согласно НД продукцию Метод измерений по ГОСТ 26877, инспекционная плита, линейки измерительные ГОСТ 427, 0-1000 мм, 0-300 мм 5.12
Примечание - Допускается применять средства измерений, имеющие метрологические характеристики не хуже указанных в графе 4
2. Описание методов измерений толщины проката
Толщину проката в прокатном производстве измеряют двумя методами: прямым и косвенным.
При прямом методе измерения толщина изделия (или отклонение толщины от заданной) с помощью датчиков непосредственно преобразуется в электрическую величину, по которой и судят о толщине проката. При косвенном методе измерения о толщине проката судят по тем параметрам процесса прокатки, которые связаны функциональной зависимостью с толщиной прокатываемого металла. Наиболее просто толщину прокатываемых листов таким методом можно определить по давлению металла на валки.
Приборы, основанные на прямом методе измерения, можно разделить на контактные и бесконтактные. В приборах контактного типа измерения производят при соприкосновении измерительных элементов (или преобразователей) с поверхностью проката. При этом объект контроля может перемещаться или быть неподвижным относительно измерительных элементов.
Недостатки приборов контактного типа следующие: 1) они не обеспечивают достаточной точности при большой скорости прокатки (>10 м/сек);
2) толщина измеряется только в одном месте (обычно с края листа);
3) при длительной работе наблюдается большой износ роликов, в связи с чем требуются частые поверки;
4) не исключена возможность порчи поверхности проката;
5) не учитывается тепловая деформация роликов.
В последнее время для измерения толщины прокатываемых изделий широкое применение нашли бесконтактные приборы, в которых измерение производится без соприкосновения измерительных элементов с поверхностью изделия.
Бесконтактные толщиномеры по принципу действия можно разделить на следующие группы: 1) приборы, основанные на измерении степени поглощения электромагнитного излучения или потока ?-частиц; 2) электромагнитные; 3) пневматические; 4) ультразвуковые.
Рассмотрим принцип действия данных групп бесконтактных толщиномеров.
1. В приборах, основанных на измерении степени поглощения электромагнитного излучения, используется два вида электромагнитного излучения: рентгеновские и g - лучи.
Рентгеновские лучи возникают в результате торможения электронов, g - лучи являются результатом ядерных превращений, но и те и другие возникают при переходе ядра из возбужденного энергетического состояния в более низкое энергетическое состояние.
Длина волны рентгеновских лучей находится в диапазоне 0,01-5 °А, g - лучей - в диапазоне 0,005-0,01 °А. Этот диапазон считают условным, так как современная техника сверхвысоких напряжений позволяет получать рентгеновские лучи большей «жесткости».
Рентгеновские и g - лучи занимают наиболее коротковолновый участок шкалы электромагнитных волн. Они невидимы для глаза человека и обладают способностью проходить сквозь непрозрачные для видимого света предметы.
Рентгеновские и g - лучи, подобно световым, вызывают свечение (люминесценцию) некоторых веществ, в связи с чем при просвечивании рентгеновскими и g - лучами используют флуоресцирующие экраны; эти лучи могут вызвать ионизацию воздуха и газов, делая их электропроводными, что дает возможность их обнаружить и измерять их интенсивность.
При похождении рентгеновских и g - лучей через вещество их интенсивность постепенно уменьшается асимптотически приближаясь к нулю:
где I и I0 - начальная интенсивность излучения и интенсивность излучения после про хождения слоя поглощающей среды толщиной h см;
m - линейный коэффициент ослабления излучения в данной среде, который зависит от энергии излучения, атомного номера и плотности среды.
В качестве источников рентгеновского излучения применяются рентгеновские трубки и бетатроны, а в качестве источников g - излучения - в основном искусственные радиоактивные изотопы.
Действие приемников излучения основано на различных видах взаимодействия с веществом. В большинстве приемников излучения используется ионизация, создаваемая в них при прохождении заряженных частиц. Сюда относятся ионизационные камеры, газоразрядные счетчики и сцинтилляционные счетчики.
2. Принцип действия электромагнитных измерителей толщины листов и покрытий основан на прямом или косвенном измерении магнитного потока, изменяющегося с изменением толщины листа или покрытия. Для измерения толщины листов и покрытий применяют три основных электромагнитных метода.
Первый метод основан на измерении силы притяжения постоянного магнита или электромагнита к исследуемому объекту. Эта сила определяется при отрыве магнита от объекта. Данный метод получил название магнитного отрывного метода, а приборы, использующие его, называют отрывными толщиномерами. Этот метод применим только для измерения толщины ферромагнитных материалов, а также для измерения немагнитных (или слабо магнитных) покрытий на ферромагнитном основании. В непрерывном технологическом потоке этот метод практически не применяется, поскольку объект находится в контакте с магнитом.
Второй метод измерения толщины листов и покрытий основан на изменении сопротивления магнитной цепи, составленной из листа и сердечника электромагнита. Его используют при измерении толщины листов из ферромагнитных материалов.
Наибольшее распространение получил третий метод - метод вихревых токов (или метод электромагнитной индукции). Этот метод заключается в следующем: испытуемый объект помещают в магнитное поле катушки или в катушки, питаемые переменным током. Переменное магнитное поле индуктирует в испытуемом объекте вихревые токи, которые в свою очередь создают собственное магнитное поле, направленное против основного магнитного поля. В результате взаимодействия этих магнитных полей электрические параметры катушки изменяются. Величина вихревых токов и их магнитного поля при всех прочих равных условиях зависит от свойств испытуемого объекта. Поэтому с изменением этих свойств будут изменяться и электрические параметры катушки.
3. Принцип действия пневматических измерителей толщины листов основан на зависимости между расходом сжатого газа и площадью проходного сечения отверстия. При адиабатическом истечении эта зависимость может быть выражена формулой где р - давление газа перед измерительной камерой;
рх - давление газа в измерительной камере;
S1 - проходное сечение в измерительную камеру с диаметром d;
S2 - проходное сечение зазора.
При постоянных размерах проходного сечения S1 и величине давления р давление в измерительной камере однозначно определяется размерами проходного зазора S2.
Для поддержания давления воздуха постоянным в пневматических измерительных системах перед измерительной камерой применяют специальные устройства - стабилизаторы, перед которыми обычно устанавливают фильтры для очистки воздуха.
Пневматические датчики обладают большой инерционностью, особенно если для измерения давления рх применяют жидкостные манометры. Кроме того, они могут быть использованы только в свободной атмосфере.
Для измерения толщины проката в основном пользуются дифференциальным методом измерения, при котором положение контролируемого листа не оказывает влияния на точность измерения. В связи с тем, что показания пневматических датчиков зависят от скорости листов, данный метод применяют на станах холодной прокатки главным образом для измерения тонкой ленты при скорости прокатки < 2 м/сек.
4. Ультразвуковые толщиномеры. Ультразвуковые колебания широко используют при определении толщины изделия (лист, стенка трубы), а также и в дефектоскопии.
В зависимости от упругих свойств среды в ней могут распространяться упругие волны различных типов, отличающиеся направлением смещения колеблющихся частиц. Если колебания частиц происходят в направлении, совпадающем с направлением распространения волны (с направлением луча), то такие волны называют продольными. Продольные волны могут распространяться в твердой, жидкой и газообразной средах. Вследствие того, что частицы среды при распространении в ней продольных упругих волн колеблются в направлении луча, структура продольной волны представляет собой чередование зон сжатия и разрежения. Продольные упругие колебания с частотой от 16 до 20 КГЦ воспринимаются человеком в виде звука. Продольные колебания более низких и более высоких частот не слышны и их называют соответственно инфра- и ультразвуковыми.
Если направление колебаний частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны, то волны называют поперечными или сдвиговыми. Сдвиговые волны могут распространяться только в твердой среде; газы и жидкости не обладают сдвиговой упругостью.
На свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны или волны Релея. При этом частицы совершают движение по эллипсам, ориентированным в плоскости, образованной лучом и нормалью к поверхности тела. Амплитуда колебаний частиц по мере удаления от свободной поверхности убывает по экспоненциальному закону, и поэтому волна распространяется в глубь тела лишь на глубину порядка длины волны.
При распространении ультразвуковых колебаний (УЗК) в тонком листе, могут возникать нормальные или свободные волны.
Нормальные волны возбуждаются обычно в результате трансформации продольных УЗК, падающих на поверхность листа под некоторыми углами, отличными от нуля. При этом фазовая скорость нормальной волны должна совпадать с фазовой скоростью падающей продольной волны.
Для излучения и приема обычно используют пьезоэлектрические преобразователи.
При измерении толщины листов наибольшее распространение получили резонансный метод и эхо-метод. Этими методами можно измерять толщину изделия при одностороннем доступе (например, трубы), а также выявлять расслоения в листах, в биметаллах и т.д.
Основное преимущество ультразвукового метода перед электромагнитными, рентгеновскими и другими методами контроля состоит в независимости результатов измерения от неоднородности и непостоянства электрической и магнитной структуры материала изделия и возможности измерения с высокой точностью как малых, так и больших толщин[1].
Требования к прибору, который предназначен для контроля толщины полосы
Современное прокатное производство предъявляет следующие основные требования к прибору, который предназначается для контроля ширины металлической ленты или полосы во время прокатки: - процесс измерения должен быть бесконтактным, автоматическим и непрерывным;
- прибор должен обеспечить высокую точность измерения при больших скоростях прокатки;
- прибор должен иметь большое быстродействие;
- прибор должен устойчиво работать в тяжелых условиях прокатного производства (сильная вибрация, ударная нагрузка, высокая температура, повышенная влажность, пары масла, эмульсии и т.п.);
Выбор средства контроля ширины полосы
Томограф Radiometrie RM 312 позволяет контролировать ширину полосы, толщину по осевой линии, профиль толщины и температуру по всей длине полосы при выходе из чистовой клети прокатного стана. Открывает невиданные ранее возможности управления процессом и обеспечения качества продукции.
Внедрение новых технологических методов непрерывного неразрушающего контроля на станах горячей прокатки позволяет существенно повысить качество продукции. Анализ данных измерений позволяет усовершенствовать технологию в части шлифовки валков, их замене, режимах прокатки и др.
Совершенствование этих операций приводит к повышению точности размерных параметров с соответствующим увеличением эффективности и производительности стана.
Только томограф Radiometrie RM 312 обеспечивает быстродействие измерений, необходимое для внесения корректировок в процесс проката в оперативном режиме с практически мгновенной оценкой сделанных изменений без остановки производственного процесса.
3. Устройство, работа и характеристика измерителя толщины полосы
Томографическая система RM-312
Система измерения профиля томографическая RM 312, предназначена для бесконтактных измерений в динамике толщины, ширины, профиля и других геометрических характеристик горячекатаной полосы из стали и алюминия. Система применяется в металлургии для контроля качества проката. Схема системы представлена на рисунке 2.
Принцип действия системы основан на регистрации интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через измеряемый материал проката.
Система состоит из рамы с двумя источниками рентгеновского излучения, располагаемыми над полосой проката, и ряда неподвижных детекторов, расположенных под полосой проката, воспринимающих рентгеновское излучение после прохождения через полосу проката. После облучения полосы проката сигнал с детектора поступает в головной компьютер, где на основании существующих зависимостей рассчитываются значения толщины, ширины полосы проката. Кроме того, на основании результатов измерений толщины и ширины, программное обеспечение позволяет определять значения таких геометрических параметров как: поперечная разнотолщинность полосы, клиновидность, скос кромок, планшетность полосы, положение полосы по высоте, поверхностные дефекты. Одновременно прибор выдает информацию о температуре, скорости перемещения и длине полосы проката.
Предусмотрена автоматическая периодическая калибровка с помощью встроенного магазина с образцами толщины.
Система работает при скоростях перемещения проката не более 25 м/с.
Функции: - Компенсация состава сплава
- Разрешающая способность измерения поперечного профиля 5 мм (0.20 дюймов)
- Быстродействующий канал автоматической регулировки толщины по осевой линии
- Точное измерение ширины
- Выдача данных, характеризующих температурный профиль
- Продольный профиль
- Положение полосы
Рентеновский томограф Radiometrie RM 312 производства компании Thermo Electron Corporation демонстрирует целый ряд преимуществ при бесконтактных измерениях горячей полосы. Хотя система Radiometrie RM 312 предназначена прежде всего для станов го
Вывод
Для измерения толщины листа разработаны толщиномеры по принципу действия которые можно разделить на следующие группы: 1) приборы, основанные на измерении степени поглощения электромагнитного излучения или потока ?-частиц; 2) электромагнитные; 3) пневматические; 4) ультразвуковые. В этой курсовой работе были рассмотрены данные виды толщиномеров.
В качестве прибора для измерения толщины горячекатанной полосы предложена томографическая система RADIOMETRIERM 312.
Томограф RADIOMETRIERM 312 мгновенно и непрерывно измеряет толщину полосы вдоль осевой линии и по ее ширине, температуру, профиль, ширину, неравномерность кромок и форму на выходе полосы из стана горячей прокатки. Информация о процессе и качестве продукта, получаемая на основе этих измерений способствуют улучшению работы операторов прокатного стана, и тем самым, повышению его эффективности и производительности.
Список литературы
1 Ю.Ф. Шевакин, А.М. Рытиков, Н.И. Касаткин. Технологические измерения и приборы в прокатном производстве: учебное пособие для вузов. - Москва: Металлургия. - 1973. - 368 с.
2 ТИ-101-П-ГЛ9-2-2011 «Технология производства горячекатаных листов на стане 5000». - 54c.