【摘 要】 軋鋼是連續(xù)的不間斷作業(yè)，為了保證軋機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測量軋輥兩端的力值。尋找替代進口的國產(chǎn)大量程測力傳感器，一直以來是軋鋼企業(yè)的夙愿。軋制力傳感器的國產(chǎn)化，是國內(nèi)測力與稱重傳感器制造企業(yè)技術(shù)全國各傳感器制造技術(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的需求。軋制力傳感器獲得中國實用新型發(fā)明，201020049997.7。
【關(guān)鍵詞】 冶金；軋鋼；軋制力；檢測；傳感器
一、概述
在現(xiàn)代鋼鐵冶金企業(yè)中，從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼廠去進行軋制以后，才能成為合格的產(chǎn)品。從煉鋼廠送過來的連鑄坯，首先是進入加熱爐，然后經(jīng)過初軋機反復(fù)軋制之后，進入精軋機。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，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
第十一屆稱重技術(shù)研討會論文集
2012.5·南京
2
稱重科技 2012.5·南京
軋鋼是連續(xù)的不間斷的作業(yè)，鋼帶在輥道上運行速度快，設(shè)備自動化程度高，效率也高。一般連鑄坯的厚度為150～250mm，先經(jīng)過初軋，經(jīng)輥道進入精軋軋機，精軋軋機由7架4輥式軋機組成，機前裝有測速輥和飛剪，切除板面頭部。精軋機的速度可以達到23m/s。為了保證軋機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測量輥輪兩端的力。由于傳感器是在非常惡劣的環(huán)境下測量軋制力或負載力，在金屬軋機嚴重過載或偏載的條件下長期工作，需要傳感器有很高的可靠性和準確性，需要對軋制力或負載的變化響應(yīng)快。
隨著國內(nèi)鋼鐵企業(yè)煉鋼技術(shù)不斷發(fā)展，用鋼量不斷增加，對鋼材的性能要求也不斷提高，鋼廠對軋鋼工藝也越來越重視，軋鋼工藝也在不斷完善。新的工藝更注重軋鋼的質(zhì)量，在各個方面都配備相應(yīng)的設(shè)備來檢測、完善軋鋼工藝。軋制力傳感器是用來測試鋼坯在軋制過程中負載力的控制，對鋼材的質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用，而軋制力傳感器本身需要很強的抗過載能力，制造加工困難，所以市場產(chǎn)品緊缺。
國內(nèi)各大鋼廠的軋鋼流水線，一般有7個四輥輪的精軋機。也就是說一條流水線上需要56個軋制力傳感器。
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。國內(nèi)只有少數(shù)公司在開發(fā)這種傳感器。
由于KELK公司的傳感器是根據(jù)客戶要求單獨設(shè)計的。每個傳感器都有不同的地方。所以其價格也非常昂貴，每個軋制力傳感器的價格在50-60萬元。
尋找替代進口的國產(chǎn)大量程測力傳感器，一直以來都是軋鋼企業(yè)的夙愿。所以軋制力傳感器國產(chǎn)化，也是國內(nèi)測力與稱重傳感器制造企業(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
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。彈性體機械結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3所示。
圖2 平板式軋制力傳感器外形結(jié)構(gòu)圖
第十一屆稱重技術(shù)研討會論文集
2012.5·南京
3
稱重傳感器與稱重儀表篇
圖3 彈性體機械結(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)品的抗壓強度，應(yīng)變孔4為深孔，且在深孔內(nèi)部進行應(yīng)變電橋電路的電阻應(yīng)變片進行布線，補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，經(jīng)與顯示儀表或計算機、打印機連接，儀表可同時把重量信號輸給計算機、打印等設(shè)備，組成測力監(jiān)控、稱重管理系統(tǒng)。應(yīng)變電路測量原理如圖4所示。
圖4 應(yīng)變電路測量原理
3、主要技術(shù)指標
zui大測量范圍：17.5MN。
激勵電壓：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%/℃。
溫度補償范圍：20℃～150℃。
負載極限：過載300%無零漂，特性無變化，無機械損壞。
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，加工時嚴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)計發(fā)明貼片裝夾夾具，（工具ZL200920118452.4）進行深孔應(yīng)變片的裝夾，線路的布置，多應(yīng)變片的橋路補償。
（4）由于軋制力傳感器使用現(xiàn)場工況潮濕，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，配置標準信號電纜線。
2、軋制力傳感器的試用
軋制力傳感器于廣鋼集團珠鋼公司軋制生產(chǎn)線試用。
（1）軋制力傳感器所在軋機位置和安裝結(jié)構(gòu)如圖5，圖6所示。
圖5 安裝位置示意圖
第十一屆稱重技術(shù)研討會論文集
2012.5·南京
5
稱重傳感器與稱重儀表篇
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。
（2）軋制力測試系統(tǒng)安裝
軋制力測試系統(tǒng)安裝，如圖7所示。
圖7 系統(tǒng)安裝示意圖
第十一屆稱重技術(shù)研討會論文集
2012.5·南京
6
稱重科技 2012.5·南京
系統(tǒng)聯(lián)接時，應(yīng)注重以下安裝技術(shù)和配置：
①軋機機架防水蒸汽接線盒；
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)管保護的電纜線聯(lián)接到儀表。
四、軋制力傳感器的技術(shù)特點
1、軋制力測力傳感器具備如下技術(shù)特點
（1）線性度好，回滯??；
（2）受不均勻力影響?。?br />（3）響應(yīng)時間快；
（4）抗過載能力強；
（5）在線校準。
2、針對進口設(shè)備的不足，做了如下技術(shù)改進
（1）測力傳感器密封設(shè)計的改進
根據(jù)使用現(xiàn)場的實際工況條件和實際應(yīng)用的經(jīng)驗，對一般常規(guī)的測力傳感器進行改進設(shè)計：整體全部焊接，使其成為一個剛度很強的構(gòu)件，在測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)計中充分考慮現(xiàn)場的使用維護要求，更換傳感器，不需要動用過多的機械設(shè)備。
（2）傳感器的抗沖擊設(shè)計
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
當軋機啟動或剎車對傳感器形成巨大水平推力時，一般容易造成傳感器移位，導(dǎo)致測量精度下降，甚至使測量系統(tǒng)失效，也容易使傳感器受損，在設(shè)計中采用可靠的抗水平推力裝置導(dǎo)向套保護傳感器不受損傷。
（4）解決了測力傳感器工作時的高溫威脅難題（≤250℃）
應(yīng)用進口高溫自補償應(yīng)變計（如：KFH系列）。這種應(yīng)變計的絲柵材質(zhì)為卡碼，基底為玻璃纖維加強的聚酰亞胺，能與國產(chǎn)傳感器用材質(zhì)40CrNimOA鋼的線脹系數(shù)匹配（自補償），能在≤+250℃溫度范圍內(nèi)長期工作。
3、TY-SLC-17.5MN軋制力傳感器，經(jīng)中國測試技研究院檢測校準，軋制力達17.5MN?；具m應(yīng)軋制生產(chǎn)工藝的需求和符合設(shè)計要求。