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軋制力傳感器的研制與應(yīng)用
作者：admin 日期：2012/7/10 14:43:10 閱讀：3607 次
【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。
余姚市通用儀表有限公司為適應(yīng)冶金行業(yè)軋制力檢測的需要，發(fā)明專用工作夾具，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)明專利，專利號：ZL201020049997.7。
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，最
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
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。
目前全球只有加拿大的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
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
最大測量范圍：17.5MN。
激勵電壓：最大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)明專用貼片裝夾夾具，（專
利工具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
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
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密封彈性導管；
③接線盒與放大器之間連接線的金屬導管，防水蒸汽，防漏電，屏蔽接地；
④有金屬導管保護的電纜線聯(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）受不均勻力影響小；
（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
采用目前國際上先進的扭環(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�；�
適應(yīng)軋制生產(chǎn)工藝的需求和符合設(shè)計要求。
五、結(jié)束語
為適應(yīng)冶金行業(yè)軋制力檢測的需要，余姚市通用儀表有限公司根據(jù)KELK公司軋制力傳感器產(chǎn)品的
結(jié)構(gòu)解剖和工藝解剖，發(fā)明了專用工作夾具，研發(fā)試制大噸位平板式結(jié)構(gòu)的軋制力傳感器。廣州鋼
鐵集團屬珠鋼公司為改進軋制生產(chǎn)線的檢測控制，軋制生產(chǎn)線應(yīng)用了一套國產(chǎn)軋制力傳感器，產(chǎn)品
經(jīng)中國測試技術(shù)研究院檢測，軋制力達17.5MN�；具m應(yīng)軋制生產(chǎn)工藝的需求。
軋制力傳感器申請了實用新型專利獲得專利授權(quán)。專利號：ZL201020049997.7。
開發(fā)研制軋制力傳感器，解決冶金軋制力檢測迫切需求，該軋制力傳感器具有線性度好，滯后
小、受不均勻力影響小、響應(yīng)時間快、抗過載能力強的技術(shù)特點。在冶金企業(yè)具有一定的推廣應(yīng)用
價值。
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