上下表面检测仪在热轧带钢厂改造中的设计特点

概述

随着改革开放的不断推进，国内经济的迅猛发展，市场对带钢的表面质量及钢卷的综合利用，降低成本，提高成材率，最终提高产品的竞争力的要求越来越高，为此，许多热轧带钢厂进行改造，新增上下表面检测仪监控带钢质量。有的新建热轧带钢工程使用了上下表面检测仪;有的则预留上下表面检测仪的安装位置，待将来有条件后再安装上下表面检测仪;有的热轧带钢厂事先没有预留，需在现有的条件下改造后新增上下表面检测仪。本文就目前已经对某热轧带钢厂改造中新建上下表面检测仪的施工设计，归纳出设计特点，为即将进行改造新建上下表面检测仪的热轧带钢工程提供使用的经验作借鉴。

1 上下表面检测仪的组成

目前国内常用的上下表面检测仪有德国百视太(parsytec)公司产品、美国康耐视(COGNEX)公司产品、奥钢联(VAI)产品。图1 为百视太公司上下表面检测仪的配置图，图2 为康耐视公司上下表面检测仪的配置图。从图中我们可以看到，上下表面检测仪的结构原理类似，均由摄像机、照明灯、接线箱(PLC 系统)、计算机网络、系统服务器、数据服务器、检测仪终端及相应软件组成。其中检测仪终端的数量及安装的操作室的位置，不同的用户需求不同，具体的配置和数量也就不同;系统服务器和数据服务器安装的位置不同，其计算机网络设计也不同，有的工程将系统服务器和数据服务器等安装在下小房或上小房，有的安装在精轧自动化室里，有的安装在卷取机自动化室里等等，一般由用户的使用习惯及管理维护方便等因素确定。光纤有使用室内光纤以节约成本的;也有使用四芯铠装室外多模光纤提高抗干扰能力的。有的设计上小房安装上表面检测器的，也有只设计钢平台进行安装的。以上的这些不同要求均由用户确定，仪表商根据用户要求配置系统，负责整个系统的完整性供货。但由于与仪表商签订合同时，往往比较仓促，待供货范围确定后，随着时间的推延，用户认真考虑后，又会增加一些检测仪终端，这时把要求向施工设计单位提出，由设计院再补充完善其系统配置。

百视太公司的上下表面检测仪采用面扫描技术，设备较多，由于有近40 年的开发经验，故缺陷分类的软件系统功能强大，因此价格也是最高的，常在经济实力强大的热轧带钢厂应用。由于百视太上下表面检测仪的测量视窗较大，测量视窗的宽度为260 mm，辊道缝隙要求大(260 mm)，为避免带钢头部钻钢，务必设计辊道翻板进行开关控制，待带钢头部经过测量视窗后，打开辊道翻板，下表面检测仪才能正常工作，故带钢头部的下表面无法进行表面质量检测，同时增加了施工安装的成本。

美国康耐视公司是后起之秀，大约在近十年内产品得到大量应用。该公司的特点是：由于摄像机是线扫描，故摄像机设备少，数据少，要求重合的数据也少。对计算机网络、系统服务器、数据服务器等的要求是与时俱进。由于设备精简，软件系统的功能一般，对表面缺陷的分类和处理功能一般，故价格低。受到经济实力弱一点的钢厂的青睐，正在国内广泛应用之中。其安装用的测量视窗80 mm,100 mm，辊道之间不用安装辊道翻板，带钢头部的下表面质量可以检测。

2 下小房的设计

首先根据上下表面检测器摄像机到带钢表面的距离要求，下表面检测器的外形大小及生产维护的要求设计下小房的大小，然后征求轧钢、设备、土建、水道、电气传动专业的意见，根据现场的土建结构要求的合理性，以及设备辊道安装支架的要求、轧制中心线上的地下冲氧化铁皮沟的大小和深度要求，电缆隧道等，最后确定下小房的安装位置及大小。对于改造工程，由于事先未预留下小房的安装位置，土建结构已固定、电缆隧道及电缆也是固定不能移动的，轧制中心线上的地下冲氧化铁皮沟的大小和深度均已固定，要确定下小房的安装位置相当难，务必由轧钢、土建、设备、仪表几个重要的专业反复协商，各自在满足基本设计的前提下，并采取特殊手段和特殊处理，最后满足下小房的安装及测量孔的开孔等要求，从而得到最佳的方案开展下小房的设计、辊道设计和仪表安装设计等工作。为解决冲氧化铁皮沟的排水问题，一方面在下小房的地坪下预埋排水管或排水小沟，另一方面将外冷辊改为内冷辊，减少排水量。

为吊装空调和下表面检测器，下小房的房顶上务必开吊装孔，吊装孔的大小受结构的限制，能满足设备吊装即可。由于下小房每个班都要对下表面检测器进行清洁维护，故最好在操作侧的±0.000 m 地坪上开长方形孔，并设计钢斜梯下到下小房门前的通道上，同时最好也设计钢斜梯下到-8.000 m 的地下液压站内。在钢斜梯的转弯钢平台上安装上下表面检测仪用的鼓风机，外形尺寸(L×W×H)约为：1400×820×960(mm)。该鼓风机由轧线液压站的吊装孔吊入。

下小房内风管尽可能靠房顶安装，并通过三通将风管沿吊装孔敷设去上小房内;下小房内地坪一般在-3.000 m～-3.300 m 之间，在地坪上设置排水沟，并预埋DN100 的钢管将地沟内的水排到靠精轧机侧的冲氧化铁皮沟内，以防止氧化铁皮沟堵塞后，沟内的水倒灌进入下小房。

下小房的测量孔，仪表商要求开得大一些，但太大后影响辊道梁的安装，故一般以带钢上的护板之间的距离来确定测量孔的长度，不能小于此值，否则带钢下表面的检测受影响。测量孔四周预埋防水钢板，防水钢板高出房顶表面50～100(mm)，房顶外面设计防水圈，防水圈外再设排水沟。为了减少轧线上的水进入测量孔，在防水圈上再设计防水罩。同时在测量孔下面安装接水盘，将进入防水罩和测量孔的水汇集后，通过软管排到地坪上的排水沟里。其下小房下表面检测器的接水装置已申请专利，申请号2009101031970。下表面检测器的安装支架根据下表面检测仪的外形尺寸及安装孔设计，尽可能占地面积小，不阻碍维护，并在调试安装最终确定位置后，焊接在预埋的钢板上。

为保证人身和设备安全，下小房及楼梯通道等务必设计应急照明灯、火灾报警装置、灭火器材等。为了下小房的正常设计及辊道的正常安装，康耐视公司下表面检测器的镜头最好选用85 mm，不要用50 mm 的镜头。

3 上小房的设计

康耐视公司的上表面检测器是按照安装在钢平台上的方案设计的，这样可节约施工成本。但有条件的钢厂均要求将上表面检测器安装在上小房内，使其工作环境比钢平台上好，也便于管理维护，及正常生产。原因之一上小房设有空调，能保证上表面检测器的正常工作。而上表面检测器安装在钢平台上时，只能依靠鼓风机对其进行冷却，一旦鼓风机故障，则给上表面检测器继续工作带来很大危险，因为带钢的温度在700℃左右，辐射热很大，易导致上表面检测器摄像机损坏。但康耐视公司的上表面检测器安装在上小房内工作，则摄像机梁、光梁与上小房地坪上开的测量孔(长与带钢护板之间的距离一致，甚至还大一些，宽度为450 mm)之间存在6 个缝隙：2 个光梁和1 个摄像机梁之间存在2 个缝隙，每个缝隙大小尺寸为：2140×123(mm); 2 个光梁和地坪之间存在2 个缝隙，每个缝隙大小尺寸为：2030×230(mm);在安装支座上存在2 个缝隙，每个缝隙大小尺寸为：500×81(mm);室内空调制冷的冷空气和带钢的热辐射产生空气对流，导致热损失大，空调长期满负荷工作，浪费大量的电能，同时将现场的灰尘带入上小房，使环境被污染。为了解决这一难题，需设计密封件密封这些缝隙，达到节能和保护环境的目的。其上小房内上表面检测器的密封件正在申请专利。

由于上表面检测仪和下表面检测仪的测量中心线的间距要求大于1000 mm，故根据下小房的安装位置再确定上小房的安装位置，上小房根据现场情况可设计在靠层流冷却侧，也可设计在靠卷取机侧。上小房一般采用钢结构，其大小除满足仪表的安装维护空间要求外，还必须注意不能与辊道、电机等轧线上的设备碰撞。为了防冲撞同时也为了隔热，上小房下务必设计防冲撞钢板保护上小房，防冲撞钢板的立柱务必与上小房的钢结构独立开设置。为了便于操作侧和传动侧的通行，去上小房的钢梯走道务必将操作侧和传动侧连通。为了检修辊道，在防冲撞钢板下设计手动检修葫芦。

有的工程上小房不是设计在卷取机前，而是设计在精轧机后，与平直度仪共用一间房。当卷取机前有测宽仪时，上小房内务必考虑测宽仪的布置。为了吊装空调和上表面检测器，上小房的房顶上务必开孔和设计活动盖板。为了隔热，上小房的墙、房顶和地坪务必考虑隔热措施。上小房的地坪高度由上表面检测器摄像机到带钢表面的距离要求所确定。

为保证人身和设备安全，上小房设计应急照明灯、火灾报警装置、灭火器材等。

4 辊道设计

在下表面检测仪和上表面检测仪的位置尺寸确定后，就务必按照下表面检测器测量视窗100 mm，上表面检测器测量视窗80 mm，上下表面检测器之间的间距尺寸大于1000 mm，下表面气喷吹1 组、2 组要求辊道间距60～70(mm)的要求对上下表面检测仪附近的辊道进行布置设计，以满足上下表面检测仪的测量安装要求。

为了减少水珠和水雾对上下表面检测仪的影响，上下表面检测仪前后的辊道均选用内冷辊。内冷辊的冷却水主管最好设计专门的管沟敷设，改造工程土建结构不允许设计管沟时，也可在地面上明敷设。

5 水喷及气喷等中间配管的设计

在新增上下表面检测仪施工设计时，务必对带钢表面的水珠、水雾及灰尘进行吹扫净化处理。在上小房下设计2 台撑脚式低噪音移动轴流风机，要求电源为三相四线制380V AC 3kW;送风量38000 m3/h，风压：216 Pa。由上小房下立柱上的开关箱开关或插座控制启停。

为了使上下表面检测仪正常工作，还需设计小鼓风机对仪表进行冷却机保持正压的吹扫。当风管便于敷设时，上表面检测仪和下表面检测共同使用一台鼓风机，要求在仪表交接口处(DN100×6)的风量4000 m3/h，压力800Pa，温度小于等于30℃。当上下风管不便于集中敷设时，可分别在上小房和下小房附近各设置一台鼓风机。风管总管尺寸为 DN300，DN100×6 支管后的2r 软管DN100 mm 由仪表商提供。

在上下表面检测仪的前面，带钢上方设计1 个水顶喷，在操作侧和传动侧分别设计一个水侧喷，完成对带钢表面的积水冲洗处理。然后在操作侧和传动侧分别设计2 个气侧喷，对带钢表面的水珠、水雾进行细化处理。有的工程在气侧喷后在带钢上方设计1 个气顶喷，对带钢上表面进行清洁净化处理，但缺点为用气量太大。为了便于辊道的维护，当气顶喷安装较高时，则气流到达带钢表面的吹扫效果较差;若想吹扫效果好，将气顶喷安装高度降低到带钢上方的500 mm～800 mm 处，则对辊道的检修不利，且易发生堆钢事故。为了使气侧喷的效果更好，辊道两侧的护板最好设计成栅格透风形式，以便于带钢表面的水被吹出护板外，而不至于被反弹再回到带钢表面上。

在上表面气喷吹之后，上表面的水从两侧进入带钢下表面，使下表面的两边有少量水珠，水珠相对于上表面较少一些，故在上表面吹扫之后，在下表面设计2 组从轧制中心往两边吹扫的气侧喷，清洁带钢下表面的水珠。

气喷吹的喷嘴选用德国思万特公司的产品，上表面因水珠和水雾较多，为了其清洁效果好，故选用735L 型和730C 型喷嘴，每个喷嘴的净化压缩空气的耗量约为620 m3/h～910 m3/h(0.4 MPa ～0.6 MPa)。下表面因水珠较少，同时受安装空间限制，一般选用707L 型喷嘴，每个喷嘴的净化压缩空气的耗量约为100 m3/h～140 m3/h(0.4 MPa ～0.6 MPa)。

为节约能源，在水喷和气喷的支管上设计切断阀，由上下表面检测仪前新增的热金属检测器检测到的带钢头部和尾部信号进行开关控制。为灵活操作气喷喷头，在上表面每个气喷大喷嘴支管上安装手动阀，在下表面每组气喷小喷嘴支管上安装手动阀。设手动阀的好处不仅在于维护，还在于组成不同的吹扫方案供操作工根据实际情况灵活操作。

6 与卷取机PLC 系统连接的I/O 信号

康耐视公司的上下表面检测仪与卷取机PLC 系统连接的I/O 信号较少，另外一部分信号就是水喷和气喷中间配管的信号。所有的信号见表1 所示。

7 结束语

热轧带钢工程所选用的上下表面检测仪的组成大致相同，但是不同的热轧带钢厂因用户的使用习惯不同，仪表布置位置不同，其上下表面检测仪的安装和施工设计也因此各具千秋。本文仅从一个侧面对其热轧带钢改造工程新增上下表面检测仪的施工实例作介绍，供类似工程作参考。随着上下表面检测仪的广泛应用，其工程的施工设计也将更加完善，真正达到为热轧工程自动化控制及质量记录服务的目的。