- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
軋制力傳感器的研制與應用
作者：admin 日期：2012/7/10 14:43:10 閱讀：3984 次
【摘 要】 軋鋼是連續的不間斷作業，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大量程測力傳感器，
一直以來是軋鋼企業的夙愿。軋制力傳感器的國產化，是國內測力與稱重傳感器制造企業技術全國
各傳感器制造技術的攻關方向之一。
余姚市通用儀表有限公司為適應冶金行業軋制力檢測的需要，發明專用工作夾具，研發試制大
噸位平板式結構的軋制力傳感器。軋制力傳感器產品在冶金軋制生產線得到試用，軋制力達17.5MN（兆牛），基本適應軋制生產工藝的需求，解決冶金軋制力檢測的需求。軋制力傳感器獲得中國實
用新型發明專利，專利號：ZL201020049997.7。
一、概述
在現代鋼鐵冶金企業中，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，
才能成為合格的產品。從煉鋼廠送過來的連鑄坯，首先是進入加熱爐，然后經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。軋制生產線如圖1所示。
圖1 軋制生產線原理示意圖
軋鋼是連續的不間斷的作業，鋼帶在輥道上運行速度快，設備自動化程度高，效率也高。一般
連鑄坯的厚度為150～250mm，先經過初軋，經輥道進入精軋軋機，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快。
隨著國內鋼鐵企業煉鋼技術不斷發展，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量，在各個方面都配
備相應的設備來檢測、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，
對鋼材的質量起到關鍵性的作用，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
以市場產品緊缺。
國內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，生產的軋制力傳感器產品優
于其他傳感器廠家。國內只有少數公司在開發這種傳感器。
由于KELK公司的傳感器是根據客戶要求單獨設計的。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大量程測力傳感器，一直以來都是軋鋼企業的夙愿。所以軋制力傳感器國
產化，也是國內測力與稱重傳感器制造企業技術攻關方向之一。
二、軋制力傳感器的技術結構原理與技術指標
1、軋制力傳感器的結構
TY-SLC-17.5MN軋制力傳感器為平板式軋制力傳感器，外形結構如圖2所示。彈性體機械結
構設計如圖3所示。
圖2 平板式軋制力傳感器外形結構圖
圖3 彈性體機械結構圖
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設有多組應變孔4，為了提高傳感器的抗偏載性能，本實施例中應變孔4為2～16組。
應變孔4內腔粘貼軟線路板，為了提高了產品的抗壓強度，應變孔4為深孔，且在深孔內部進行應
變電橋電路的電阻應變片進行布線，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生變形，應變電橋電路阻抗改變，
輸出與重量數值成比例的電信號，經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、打印等設備，組成測力監控、稱重管理系統。應變電路測量原理如圖4所示。
圖4 應變電路測量原理
3、主要技術指標
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用
1、TY-SLC-17.5MN平板式軋制力傳感器的設計制造
（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構體，設有12組應變孔（見圖2彈性體），應變孔內
腔粘貼軟線路板；應變孔采用深孔加工方法，深孔表面處理工藝；設計發明專用貼片裝夾夾具，（專
利工具ZL200920118452.4）進行深孔應變片的裝夾，線路的布置，多應變片的橋路補償。
（4）由于軋制力傳感器使用
現場工況潮濕，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，保證外界與內部元件的阻隔。
（5）傳感器的側面設有管螺
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
鋼公司軋制生產線試用。
（1）軋制力傳感器所在軋機
位置和安裝結構如圖5，圖6所
示。
圖5 安裝位置示意圖
圖6 安裝結構示意圖
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變片產生變形，應變橋路阻抗改變，輸出與重量數值成
比例的電信號。
（2）軋制力測試系統安裝
軋制力測試系統安裝，如圖7所示。
圖7 系統安裝示意圖
系統聯接時，應注重以下安裝技術和配置：
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接到儀表。
四、軋制力傳感器的技術特點
1、軋制力測力傳感器具備如下技術特點
（1）線性度好，回滯小；
（2）受不均勻力影響小；
（3）響應時間快；
（4）抗過載能力強；
（5）在線校準。
2、針對進口設備的不足，做了如下技術改進
（1）測力傳感器密封設計的改進
根據使用現場的實際工況條件和實際應用的經驗，對一般常規的測力傳感器進行改進設計：整
體全部焊接，使其成為一個剛度很強的構件，在測力傳感器通訊接口的密封方面，以方便傳感器的
日常檢修更換作業為前提，在設計中充分考慮現場的使用維護要求，更換傳感器，不需要動用過多
的機械設備。
（2）傳感器的抗沖擊設計
采用目前國際上先進的扭環式傳感器，它具有300%的抗沖擊能力。
（3）抗水平推力的設計
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，甚至使測量系統失效，也容易使傳感器受損，在設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℃）
應用進口高溫自補償應變計（如：KFH系列）。這種應變計的絲柵材質為卡碼，基底為玻璃纖
維加強的聚酰亞胺，能與國產傳感器用材質40CrNimOA鋼的線脹系數匹配（自補償），能在≤+250℃
溫度范圍內長期工作。
3、TY-SLC-17.5MN軋制力傳感器，經中國測試技研究院檢測校準，軋制力達17.5MN。基本
適應軋制生產工藝的需求和符合設計要求。
五、結束語
為適應冶金行業軋制力檢測的需要，余姚市通用儀表有限公司根據KELK公司軋制力傳感器產品的
結構解剖和工藝解剖，發明了專用工作夾具，研發試制大噸位平板式結構的軋制力傳感器。廣州鋼
鐵集團屬珠鋼公司為改進軋制生產線的檢測控制，軋制生產線應用了一套國產軋制力傳感器，產品
經中國測試技術研究院檢測，軋制力達17.5MN。基本適應軋制生產工藝的需求。
軋制力傳感器申請了實用新型專利獲得專利授權。專利號：ZL201020049997.7。
開發研制軋制力傳感器，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、響應時間快、抗過載能力強的技術特點。在冶金企業具有一定的推廣應用
價值。
