宝钢湛江钢铁有限公司设备部 广东省湛江市 524000
摘 要:本文主要介绍湛江钢铁D108机组镀锌生产线Thermo锌层测厚仪测厚的原理、X射线如何产生、X射线管作用、光源系统中X射线管常见的异常报警以及说明延长X射线管上机的使用寿命的维护方法。
关键词:锌层测厚仪、X射线管、维护方法
Abstract: This article mainly introduces the principle of the Thermo zinc layer thickness gauge on the galvanizing production line of Zhanjiang Steel D108 unit, how X-rays are generated, the function of X-ray tubes, common abnormal alarms of X-ray tubes in the light source system, and maintenance methods to extend the service life of X-ray tubes on the machine.
Keywords: Zinc layer thickness gauge, X-ray tube, maintenance method
前言
锌层测厚仪是湛江钢铁有限公司D108机组镀锌生产线中一个非常重 要的在线测量设备。它通过对锌锅出口镀锌板上下锌层厚度的测量,调整气刀的动作,将锌层的厚度控制在设定值的允许偏差范围内。通过实际应用表明,锌层测厚仪既能提高成材率,又能有效控制原料锌锭的损耗,测量准确,能满足生产的要求。利用此设备测量能使生产 线生产出质量合格的优质冷轧镀锌板坯,以满足市场需要,为公司创
造良好的经济效益 。目前湛江钢铁已经采用在线数据替代检化验数据,这对在线测量的准确性提出更高的要求,镀层测厚仪在镀锌机组上用于检测带钢表面锌层厚度,是在线锌层重量和合金化控制的“眼” ,是前馈控制和闭环反馈控制的关键设备。【1】下面对锌层测厚的原理、测厚仪内部光源系统以及X射线管常见问题及维护方法进行详细介绍 ,以使现场维护人员能够更好地了解和掌握该设备的正确维护方法,使之更好地服务于生产。
一、锌层测厚仪原理
1.X射线如何产生
x射线的产生有2种方法:带电粒子轰击法和电磁辐射法。我们使用 的x射线的产生采用带电粒子轰击法,其原理为:在高度真空的x射线管内,灯丝通电后发光发热产生能溢出的电子。电子在阴阳极的高压作用下高速运动产生电子流,电子流轰击靶金属钨 ,一部分使靶温升高,另一部分辐射出光子的能量。【2】
2.X射线测量原理
X射线测量原理如图1所示。
图一:X射线测量原理
锌层测厚仪采用x射线非接触式测量的方法,这种方法可以实现连续 实时地在线测量。由于x荧光射线打在基板上和锌层上产生荧光强度 不同,所以在电离室前加入滤膜将锌层反射回来的x荧光射线滤除,只保留基板反射回来的x荧光射线,测量系统再根据电离室接收的x 荧光射线的强弱输出相应的电流值变化。输出电流经过测量传感器放 大板放大,转换成相应的电压值,此值再经过CPU计算后,得出基板 上锌层的厚度,这样就实现了实际的锌层测量。【2】
二、X射线管在测量系统中的作用
锌层测厚仪的测量系统主要包括两个方面,发射装置和接收装置。发射装置主要包括高压发生器和X射线管,高压发生器用于产生高压并给电子加速,X射线管产生和发射X射线;电离室用于接收反射回来的X射线并将其转化成电流信号。在整个测量系统中,X射线管是一项必不可少的重要装置。
1. X射线管的组成
X射线管新品备件外部主要由一下几个方面组成:
①快门装置(用于阻挡射线,快门开启状态,射线正常发射,快门闭合状态,射线被快门阻挡,外部无射线射出)
②冷却装置(在X射线管上部,通过气体流动,增加快门在测量探头内部产生的热能通过与外部腔体的冷却水壁的接触,从而进行达到降温的目的)
③信号线及电缆(信号线用于和测量系统的信号连接,电缆与高压发生器连接)
2.X射线管内部的结构
图二:X射线管的内部结构
内部结构如图二所示,内部整体是由一个玻璃封套进行一个严格的密封,内部充装惰性气体,电子在阴阳极的高压作用下高速运动产生电子流,电子流轰击靶金属钨,大部门转化成热能,一小部门辐射出光子能量。因此冷却装置的作用就是将转化成的热能进行消除,防止高温环境下X射线管的使用寿命受到一定的影响。
三、X射线管异常预警分析
现场使用过程中,在线状态下,日常巡检主要做好一下几个方面的记录和观察:
①管电流的波动性;该指标主要查看射线管内部的电子流的稳定性,若内部惰性气体有极小的泄露以及靶材的耐受性受损,可以通过这一指标直接做出判断并及时进行更换。
②射线管温度检查;温度指标是影响X射线管使用寿命最为重要的指标,通过温度可以判断一个新品X射线管的使用年限,新品射线管的初始使用温度为50℃-60℃,随着使用时间的增加,内部温度会逐渐升高,在2-3年内达到75℃-80℃的温度,主要原因为内部灯丝老化,为了达到设定的1.5mA,就会有更多的电子流打向靶材,热量随着电子流的增加而增加,因此X射线管的使用寿命是和温度紧密相关的。
③测量探头内部湿度检查记录;湿度作为所有电气仪表最重要的参数之一,在锌层测厚仪测量探头内部同样是关键的参数指标,测量探头内部湿度过高主要影响内部电路板的短路情况,其次,内部湿度过高会影响X射线管与高压发生器的稳定连接,25kV的高压若在连接处出现水汽等因素,则会导致高压打火现场的出现,根据打火程度的不同,严重情况会导致高压电缆头碳化,连同高压发生器一起报废。
四、X射线管延长使用寿命维护方法
根据上述异常预警分析,针对以上预警分析进行相应的维护方法保持X射线管的使用健康,尽量降低在生产过程中产生的异常问题,保持相对稳定的状态。
X射线管解体维护操作规范
(图三、图四注释)
1.维护说明
下文主要描述了锌层测厚仪X射线管维护过程(安装,拆卸要点,且判断X射线管的好坏)
1.1重要说明
X射线管是玻璃或陶瓷制成的,所以在拆卸,安装时要求小心翼翼。不正确的安装会导致X射线管的损坏或在工作时高压打火,高压打火会损坏功能和毁坏相关的部件,这需要作业人员必须受过专业培训。
1.2维护的目的:
延长部件的使用寿命,减少设备故障。
1.3安装时注重点:
1.3.1散热器上导热硅胶充分粘合(目的为了更好的散热);
1.3.2清洁彻底(目的是防止高压起火);
1.3.3高压电缆的线头有无破损(目的是防止X射线管损坏);
1.3.4注意风扇安装方向(目的是更好的散热);
1.4准备所需的材料和工具
内六角,一字螺丝刀,酒精,超声波清洗器,擦拭布,导热胶,胶布,尖嘴钳,斜口钳,绑扎带,收纳盒,手电,棉签等。
2.拆卸前的检查
2.1X射线管外部检查,看外表有没有损坏。
2.2轻轻摇晃X射线管,听是否有零件松动的声音。
2.3用手电筒照射X射线管尾部,观察上面是否有污渍。
2.4用擦拭布沾上酒精将X射线管外部擦拭干净。
3.X射线管拆卸过程
3.1先将X射线管头部的金属滑快拆卸下来
3.2然后将头部的风扇拆卸
3.3再拆卸温度接线
3.4将两边的金属挡块给拆卸下来
3.5拆除固定在框架上的固定螺丝,就可将X射线管拆卸下来
3.6将快门装置拆卸下来
3.7 X射线管拆下后使用专门工具将金属散热器取下
注意(将拆卸下来的螺丝分类并将其放入收纳盒中)
4.X射线管处理过程
4.1用沾上酒精的擦拭布和棉签将散热器和X射线管上的导热硅脂擦干净
4.2查看X射线管的内部环境来判断其好坏:
在光照情况下看玻璃表面有没有裂纹(尤其是底部金属连接处)
看导热管上有没有麻点
4.3将拆卸下来的散热器放入超声波清洗器中,倒入酒精,进行清洗
4.4用沾上酒精的擦拭布把X射线管表面擦拭干净
4.5看框架内部是否变黑(判断是否有过高压打火)
4.6用沾上酒精的擦拭布将框架擦拭干净
4.7将快门也擦拭干净(若打火痕迹过重可用砂纸打磨光滑)
4.8查看与高压发生器连接线的电缆线头(塑料包裹),要保持干净
4.9查看电缆与散热器的接线头有松动或存在断芯,若存在则需重新线头
5.X射线管安装过程
5.1安装散热器时,需在两者上面均匀涂满导热硅脂,且应旋转进入X射线管,让导热硅脂充分融合
5.2将电缆绑在散热器上需注意应使用耐热绑扎带
5.3将X射线管慢慢放入框架中,用螺丝固定好
5.4按照拆卸的顺序反过来将其一一安装完成
5.5安装风扇时要注意风扇的方向
5.6安装全部结束后,用沾上酒精的擦拭布将X射线管尾部擦拭干净
5.7查看有没有缺失零件,有没有多零件
6.X射线管测试过程
6.1等酒精挥发完,上机测试,打开快门看高压是否在正常值(需预加热一会)
6.2测试完成,半个小时以上再取下,防止X射线管损坏(测试时间约24h)
图三:X射线管整体 图四:X射线管内部真空管
X射线管温度控制优化设计
目前X射线管的温度传感器为环状金属铜(如图五),在散热性方面,X射线管的主要散热方式为传导散热和对流散热两种;传导散热体现在铜环传感器与X射线管底部连接部分;对流散热体现在X射线管上部分的扇形小风扇与外壳水冷壁的空气流动,对流散热的关键因素是风速的大小,风速越大,冷却效果越好。同时增加散热体与空气的接触面积也可以起到同样的效果。
优化设计:①增加小风扇的功率,从而让测量探头内腔的空速得到提高。②将铜环传感器改造为“花瓣”状的传感器,达到更好的散热效果(如图六)③在X射线管与温度传感器连接处使用导热硅胶(白色)进行对接处的粘合,增加X射线管与传感器之间温度的传导性。
图五:铜环传感器 图六:“花瓣”散热器
X射线管湿度控制优化设计
湿度作为电气仪表最为重要的一个参数,在锌层测厚仪测量探头腔体内部的湿度监测是一个重要的环节,因此在巡检过程中这个参数的指标尤为重要。湿度控制主要体现在密封性,内部腔体环境的干燥处理,在维护过程中,腔体打开后,空气中的湿气进入腔体内部,因此,在更换内部备件后需要进行三个步骤的干燥措施,保持腔体内部的湿度相对干燥。其一,用热风枪吹扫腔体内部元器件,使元器件温度上升,避免低温出现结露现象,重点对X射线管与高压发生器连接处进行吹扫,避免接头处的水汽导致在升高压过程中出现高压打火现象,高压电缆头处涂抹一层硅脂胶,目的同样是为阻止水汽进入内部;其二,在闭合腔体前将变色硅胶装在自制容器内部放入腔体中,目的将腔体闭合前的水汽通过变色硅胶进行吸附,保持初始的腔体湿度可控;其三,腔体闭合过程前,在腔体闭合硬连接处粘合发泡氯丁橡胶带,这样可以减少闭合后腔体盒子之间的缝隙,通过泡发的软材料做到与外部环境的隔离,防止外部水汽等进入腔体(如图七)
图七:腔体闭合处增加发泡氯丁橡胶带
五、结论
锌层测厚仪作为热镀锌产线上的重要测量设备,关乎产品的质量,因此X射线管在此设备中的重要程度更是重中之重,因此,X射线管的使用寿命和稳定情况是整台设备的关键,在上面的论述中详细阐明了X射线管的维护方法,从多个方面进行分析和维护方法的介绍,在实践维护中,经对比分析统计,使用寿命可延长2-3年的时间,故障发生率降低50%,可以减少备件的更换,为企业降低成本支出。
参考文献
[1]孙进.基于X射线镀层测厚仪常见的故障分析及改进研究[J].冶金设备,2023年S02期 26-29.
[2]冀星晖 王铎 冯钢 .锌层测厚仪在镀锌上的应用[J].包钢科技,2012年第04期 51 - 53