CN104713657A - 一种用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料的热处理领域，提供一种用于精确测定电阻炉中加热钢块内部实际温度的测试方法。在被测钢块表面用钻头打出测温小孔，用室温下可变形高温受热后硬结并具有一定强度的粘土填满测温小孔，将具有一定强度的K型热电偶插入到粘土中，热电偶的另一端连接到测温仪上，通过测温仪实时记录温度数据，从而实现精确测量钢块内部实际温度的目的，通过该测量方法，可以有效克服传统测量方法中测量温度为热电偶附近空气的温度，而电阻炉中钢块的温度变化要滞后于热电偶附近温度的变化，这就导致测量温度与钢块内部实际温度不一致的现象，影响热处理工艺的最终效果。
Description
技术领域
本发明属于金属材料的热处理领域，提供一种用于精确测定电阻炉中加热钢块内部实际温度的测试方法。
背景技术
钢铁材料在冶炼、轧制成型后为了获得特定的性能，往往需要进行后续热处理，热处理温度的精确控制对产品的最终性能具有重要的影响，在箱式电阻炉中，常用的测温手段是利用镍铬-镍硅热电偶(K型热电偶)测量炉温，但是现行测量方法都是将热电偶置于箱式电阻炉中，显示温度实际上是电阻炉内热电偶附近空气的温度，并不是钢块的实际温度，由于电阻炉加热属于非接触式热辐射和热传导加热，钢块内部的实际温度变化将滞后于热电偶处的温度变化。目前已有的基于K型热电偶测量误差修正的文献只是在提高热电偶自身仪器误差上作出改进，例如文献1(信息技术,2014,03:165)报道，利用K型热电偶和MAX6675作为温度采集模块，可以将温度控制精度限定在0.5℃。文献2(机械设计与制造,2011,04:7)报道，将AD595测温电路应用于K型热电偶的温度控制系统中，温度控制精度可实现±1℃。文献3(江西理工大学学报,2007,28(4):25)报道将89C55单片机MAX6675温度采集器应用于K型热电偶测温系统中，其温度分辨率达0.25℃。上述已发表文献均未涉及到K型热电偶的具体测量位置，仅仅在K型热电偶测量系统的仪器误差上做出改进，由箱式电阻炉的非接触式加热所导致的钢块内部实际温度变化滞后于热电偶附近空气温度的变化，上述测量手段均有一定偏差。中国发明专利CN 102605166 A，公开了一种用于罩式退火炉内钢卷的测温装置及其使用方法，指出将热电偶置于测温插条中，在钢卷卷曲的过程中，将测温插条置于钢卷内部，利用热电偶测量钢卷内部温度，该专利虽然将热电偶置于钢卷内部，但是该专利所述方法仅仅适用于可卷曲的板带，厚板或块状钢材内部温度的测量方法依然有待解决。因此，找到一种用于确定电阻炉中钢块内部 实际温度的测试方法很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于精确测定电阻炉中加热钢块内部实际温度的测试方法，钢块尺寸长宽厚的范围是，10mm<A<50mm，10mm<B<50mm，10mm<C<50mm。
本发明提供一种用于精确测定电阻炉中加热钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于：在被测钢块表面用钻头打出测温小孔，用室温下可变形高温受热后硬结并具有一定强度的粘土填满测温小孔，将具有一定强度的K型热电偶插入到粘土中，热电偶另一端连接到测温仪上，通过测温仪实时记录温度数据，从而实现精确测量钢块内部实际温度的目的。
一种用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于：用钻头在钢块上打出测温小孔，测温小孔顶部位置通过机加工精确控制，将室温下可变形高温受热后硬结并具有一定强度的粘土填满测温小孔，把具有一定强度的K型热电偶插入到粘土中，热电偶另一端连接到测温仪上，通过测温仪实时记录温度数据，从而实现精确测量钢块内部实际温度的目的。
所述方法的具体步骤是：
(1)用高度游标卡尺确定钢块内某一测量位置，例如C mm钢板的芯部，并做好标记(如图1所示)。
(2)机加工的方法，在钢块表面标记出垂直钻出的测温小孔(如图1所示)。
(3)小孔顶部位置即为测温仪测得的钢块内部的实际温度的位置。
(4)将室温下可变形高温受热后硬结并具有一定强度的粘土填满测温小孔(如图2所示)。
(5)将具有一定强度的K型热电偶插入到粘土中(如图2所示)，此时热电偶顶端测量的温度即为钢块内部实际的温度。
(6)热电偶的另一端连接到测温仪上，测量时，测温仪将钢块内部的温度实时记录到存储器中(如图2所示)。
(7)将钢块放入箱式电阻炉中，设定好需要的温度，打开测温仪并记录数据。
(8)将存储器里的数据拷贝到电脑中，利用软件绘制出实际温度——时间曲 线，该曲线就是反映钢块内部实际温度变化规律的曲线。
(9)将所得实际温度——时间曲线与箱式电阻炉显示温度对比，即可得出该电阻炉在该加热温度时，钢块内部实际温度与现实温度的差别。
在步骤(1)中，利用高度游标卡尺确定钢块内温度测量位置时可以选择任意位置，例如20mm钢板的芯部、四分之一处等，一旦选择好测温位置，最后的实际温度——时间曲线反映的就是该位置的实际温度变化情况。
在步骤(2)中，机加工获得的测温小孔需要保证加工精度，一般将钢块在磨床上加工出两个平行表面，并在其中的一个表面上按照步骤(1)所述，利用高度游标卡尺定位，随后用钻床加工出测温小孔。
在步骤(5)中，K型热电偶的顶端用短路法焊合，焊接点如图2的标记7所示，并将两根电阻丝拧在一起以便插入到粘土中。
在步骤(7)中，打开测温仪并记录数据时选择USB记录(如图2的标记9所示)以便将爱那个数据拷贝到电脑上进行后续处理。
在步骤(9)中，利用一块打好测温空并接好热电偶的试样，将某一箱式电阻炉在不同温度下的实际温度——时间曲线测量出来，制成该箱式电阻炉的热处理参照手册，以便后续热处理。
该发明克服了传统热电偶测试中，测量点温度与钢块实际温度不一致的缺点，为精确测量电阻炉中钢块各位置实际温度提供解决方法。
本发明中所用粘土作为粘结剂必须满足一下两个条件，一是在常温下具有可塑性，既能将粘土填装到测温小孔中，也可以把K型热电偶拧成一股后插入到粘土里；二是经过高温烧制后，粘土硬化，可以牢固地将热电偶固定在测温小孔内，确保测温过程的顺利进行。
本发明中测温小孔的直径只要大于热电偶的直径φ0.5即可，但是考虑到需要通过填装粘土作为固定热电偶的粘结剂一般测温小孔直径选择φ3即可，对于块体较大的试样直径可适当增加，对于块体小的材料，测温小孔的直径应尽量小。
本发明中测温小孔可位于钢块的任意位置，这样结合十通道测温仪，可以同时记录同一钢块中最多十个不同位置的实际温度变化情况，将这十个实际温度——时间曲线绘制到一张表格中，就可以获得该钢块不同位置的温度场分布情况。
本发明中可以将某一电阻炉在不同温度下的用本发明方法测得的实际温度——时间曲线累计起来，绘制成经验手册，以便在大批量多种工艺条件下热处理时参阅，而不必每次热处理都校准一次实际温度与显示温度的差值。
优点或积极效果
本发明的目的在于提供一种用于精确测定电阻炉中加热钢块内部实际温度的测试方法。通过该测量方法，可以有效克服传统测量方法中测量温度为热电偶附近空气的温度，而电阻炉中钢块的温度变化要滞后于热电偶附近温度的变化，这就导致测量温度与钢块内部实际温度不一致的现象，影响热处理工艺的最终效果。
附图说明
图1为利用高度游标卡尺定位出芯部的位置，
其中粘土条用于填充测温小孔1、直径3mm的测温小孔2、A*B*C mm试样3。
图2为利用粘土将测温小孔填充压实后的钢块，
其中测温仪4、测温仪上的热电偶接线柱5、填入测温小孔的粘土6、用短路法焊合的K型热电偶顶端7、测温仪显示器8、测温仪USB数据接口、数据记录/停止按键10。
图3为实施例1利用软件作出实际温度——时间曲线图，
图4为实施例2利用软件作出实际温度——时间曲线图，
图5为实施例3利用软件作出实际温度——时间曲线图，
图6为实施例4利用软件作出实际温度——时间曲线图，
具体实施方式
实施例1：
将箱式电阻炉加热温度设定到300℃，用本发明的测试方法确定20mm钢板芯部实际加热温度与电阻炉设定温度的差别。具体方法如下：用机加工的方法在20mm厚钢板上取出20*40mm钢板，厚度仍为20mm，用高度游标卡尺确定20mm钢板芯部位置并做上标记。用钻头在标记处垂直钻出测温小孔，用粘土填满测温小孔并压实，将K型热电偶拧到一起插到粘土中，热电偶的另一端接到测温仪上， 把钢块放到电阻炉内，打开电阻炉电源开始加热。开启测温仪并记录数据，此时热电偶顶端测量的温度即为钢块内部实际的温度，测量结束后，将数据拷贝到电脑中，利用软件作出实际温度——时间曲线如图3所示。从图中可知，将20mm钢板放入箱式电阻炉后，经过大约3432秒钢板芯部温度达到最终温度附近，但由于电阻炉为脉冲式加热，最终温度在268.5～272.2℃之间波动，均值大约为270℃，这说明，该箱式电阻炉在设定值为300℃时，其内部钢板芯部的温度大约为270℃。
实施例2：
将箱式电阻炉加热温度设定到450℃，用本发明的测试方法确定20mm钢板芯部实际加热温度与电阻炉设定温度的差别。具体方法如下：用机加工的方法在20mm厚钢板上取出20*40mm钢板，厚度仍为20mm，用高度游标卡尺确定20mm钢板芯部位置并做上标记。用钻头在标记处垂直钻出φ3的测温小孔，用粘土填满测温小孔并压实，将K型热电偶拧到一起插到粘土中，热电偶的另一端接到测温仪上，把钢块放到电阻炉内，打开电阻炉电源开始加热。开启测温仪并记录数据，此时热电偶顶端测量的温度即为钢块内部实际的温度，测量结束后，将数据拷贝到电脑中，利用软件作出实际温度——时间曲线如图4所示。从图中可知，将20mm钢板放入箱式电阻炉后，经过大约1399秒钢板芯部温度达到最终温度附近，但由于电阻炉为脉冲式加热，最终温度在441.7～465.7℃之间波动，均值大约为453℃，这说明，该箱式电阻炉在设定值为450℃时，其内部钢板芯部的温度大约为453℃。
实施例3：
将箱式电阻炉加热温度设定到600℃，用本发明的测试方法确定20mm钢板芯部实际加热温度与电阻炉设定温度的差别。具体方法如下：用机加工的方法在20mm厚钢板上取出20*40mm钢板，厚度仍为20mm，用高度游标卡尺确定20mm钢板芯部位置并做上标记。用钻头在标记处垂直钻出φ3的测温小孔，用粘土填满测温小孔并压实，将K型热电偶拧到一起插到粘土中，热电偶的另一端接到测温仪上，把钢块放到电阻炉内，打开电阻炉电源开始加热。开启测温仪并记录数 据，此时热电偶顶端测量的温度即为钢块内部实际的温度，测量结束后，将数据拷贝到电脑中，利用软件作出实际温度——时间曲线如图5所示。从图中可知，将20mm钢板放入箱式电阻炉后，经过大约1334秒钢板芯部温度达到最终温度附近，但由于电阻炉为脉冲式加热，最终温度在573.3～592.5℃之间波动，均值大约为582℃，这说明，该箱式电阻炉在设定值为600℃时，其内部钢板芯部的温度大约为582℃。
实施例4：
将箱式电阻炉加热温度设定到940℃，用本发明的测试方法确定20mm钢板芯部实际加热温度与电阻炉设定温度的差别。具体方法如下：用机加工的方法在20mm厚钢板上取出20*40mm钢板，厚度仍为20mm，用高度游标卡尺确定20mm钢板芯部位置并做上标记。用钻头在标记处垂直钻出φ3的测温小孔，用粘土填满测温小孔并压实，将K型热电偶拧到一起插到粘土中，热电偶的另一端接到测温仪上，把钢块放到电阻炉内，打开电阻炉电源开始加热。开启测温仪并记录数据，此时热电偶顶端测量的温度即为钢块内部实际的温度，测量结束后，将数据拷贝到电脑中，利用软件作出实际温度——时间曲线如图6所示。从图中可知，将20mm钢板放入箱式电阻炉后，经过大约1152秒钢板芯部温度达到最终温度附近，但由于电阻炉为脉冲式加热，最终温度在902.2～941.8℃之间波动，均值大约为920℃，这说明，该箱式电阻炉在设定值为940℃时，其内部钢板芯部的温度大约为920℃。
Claims (8)
1.一种用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于：用钻头在钢块上打出测温小孔，测温小孔顶部位置通过机加工精确控制，将室温下可变形高温受热后硬结并具有一定强度的粘土填满测温小孔，把具有一定强度的K型热电偶插入到粘土中，热电偶另一端连接到测温仪上，通过测温仪实时记录温度数据，从而实现精确测量钢块内部实际温度的目的。
2.根据权利要求1所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于所述方法的具体步骤是：
(1)用高度游标卡尺确定钢块内某一测量位置，并做好标记；
(2)机加工的方法，在钢块表面标记出垂直钻出测温小孔；
(3)小孔顶部位置即为测温仪测得的钢块内部的实际温度的位置；
(4)将室温下可变形高温受热后硬结并具有一定强度的粘土填满测温小孔；
(5)将具有一定强度的K型热电偶插入到粘土中，此时热电偶顶端测量的温度即为钢块内部实际的温度；
(6)热电偶的另一端连接到测温仪上，测量时，测温仪将钢块内部的温度实时记录到存储器中；
(7)将钢块放入箱式电阻炉中，设定好需要的温度，打开测温仪并记录数据；
(8)将存储器里的数据拷贝到电脑中，利用软件绘制出实际温度——时间曲线，该曲线就是反映钢块内部实际温度变化规律的曲线；
(9)将所得实际温度——时间曲线与箱式电阻炉显示温度对比，即可得出该电阻炉在该加热温度时钢块内部实际温度与现实温度的差别，为后续热处理提供经验数据。
3.根据权利要求2所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于，在步骤(1)中，利用高度游标卡尺确定钢块内温度测量位置时可选择任意位置，一旦选择好测温位置，最后的实际温度——时间曲线反映的就是该位置的实际温度变化情况。
4.根据权利要求2所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于，在步骤(2)中，机加工获得的测温小孔需要保证加工精度，要将钢块在磨床上加工出两个平行表面，并在其中的一个表面上按照步骤(1)所述利用高度游标卡尺定位，随后用钻床加工出测温小孔。
5.根据权利要求2所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于，在步骤(4)中，为了保证K型热电偶在后续测量过程中不松动，此处需要用铁丝将粘土压实。
6.根据权利要求2所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于，在步骤(5)中，K型热电偶的顶端用短路法焊合，并将两根电阻丝拧在一起以便插入到粘土中。
7.根据权利要求2所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于，在步骤(7)中，打开测温仪并记录数据时选择USB记录以便将爱那个数据拷贝到电脑上进行后续处理。
8.根据权利要求2所述的用于确定电阻炉中钢块内部实际温度的测试方法，其特征在于，在步骤(9)中，利用一块打好测温空并接好热电偶的试样，将某一箱式电阻炉在不同温度下的实际温度——时间曲线测量出来，制成该箱式电阻炉的热处理参照手册，以便后续热处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150617 |