CN105445357A - 轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法，其包括，测量槽，其内设一绝缘油进口总管，该绝缘油进口总管上设泵及分别连接至两绝缘油灌的两绝缘油管，绝缘油管上设控制阀；两个电极，水平设置于所述测量槽内靠近底部的位置，并分别连接电源。本发明通过石墨浓度测量装置测量绝缘灌中的石墨浓度，保证绝缘灌中的石墨浓度一直保持在稳定值，提高轧辊毛化效果及质量。

Description

轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及轧辊毛化设备，特别涉及轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法。

背景技术

随着汽车、家电等行业的快速发展，优质冷轧带钢的需求量逐年增加。用户对带钢表面质量和使用性能要求不断提高，推动了轧辊表面毛化技术的快速发展。冷轧带钢的表面形貌是由轧辊表面形貌直接传递的，是一个“衰减性拷贝”过程。目前，为了控制和调整成品带钢的表面形貌，冷轧平整机或光整机工作辊基本上都采用毛化辊，同时为了解决粗糙度偏低或罩式炉内带钢粘连问题，冷连轧机最后一个机架也往往采用毛化辊。

电火花毛化技术因具有工艺成熟、设备可控性好、毛化粗糙度均匀、再现性好、毛化形貌随机分布，涂装效果好、毛化效率高等优点，因此广泛用于轧辊表面毛化处理上。利用电火花技术对轧辊进行毛化时，电极和轧辊被打毛的部分浸没在电介质液中，以轧辊的电势为参考零点，根据对轧辊表面形貌的要求，电极上可以接正极性直流脉冲电压或负极性直流脉冲电压。电介质液在一定的电压和极间间隙下呈现电绝缘性能，当两极电压超过一定值后，电介质液被击穿电离，呈电导性，于是在电极和轧辊之间施加一个脉冲电势差，电介质液瞬时导电，电极与轧辊之间产生一个电火花，每个电火花在轧辊表面形成一个凹坑。电介质液是绝缘油和石墨混合而成，其中石墨起到形成导电桥，提高放电效果的作用。

电介质液中石墨浓度需要保持一个稳定值，才能得到最良好的打毛效果，当石墨浓度过高时，毛化后的轧辊表面粗糙度普遍偏低；相反石墨浓度过低时，毛化后的轧辊表面粗糙度偏高，甚至可能发生电极抖动、轧辊与电极接触划伤轧辊辊面、打毛无法进行等问题。一般电火花过程中，一个绝缘油灌中添加一定量的石墨之后，连续使用大约24～32小时，期间，石墨不断被消耗，导致绝缘灌使用初期和后期打毛效果不同，也即在相同的工艺参数下，打毛后的轧辊表面粗糙度不同，对生产产生不利影响。

因此，如何使电火花过程中绝缘油灌中石墨浓度始终保持一个稳定值，从而确保轧辊毛化效果稳定是需要尽快解决的一个难题。

中国专利CN103998927A公开了一种测量溶解在电绝缘油中的气体的浓度的装置，具体是通过分析油中的气体浓度，评估油绝缘的变压器的绝缘状态。其核心特征为使用了气体可透过且油不透过的隔膜的使用，该隔膜被置于油容器和仅包含气体的测量腔之间。该发明是涉及诸如变压器或电缆之类的油绝缘的电气设备的诊断评估的领域。

中国专利CN102713605A公开了一种用于推导电绝缘油中所溶解气体的浓度的方法和设备，与上述中国专利CN103998927A类似，利用气可透过且油不能透过的薄膜，介绍一部分气体到测量腔内，并在测量腔内测量气体浓度值，同样也属于诸如变压器或电缆之类的油绝缘的电气设备的诊断评估的领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法，通过石墨浓度测量装置测量绝缘灌中的石墨浓度，保证绝缘灌中的石墨浓度一直保持在稳定值，提高轧辊毛化效果及质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置，其包括，测量槽，其内设一绝缘油进口总管，该绝缘油进口总管上设泵及分别连接至两绝缘油灌的两绝缘油管，绝缘油管上设控制阀；两个电极，水平设置于设置于所述测量槽内靠近底部的位置，并分别连接电源。

进一步，所述电极中心线至测量槽底部的垂直距离为6～7mm。

优选的，所述两个电极的材质为纯铜，电极为直径10～12mm的圆柱体。

本发明所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置的测量方法，其包括如下步骤：

1)调整石墨浓度测量装置测量槽中两个电极之间的间隙至0.05～0.1mm；

2)从一绝缘油灌中抽取一定量的电介质液至石墨浓度测量装置测量槽中，抽取量为0.2～1升，在两个电极上施加电压，电压为40～100V，使两个电极之间形成放电，石墨不断被消耗；采集放电电流及放电时间，上述放电过程一直持续到放电电流为零为止，最后根据所采集的电流及时间，按下式(1)测算放电过程中所做的功，其值与绝缘油中石墨浓度是相互对应的，从而评定绝缘油中石墨浓度；

$A=V\×{\∫}_0^{t}Idt---\left(1\right)$

其中：

V：放电电压，单位：伏；

I：放电电流，单位：安培；

t：放电时间，单位：秒；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳；

3)从放电过程中所做的功与石墨浓度关系得到石墨浓度计算公式(2)：

n＝(A-33.926)/570.85(2)

其中：

n：石墨浓度，单位：％；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳。

进一步，当石墨浓度不足时，可在绝缘油灌中添加相应量的石墨，添加的石墨量按照下式(3)计算：

添加的石墨量＝(n₁-n₀)×m/n₁(3)

其中：

n₁：绝缘油灌中目标石墨浓度，％；

n₀：石墨浓度测量装置测量的浓度，％；

m：对应石墨浓度n₁的石墨重量即绝缘灌中初始石墨添加量，Kg。

另外，步骤2)中，在两个电极上施加电压，电压为40～100V。

又，两个绝缘油灌中，一个绝缘油灌给轧辊毛化站提供电介质液工作时，另一个绝缘油灌处于过滤状态。

本发明在绝缘油灌旁设置石墨浓度测量装置，当需要测量绝缘油灌中石墨浓度时，通过打开石墨浓度测量装置中的泵将绝缘油灌中的电介质液抽至石墨浓度测量装置中，每次抽取固定体积的电介质液。石墨浓度测量装置中在两个电极之间施加一定电压，且两个电极之间的距离足够小时，两个电极之间将会形成电桥，石墨不断被消耗；两个电极在放电时，首先随着电桥的发生，放电电流逐渐上升，但之后随着石墨的消耗，放电电流再逐渐下降，当绝缘油中石墨全部消耗时，放电电流也趋于零。

在放电过程中采集放电电流及放电时间，并根据所采集的放电电流及放电时间，计算放电过程中所做的功。

石墨浓度测量装置中，从绝缘油灌中抽取固定体积的电介质液，且在两个电极放电过程中，石墨浓度测量装置内的石墨全部消耗，因此石墨的浓度与放电过程中所做的功之间是相互对应的，从放电过程中所做的功与石墨浓度关系，可计算得到石墨浓度。

本发明的有益效果：

冷轧带钢生产过程中，轧辊表面粗糙度是决定带钢表面粗糙度的最为关键的因素。轧辊表面粗糙度是通过电火花毛化过程实现的，毛化过程中绝缘油中的石墨浓度对毛化后轧辊表面粗糙度产生很大影响，石墨浓度过高，毛化后的轧辊表面粗糙度普遍偏低；相反石墨浓度过低时，毛化后的轧辊表面粗糙度偏高，甚至可能发生电极抖动、轧辊与电极接触划伤轧辊辊面、打毛无法进行等问题。一般电火花过程中，一个绝缘油灌中添加一定量的石墨之后，连续使用大约24～32小时，期间，石墨不断被消耗，绝缘油罐中石墨浓度发生变化，导致绝缘灌使用初期和后期打毛效果不同。

根据本发明提出的方案，在绝缘油罐旁设置本发明提出的绝缘油中石墨浓度测量装置，可快速、方便、精确地测量绝缘油罐中石墨的浓度，并能推算出还需添加的石墨量，使绝缘油罐中石墨浓度始终保持在一个稳定值，从而使毛化后的轧辊粗糙度保持在稳定的范围内，保证轧辊毛化效果。

本发明中提出的绝缘油中石墨浓度测量装置及方法，其结构比较简单，易在现场实现，只需利用泵将少量的绝缘油提取到测量槽内，并测量槽内的两个电极施加电压，采集电流及放电时间即可换算出绝缘油罐内的石墨浓度，其测量精度较高。本发明提出的方案，对提高轧辊毛化质量，提高带钢表面粗糙度命中率等方面均能起到非常积极的作用。

附图说明

图1为本发明石墨浓度测量装置的结构示意图。

图2为利用本发明方法测量的石墨浓度与放电过程中所做的功之间的关系图。

图3为本发明实施例中放电电流采集图。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置，其包括，测量槽1，其内设一绝缘油进口总管2，该绝缘油进口总管2上设泵3及分别连接至两绝缘油灌4、5的两绝缘油管41、51，绝缘油管41、51上设控制阀F1、F2；两个电极6、7，水平设置于所述测量槽1内靠近底部的位置，并分别连接电源。

进一步，所述电极6、7中心线至测量槽1底部的垂直距离为6～7mm。

所述两个电极6、7的材质为纯铜，电极为直径10～12mm的圆柱体。

结合图1及图2，本发明测量步骤如下：

1)调整石墨浓度测量装置测量槽中两个电极之间的间隙至0.05～0.1mm；

2)从一绝缘油灌中抽取一定量的电介质液至石墨浓度测量装置测量槽中，抽取量为0.2～1升，在两个电极上施加电压，电压为40～100V，使两个电极之间形成放电，石墨不断被消耗；采集放电电流及放电时间，上述放电过程一直持续到放电电流为零为止，最后根据所采集的电流及时间，按下式(1)测算放电过程中所做的功，其值与绝缘油中石墨浓度是相互对应的，从而评定绝缘油中石墨浓度；

$A=V\×{\∫}_0^{t}Idt---\left(1\right)$

其中：

V：放电电压，单位：伏；

I：放电电流，单位：安培；

t：放电时间，单位：秒；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳；

3)石墨浓度测量装置中，从绝缘油灌中抽取固定体积的电介质液，且在两个电极放电过程中，石墨浓度测量装置内的石墨全部消耗，因此石墨的浓度与放电过程中所做的功之间是相互对应的，如图2为实际测量的石墨浓度与放电过程中所做的功之间的关系；从放电过程中所做的功与石墨浓度关系得到石墨浓度计算公式(2)：

n＝(A-33.926)/570.85(2)

其中：

n：石墨浓度，单位：％；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳。

进一步，当石墨浓度不足时，可在绝缘油灌中添加相应量的石墨，添加的石墨量按照下式(3)计算：

添加的石墨量＝(n₁-n₀)×m/n₁(3)

其中：

n₁：绝缘油灌中目标石墨浓度，％；

n₀：石墨浓度测量装置测量的浓度，％；

m：对应石墨浓度n₁的石墨重量即绝缘灌中初始石墨添加量，Kg。

实施例

以绝缘油灌内的石墨目标浓度为1.2％、绝缘油灌中添加8公斤石墨时浓度为1.2％的情况为例，具体实施方式如下：

轧辊电火花毛化设备在毛化轧辊时，绝缘油灌4给轧辊打毛站100供电介质液，而绝缘油灌5处于过滤状态，按照一般情况，绝缘油灌使用32小时，但实际生产时绝缘油灌使用10小时左右后，在打毛粗糙度为1.6μm轧辊时，发生电极经常抖动、电极短路等情况。

利用本发明的石墨浓度测量装置，从绝缘油灌4中抽取0.5升的电介质液，调整石墨浓度测量装置中两个电极6、7之间的间距，使其间距为0.1mm；其次给两个电极6、7提供48V的电源，两个电极6、7在电压的作用下，逐渐形成电桥并放电，放电过程中采集放电电流及放电时间。

所采集的放电过程中的放电电流及时间关系如图3所示，放电一直持续至第684秒即放电电流趋于零为止。

根据所采集的放电电流及时间计算放电过程中所做的功：

$A=V\×{\∫}_0^{t}Idt=48\×{\∫}_0^{684}Idt=48\×12.406=595.488$ (焦耳)

因此，根据公式(2)可以得到石墨的浓度为：

n＝(A-33.926)/570.85＝(595.488-33.926)/570.85＝0.9837％

也即绝缘油灌4使用大约10小时之后，因石墨不断被消耗，绝缘油灌4内的石墨浓度仅为0.9837％，与目标值1.2％相差较大，为了保证毛化效果，在绝缘油灌4中添加一定量的石墨，其添加的石墨量按照公式(3)计算：

添加石墨量＝(n₁-n₀)×8/n₁＝1.4418Kg。

根据本发明中提出的方法，可以实时监控轧辊毛化过程中，绝缘油灌内的石墨浓度变化，当石墨浓度不足时，可以精确补充相应量的石墨，确保绝缘油灌内石墨浓度始终处于稳定值，从而提高轧辊毛化效果，对提高轧辊毛化效果、提高轧辊毛化粗糙度命中率等方面具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置，其特征在于，包括，

测量槽，其内设一绝缘油进口总管，该绝缘油进口总管上设泵及分别连接至两绝缘油灌的两绝缘油管，绝缘油管上设控制阀；

两个电极，水平设置于所述测量槽内靠近底部的位置，并分别连接电源。

2.如权利要求1所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置，其特征在于，所述电极中心线至测量槽底部的垂直距离为6～7mm。

3.如权利要求1或2所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置，其特征在于，所述两个电极的材质为纯铜，电极为直径10～12mm的圆柱体。

4.如权利要求1所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置的测量方法，其特征是，包括如下步骤：

1)调整石墨浓度测量装置测量槽中两个电极之间的间隙至0.05～1mm；

2)从一绝缘油灌中抽取一定量的电介质液至石墨浓度测量装置测量槽中，抽取量为0.2～1升，在两个电极上施加电压，使两个电极之间形成放电，石墨不断被消耗；采集放电电流及放电时间，上述放电过程一直持续到放电电流为零为止，最后根据所采集的电流及时间，按下式(1)测算放电过程中所做的功，其值与绝缘油中石墨浓度是相互对应的，从而评定绝缘油中石墨浓度；

$A=V\×{\∫}_0^{t}Idt---\left(1\right)$

其中：

V：放电电压，单位：伏；

I：放电电流，单位：安培；

t：放电时间，单位：秒；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳；

3)从放电过程中所做的功与石墨浓度关系得到石墨浓度计算公式(2)：

n＝(A-33.926)/570.85(2)

其中：

n：石墨浓度，单位：％；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳。

5.如权利要求4所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置的测量方法，其特征是，当石墨浓度不足时，可在绝缘油灌中添加相应量的石墨，添加的石墨量按照下式(3)计算：

添加的石墨量＝(n₁-n₀)×m/n₁(3)

其中：

n₁：绝缘油灌中目标石墨浓度，％；

n₀：石墨浓度测量装置测量的浓度，％；

m：对应石墨浓度n₁的石墨重量即绝缘灌中初始石墨添加量，Kg。

6.如权利要求4所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置的测量方法，其特征是，步骤2)中，在两个电极上施加电压，电压为40～100V。

7.如权利要求4所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置的测量方法，其特征是，所述两个绝缘油灌中，一个绝缘油灌给轧辊毛化站提供电介质液工作，另一个绝缘油灌处于过滤状态。