CN108917960B - 一种钢坯加热温度均匀性的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢坯加热温度均匀性的测量装置及方法。该测量装置包括：镜头、光栅、探测器和成像装置和计算机依次连接；温度记录仪，在钢坯入炉之前安装在钢坯表面；热电偶，在钢坯入炉之前设置于钢坯中的测量孔底部，测量孔上部填有耐火材料，热电偶与温度记录仪相连；在钢坯加热过程中，通过热电偶测量钢坯内部温度，通过温度记录仪按照设定时间步长保存热电偶测量的温度数据；在钢坯出炉后，通过镜头、光栅、探测器、成像装置获得钢坯的上表面温度图像和下表面温度图像；通过计算机基于钢坯内部的温度数据、上表面温度图像及下表面温度图像分析获得钢坯加热温度均匀性，解决了现有技术中钢坯加热温度均匀性评价准确性较差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业轧钢加热技术领域，特别涉及一种钢坯加热温度均匀性的测量装置及方法。
背景技术
近年来，随着钢铁行业产品质量不断升级的要求，钢材表面质量要求越来越高，对钢材轧制的要求也越来越严，其中钢坯加热温度的控制尤为重要。钢坯在加热炉内由低温加热至高温，热量由外传至内部，由于炉内综合传热系数变化较大，如加热不均匀就造成钢坯上下表面、内部与外部温度的不均匀，造成轧制困难或轧制缺陷，同时如加热温度过高，也会导致加热炉的高耗能。因此，钢坯加热温度是否均匀不仅直接关系产品质量好坏，也会影响轧钢工序的能耗高低。
为确保钢坯加热温度均匀，各钢铁企业及研究机构探索了各自的钢坯温度均匀性测定方法。常规的炉内热电偶测试不能准确测定钢坯内部温度和整体钢坯温度，或者采用红外成像测温方法拍摄加热过程中的钢坯红外图像，虽然可以实现钢坯表面温度的在线测量，但是受钢坯表面和炉内火焰的影响会存在一定偏差，导致评价钢坯加热温度均匀性的准确性较差。为此需要一种新的钢坯加热温度均匀性的测量装置，以提高钢坯加热温度均匀性评价的准确性。
发明内容
本发明实施例提供一种钢坯加热温度均匀性的测量装置及方法，用于解决现有技术中钢坯加热温度均匀性评价准确性较差的技术问题，提高均匀性评价的准确性。
本申请实施例提供一种钢坯加热温度均匀性的测量装置，包括：镜头、光栅、探测器和成像装置和计算机依次连接，所述装置还包括：
温度记录仪，在所述钢坯入炉之前安装在钢坯表面；
热电偶，在所述钢坯入炉之前设置于所述钢坯中的测量孔底部，所述测量孔上部填有耐火材料，所述热电偶与所述温度记录仪相连；
其中，在所述钢坯加热过程中，通过所述热电偶测量所述钢坯内部温度，通过所述温度记录仪按照设定时间步长保存所述热电偶测量的温度数据；在所述钢坯出炉后，通过镜头、光栅、探测器、成像装置获得所述钢坯的上表面温度图像和下表面温度图像；通过所述计算机基于所述钢坯内部的所述温度数据、所述上表面温度图像及下表面温度图像分析获得钢坯加热温度均匀性。
可选的，所述钢坯为长方体，所述长方体的长为1～15m，所述长方体的宽为1～10m，所述长方体的高为0.2～0.5m。
可选的，所述测量孔均匀开设在所述钢坯上，所述测量孔的数量为9～30个，所述测量孔的直径为3～5mm。
可选的，所述设定时间步长为15～20s。
可选的，所述温度记录仪中还包含无线发送装置，通过所述无线发送装置将所述温度数据传送至所述计算机。
本申请实施例还提供一种钢坯加热温度均匀性的测量方法，应用于一种钢坯加热温度均匀性测量装置，所述方法包括：
通过如下公式计算获得每一时间段内所述钢坯的平均温度
加热温度均匀指数ξ：
其中，T(i,j)为每一个测量点(i，j)的温度，
为每一个测量点(i，j)的温度偏差，i、j为非负整数，m、n为正整数；
基于每一个时间段内所述钢坯每一个测量点的温度偏差
和所述钢坯的加热温度均匀指数ξ，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级。
可选的，基于每一个时间段内所述钢坯每一个测量点(i，j)的温度偏差T(i,j)和所述钢坯的加热温度均匀指数ξ，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级，包括：
判断每一个时间段内所述温度偏差T(i,j)是否大于0.98且每一个测量点的温度偏差
是否小于或者等于30℃；
若判断结果为是，基于每一个时间段内所述温度偏差T(i,j)所属的温度范围，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：
通过提供一种钢坯加热温度均匀性的测量装置，通过在钢坯上打孔并埋入热电偶，仅热电偶与温度记录仪相连，使得钢坯在加热过程中能够准确测量钢坯内部的温度，并通过温度记录仪按预设时间步长保存，保证钢坯内部温度的准确性，同时，还对应设置镜头、光栅、探测器、成像装置及计算机，通过镜头、光栅、探测器及成像装置在钢坯加热出炉后拍摄获得钢坯的上表面温度图像和下表面温度图像，避免了炉内火焰对钢坯表面温度的影响，使得获得的钢坯表面温度更为准确，通过计算机基于更为准确的温度数据进行加热温度均匀性评价，解决了现有技术中钢坯加热温度均匀性评价准确性较差的技术问题，提高了均匀性评价的准确性。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种钢坯加热温度均匀性的测量装置的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种钢坯加热温度均匀性的评价工艺过程图；
图3为本申请实施例提供的一种钢坯加热温度均匀性的评价流程图；
图4为本申请实施例提供的钢坯网格划分测量点的示意图。
图1中标号说明：1、钢坯，2、测量孔，3、温度记录仪，4、镜头，5、光栅，6、探测器，7、成像装置，8、计算机，9、钢坯网格测点。
具体实施方式
在本申请实施例提供的技术方案中，通过对钢坯内部和整体的温度分别通过热电偶和红外摄像来进行测量，不仅保证了测量钢坯内部的准确性还保证了测量钢坯整体温度的准确性，从而解决了现有技术中钢坯加热温度均匀性评价准确性较差的技术问题，提高了均匀性评价的准确性。
下面结合附图对本申请实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细的阐述。
实施例
请参考图1和图2，本实施例提供一种钢坯加热温度均匀性的测量装置，包括：镜头4、光栅5、探测器6和成像装置7和计算机8依次连接，该装置还包括：
温度记录仪3，在钢坯入炉之前安装在钢坯表面；
热电偶，在钢坯入炉之前设置于钢坯中的测量孔2底部，测量孔2上部填有耐火材料，热电偶与温度记录仪3相连；
其中，在钢坯加热过程中，通过热电偶测量钢坯内部温度，通过温度记录仪按照设定时间步长保存热电偶测量的温度数据；在钢坯出炉后，通过镜头4、光栅5、探测器6、成像装置7获得钢坯的上表面温度图像和下表面温度图像；通过计算机8基于钢坯内部的温度数据、上表面温度图像及下表面温度图像分析获得钢坯加热温度均匀性。
具体实施过程中，钢坯可以为长方体，该长方体的长为1～15m、宽为1～10m、高为0.2～0.5m。钢坯入炉前在钢坯上表面按长度和宽度方向至少均匀取3点开测量孔2。测量孔的开孔数量为9～30，开孔直径为3～5mm。开孔深度满足温度测量要求，如测量孔的深度大于热电偶的高度，以便于将热电偶完全置于测量孔中。在开孔时，预留出相应位置用于安装固定温度记录仪3。将热电偶插入测量孔2的孔底，并填上耐火材料，并将热电偶输出端接入温度记录仪3。在钢坯入炉加热的过程中，温度记录仪3按照设定时间步长，如每15～20s记录一次热电偶测量获得的温度数据。
温度记录仪3可将其保存的温度数据传送至计算机8，由计算机8用图像处理软件绘制温度曲线。具体的，温度记录仪3中可以设置无线发送装置，通过该无线发送装置将温度记录仪3保存的温度数据在加热过程中或者出炉后以无线传输的方式传送至计算机8。由于采用无线发送装置，热电偶测量获得的温度数据可以实时的传送至计算机8，通过计算机8及时的进行加热均匀性分析，以便于工作人员及时的调整加热参数，优化加热过程。
在钢坯出炉后，通过镜头4、光栅5、探测器6和成像装置7红外成像以温度图像存储出炉钢坯的温度，利用红外图像处理软件对温度图像的进行网格划分如图4所示，划分的各表面点数范围为9～900，各方向点数范围为3～30，然后在划分得到的网格上进行图像取点，进而对各个图像取点进行色温转化获得钢坯上表面温度和下表面温度。
请参考图3，对出炉后钢坯进行红外成像、网格划分后获得钢坯的上表面温度、下表面温度，对钢坯的内部温度通过热电偶进行测点取温并由温度记录仪的热存储器存储。基于钢坯的温度数据：上表面温度、下表面温度和加热过程中钢坯内部各点温度分别进行温度平均和温度偏差计算，进一步采用温度均匀指数评价钢坯加热温度均匀性。具体的，针对上述实施例提供的一种钢坯加热温度均匀性的测量装置，本实施例提供的一种钢坯加热温度均匀性的测量方法包括：
①、通过公式(1)计算获得每一时间段内钢坯的平均温度
加热温度均匀指数ξ：
②、计算钢坯每一个点的温度偏差
③、通过公式(2)计算获得每一时间段内钢坯的加热温度均匀指数ξ：
其中，T(i,j)为钢坯每一个测量点(i，j)的温度，m为i的最大取值，n为j为的最大取值，i、j为非负整数，m、n为正整数。例如：针对于钢坯内部温度数据，假设钢坯上测量孔为3×3个，那么每一个测量孔的温度为一个T(i,j)；针对于钢坯出炉后的温度图像网格划分后图像取点获得的每一个点的温度为一个T(i,j)。需要说明的是，在进行平均温度、温度偏差、温度加热均匀指数的计算时都是针对同一时间段内的温度数据。
进一步的，基于每一个时间段内钢坯每一个测量点的温度偏差
和钢坯的加热温度均匀指数ξ，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级。加热温度均匀性等级分6级如表1所示，其中钢坯上每一个测量点的温度偏差应不大于30℃，钢坯加热温度均匀指数应不低于0.98。
表1钢坯加热温度均匀性等级
| 温度均匀性等级 | 温度范围/℃ |
| I | ≤5 |
| Ⅱ | ≤10 |
| Ⅲ | ≤15 |
| Ⅳ | ≤20 |
| Ⅴ | ≤25 |
| Ⅵ | ≤30 |
具体的，基于每一个时间段内钢坯每一个测量点(i，j)的温度偏差T(i,j)和钢坯的加热温度均匀指数ξ，确认每一个时间段内钢坯加热温度均匀性等级时，可以先判断每一个时间段内每个测量点的温度偏差T(i,j)是否大于0.98且每一个测量点的温度偏差
是否小于或者等于30℃；若判断结果为否，则可以确定钢坯加热不均匀；若判断结果为是，进一步基于每一个时间段内温度偏差T(i,j)所属的温度范围如表1所示，确认每一个时间段内钢坯加热温度均匀性等级。例如：假设在时间段t1～t2之间，钢坯上9个测量孔的测量温度对应的加热温度均匀指数应为0.99＞0.98，其9个测量孔的温度偏差范围为4～8℃，那么根据表1所示的等级划分，可以确定时间段t1～t2时，钢坯的加热温度均匀性等级为Ⅱ。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：
(1)提高测量钢坯加热温度的准确性
通过提供一种钢坯加热温度均匀性的测量装置，通过在钢坯上打孔并埋入热电偶，仅热电偶与温度记录仪相连，使得钢坯在加热过程中能够准确测量钢坯内部的温度，并通过温度记录仪按预设时间步长保存，保证钢坯内部温度的准确性，同时，还对应设置镜头、光栅、探测器、成像装置及计算机，通过镜头、光栅、探测器及成像装置在钢坯加热出炉后拍摄获得钢坯的上表面温度图像和下表面温度图像，避免了炉内火焰对钢坯表面温度的影响，使得获得的钢坯表面温度更为准确，通过计算机基于更为准确的温度数据进行加热温度均匀性评价，解决了现有技术中钢坯加热温度均匀性评价准确性较差的技术问题，提高了均匀性评价的准确性。
并且，通过钢坯加热温度数据存储的同步，网格化测点的方法，有效保证了钢坯加热温度测量的准确性。
(2)保证钢坯加热温度记录的同步性
加热过程的钢坯温度在线测量和温度数据记录，能实时反映钢坯在炉内分段分时间的加热工况，同步记录了钢坯加热过程的温度。
(3)准确评价钢坯加热温度均匀性
通过钢坯表面温度和内部温度测量，采用了平均温度和温度偏差计算，引入温度均匀指数，保证了钢坯加热温度均匀性系统客观评价。
(4)实现了传统测温和先进测温技术的耦合应用
钢坯测量采用热电偶和红外测温方法的耦合应用，实现了钢坯入炉到出炉过程的实时温度测量。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种钢坯加热温度均匀性的测量装置，包括：依次连接的镜头、光栅、探测器、成像装置和计算机，其特征在于，所述装置还包括：
温度记录仪，在所述钢坯入炉之前安装在钢坯表面，所述温度记录仪中还包含无线发送装置，通过所述无线发送装置将温度数据传送至所述计算机；
热电偶，在所述钢坯入炉之前设置于所述钢坯中的测量孔底部，所述测量孔上部填有耐火材料，所述热电偶与所述温度记录仪相连；
其中，在所述钢坯加热过程中，通过所述热电偶测量所述钢坯内部温度，通过所述温度记录仪按照设定时间步长保存所述热电偶测量的温度数据；在所述钢坯出炉后，通过镜头、光栅、探测器、成像装置获得所述钢坯的上表面温度图像和下表面温度图像；通过所述计算机基于所述钢坯内部的所述温度数据、所述上表面温度图像及下表面温度图像分析获得钢坯加热温度均匀性，包括：通过如下公式计算获得每一时间段内所述钢坯的平均温度
每一个测量点(i，j)的温度偏差
加热温度均匀指数ξ：
其中，T(i,j)为每一个测量点(i，j)的温度，i、j为非负整数，m、n为正整数；
基于每一个时间段内所述钢坯每一个测量点的温度偏差
和所述钢坯的加热温度均匀指数ξ，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述钢坯为长方体，所述长方体的长为1～15m，所述长方体的宽为1～10m，所述长方体的高为0.2～0.5m。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量孔均匀开设在所述钢坯上，所述测量孔的数量为9～30个，所述测量孔的直径为3～5mm。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述设定时间步长为15～20s。
5.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，基于每一个时间段内所述钢坯每一个测量点(i，j)的温度偏差T(i,j)和所述钢坯的加热温度均匀指数ξ，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级，包括：
判断每一个时间段内所述加热温度均匀指数是否大于0.98且每一个测量点的温度偏差
是否小于或者等于30℃；
若判断结果为是，基于每一个时间段内所述温度偏差T(i,j)所属的温度范围，确认每一个时间段内所述钢坯加热温度均匀性等级。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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