CN110376237B - 可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置及其方法，该装置包括基座和设置在基座上的烧结炉，所述基座上铺设有导向滑轨，所述导向滑轨的一端设置有极限挡环，所述导向滑轨的另一端延伸进入烧结炉的内腔；所述导向滑轨上还设置有可沿其长度方向移动的试样张力架，所述试样张力架上设置有牵引电机，所述牵引电机通过牵引线与安装在试样张力架上的待测试样连接。本发明的装置能够实现对待测试样加载并控制张力，更好地模拟硅钢的大生产过程中的生产工况，减少实验室实验的误差，使得实验室成果能够迅速有效应用于工业大生产中。

Description

可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置及其方法

技术领域

本发明涉及烧结实验装置的技术领域，具体涉及一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置及其方法。

背景技术

在硅钢的大生产过程中，虽然生产的一些产品在实验室中试制成功，但由于实验室内的各种条件、原料都便于控制和掌握，与在工业装置内进行大批量生产时的效果有很大出入，或者实验室由于种种条件限制，无法达到工业装置的相同条件时，经常会造成实验室结果与工业大生产结果无法统一，这也往往造成实验室成果很难迅速有效应用于工业大生产的原因之一。

为保障生产的连续性，在硅钢的大生产过程中通常是采用钢卷状态生产，然后在连续机组开卷并在带有张力的情况下进行烧结涂层。而通过前期的实验室验证，在该张力条件下进行涂层烧结对硅钢的核心指标电磁性能是有一定的优化作用的。通常，硅钢涂层的干燥温度在200-400℃左右，而烧结温度通常在700-950℃左右，硅钢大生产中的涂层干燥和烧结过程中都是在较大张力条件下进行的，通过对大生产现场部分涂层机组张力的计算，硅钢涂层烧结时的实际张力大概是在5-15Mpa之间。

然而，在进行硅钢涂层实验室实验的过程中，只能进行硅钢单片方式试样涂层的干燥和烧结，由于试样尺寸小，且均为单片试样，而工业大生产的连续涂层机组均采用的是带张力的连续钢带，这就造成了单片的实际试验过程是在无张力条件下进行的，通过单独样品的加载的张力出现变化也无法调整。基于硅钢涂层在烧结过程中出现的大生产和实验室试验状态不同的问题，需要研发一种烧结实验装置并建立的相关实验方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置及其方法，该装置能够实现对待测试样加载并控制张力，更好地模拟硅钢的大生产过程中的生产工况，减少实验室实验的误差，使得实验室成果能够迅速有效应用于工业大生产中。

为实现上述目的，本发明提供的一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，包括基座和设置在基座上的烧结炉，其特殊之处在于：所述基座上铺设有导向滑轨，所述导向滑轨的一端设置有极限挡环，所述导向滑轨的另一端延伸进入烧结炉的内腔；

所述导向滑轨上还设置有可沿其长度方向移动的试样张力架，所述试样张力架上设置有牵引电机，所述牵引电机通过牵引线与安装在试样张力架上的待测试样连接。

进一步地，所述牵引电机与待测试样之间的牵引线上还设置有测力传感器。

进一步地，所述试样张力架包括底板、设置在底板一侧的挡板，以及设置在底板另一侧的固定架；

所述固定架包括设置在底板上的固定框和设置在固定框内腔中部的竖向固定板，所述待测试样的一端通过第一紧固组件安装在竖向固定板上，所述待测试样的另一端通过第二紧固组件与牵引线固定连接。

进一步地，所述导向滑轨具有U形槽，所述U形槽的顶端两侧设置有沿长度方向延伸的限位板，所述底板可嵌入U形槽内与其滑动连接。

进一步地，所述固定架朝向挡板的一侧顶端设置有限位杆，所述烧结炉朝向极限挡环的一侧设置有用于与限位杆卡合限位的卡口。

进一步地，所述烧结炉包括内胆和包裹在内胆外层的耐火泥层，所述耐火泥层内间隔设置有若干个加热器和测温热电偶。

进一步地，所述待测试样的一端设置有第一安装孔，所述待测试样的另一端设置有第二安装孔；

所述第一紧固组件包括第一螺栓、第一螺母以及套设在第一螺栓上的第一垫片，所述第一螺栓贯穿第一安装孔通过第一螺母与竖向固定板锁紧；

所述第二紧固组件包括第二螺栓、第二螺母以及套设在第二螺栓上的第二垫片，所述第二螺栓贯穿第二安装孔通过第二螺母与牵引线锁紧。

再进一步地，它还包括PLC控制系统，所述PLC控制系统的数据输入端分别与测力传感器、测温热电偶的数据输出端连接，所述PLC控制系统的控制信号输出端分别与牵引电机、加热器的控制信号输入端连接。

本发明还提供一种利用上述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

1)加工待测试样，在待测试样的一端开设第一安装孔，另一端开设第二安装孔，然后采用涂辊或手工滚涂的方式对待测试样进行涂层，并测量待测试样涂层前的初始磁性I；

2)将涂层后的待测试样送入温度为250℃～350℃的干燥炉中保温10～20秒钟，干燥涂层；

3)将步骤2)涂层干燥后的待测试样的一端安装在试样张力架的竖向固定板上，另一端通过牵引线与牵引电机连接；

4)将烧结炉内升温至设定的烧结温度，保温30～50min，同时控制牵引电机对待测试样施加设定的牵引张力；

5)将试样张力架沿导向滑轨推入烧结炉内，直至限位杆与卡口卡合，试样张力架上的待测试样在烧结炉内进行烧结处理；

6)完成烧结后，将试样张力架拉出烧结炉，卸载张力后拆卸下烧结后的待测试样；

7)测量烧结后待测试样的实际磁性II，并与步骤1)测量的待测试样涂层前的初始磁性I进行对比，得到磁性变化值。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明装置设计有试样张力架，试样张力架上设置有牵引电机，牵引电机通过牵引线与安装在试样张力架上的待测试样连接，能够实现对待测试样加载并控制张力，更好地模拟硅钢的大生产过程中的生产工况，减少实验室实验的误差，使得实验室成果能够迅速有效应用于工业大生产中。

其二，本发明装置设计的烧结炉上设置有加热器和测温热电偶，不仅能够对烧结炉进行加热，而且能够控制烧结炉精确加热至设定的烧结温度，从而可以实现在烧结过程中对温度和张力能够实现共同控制，然后，通过不同试验状态的组合达到对带张力、温度条件下涂层烧结状态的研究。

其三，本发明装置设计的导向滑轨具有U形槽，U形槽的顶端两侧设置有沿长度方向延伸的限位板，底板可嵌入U形槽内与其滑动连接，而且固定架上设计有限位杆，烧结炉上设计有与限位杆卡合限位的卡口，从而实现对试样张力架的导向和定位。

附图说明

图1为一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置的结构示意图；

图2为图1中试样张力架的放大结构示意图；

图3为图2中固定架的右侧示意图；

图4为图2中固定架的左侧示意图；

图5为图1中导向滑轨剖视结构示意图；

图6为图1所示可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置的控制系统示意图；

图7为温度控制流程图；

图8为牵引张力控制流程图；

图中：基座1、烧结炉2(内胆2.1、耐火泥层2.2)、导向滑轨3(U形槽3.1、限位板3.2)、极限挡环4、试样张力架5(底板5.1、挡板5.2、固定架5.3、固定框5.31、限位杆5.33、竖向固定板5.32)、牵引电机6、牵引线7、待测试样8(第一安装孔8.1、第二安装孔8.2)、、测力传感器9、第一紧固组件10(第一螺栓10.1、第一螺母10.2、第一垫片10.3)、第二紧固组件11(第二螺栓11.1、第二螺母11.2、第二垫片11.3)、卡口12、加热器13、测温热电偶14、PLC控制系统15。

具体实施方式

下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1所示的一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，包括基座1和设置在基座1上的烧结炉2，基座1上铺设有导向滑轨3，导向滑轨3的一端设置有极限挡环4，导向滑轨3的另一端延伸进入烧结炉2的内腔；导向滑轨3上还设置有可沿其长度方向移动的试样张力架5，试样张力架5上设置有牵引电机6，牵引电机6通过牵引线7与安装在试样张力架5上的待测试样8连接。牵引电机6与待测试样8之间的牵引线7上还设置有测力传感器9。烧结炉2包括内胆2.1和包裹在内胆2.1外层的耐火泥层2.2，耐火泥层2.2内间隔设置有若干个加热器13和测温热电偶14。这样，能够实现对待测试样加载并控制张力，更好地模拟硅钢的大生产过程中的生产工况，减少实验室实验的误差，使得实验室成果能够迅速有效应用于工业大生产中。通过在烧结炉2上增设加热器和测温热电偶，不仅能够对烧结炉进行加热，而且能够控制烧结炉精确加热至设定的烧结温度，从而可以实现在烧结过程中对温度和张力能够实现共同控制，然后，通过不同试验状态的组合达到对带张力、温度条件下涂层烧结状态的研究。

如图2～4所示，试样张力架5包括底板5.1、设置在底板5.1一侧的挡板5.2，以及设置在底板5.1另一侧的固定架5.3；固定架5.3包括设置在底板5.1上的固定框5.31和设置在固定框5.31内腔中部的竖向固定板5.32，待测试样8的一端通过第一紧固组件10安装在竖向固定板5.32上，待测试样8的另一端通过第二紧固组件11与牵引线7固定连接。固定架5.3朝向挡板5.2的一侧顶端设置有限位杆5.33，烧结炉2朝向极限挡环4的一侧设置有用于与限位杆5.33卡合限位的卡口12。

待测试样8的一端设置有第一安装孔8.1，待测试样8的另一端设置有第二安装孔8.2；第一紧固组件10包括第一螺栓10.1、第一螺母10.2以及套设在第一螺栓10.1上的第一垫片10.3，第一螺栓10.1贯穿第一安装孔8.1通过第一螺母10.2与竖向固定板5.32锁紧；第二紧固组件11包括第二螺栓11.1、第二螺母11.2以及套设在第二螺栓11.1上的第二垫片11.3，第二螺栓11.1贯穿第二安装孔8.2通过第二螺母11.2与牵引线7锁紧。

如图5所示，导向滑轨3具有U形槽3.1，U形槽3.1的顶端两侧设置有沿长度方向延伸的限位板3.2，底板5.1可嵌入U形槽3.1内与其滑动连接，从而实现对试样张力架的导向作用。

如图6所示，它还包括PLC控制系统15，PLC控制系统15的数据输入端分别与测力传感器9、测温热电偶14的数据输出端连接，PLC控制系统15的控制信号输出端分别与牵引电机6、加热器13的控制信号输入端连接。

实施例1：

本发明提供一种利用上述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

1)加工待测试样8，在待测试样8的一端开设第一安装孔8.1，另一端开设第二安装孔8.2，第一安装孔8.1和第二安装孔8.2的直径为8mm，可以通过台钻或激光切割进行，并确保孔边缘和试样几何边缘的毛刺小于10μ，然后采用涂辊或手工滚涂的方式对待测试样8进行涂层，采用的H涂液或T涂液为现有市售涂液，并测量待测试样8涂层前的初始磁性I；

2)将涂层后的待测试样8送入温度为250℃的干燥炉中保温10～20秒钟，干燥涂层；

3)将步骤2)涂层干燥后的待测试样8的一端安装在试样张力架5的竖向固定板5.32上，另一端通过牵引线7与牵引电机6连接；

4)将烧结炉2内升温至设定的烧结温度800℃，保温30～50min。如图7所示，PLC控制系统15将温度控制信号传递给加热器13开始加热，通过加热器13测量温度，判断温度是否达到设定值，如果没有达到设定值，则增加或者减少加热器的电流输出；如果已经达到了设定值，则维持加热器的电流输出；同时控制牵引电机6对待测试样8施加设定的牵引张力100N；如图8所示，PLC控制系统15将压力控制信号传递给牵引电机6开始施加牵引张力，通过测力传感器9测量牵引张力大小，判断牵引张力是否达到设定值，如果没有达到设定值，则增加或者减少牵引电机的动能输出；如果已经达到了设定值，则维持牵引电机的动能输出；

5)将试样张力架5沿导向滑轨3推入烧结炉2内，直至限位杆5.33与卡口12卡合，试样张力架5上的待测试样8在烧结炉2内进行烧结处理；

6)完成烧结后，将试样张力架5拉出烧结炉2，卸载张力后拆卸下烧结后的待测试样8；

7)测量烧结后待测试样8的实际磁性II，并与步骤1)测量的待测试样8涂层前的初始磁性I进行对比，得到磁性变化值，具体结果见表1。若实际磁性II＜初始磁性I，则重新调整步骤4的烧结温度和牵引张力，直至得到优化结果。

表1：涂层前后磁性能对比情况

从上述实施例1实际结果看，采用该方法后能有效的降低样试样铁损，磁感值变化较小。

实施例2：

本发明提供一种利用上述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

1)加工待测试样8，在待测试样8的一端开设第一安装孔8.1，另一端开设第二安装孔8.2，第一安装孔8.1和第二安装孔8.2的直径为8mm，可以通过台钻或激光切割进行，并确保孔边缘和试样几何边缘的毛刺小于10μ，然后采用涂辊或手工滚涂的方式对待测试样8进行涂层，采用的H涂液或T涂液为现有市售涂液，并测量待测试样8涂层前的初始磁性I；

2)将涂层后的待测试样8送入温度为350℃的干燥炉中保温10～20秒钟，干燥涂层；

3)将步骤2)涂层干燥后的待测试样8的一端安装在试样张力架5的竖向固定板5.32上，另一端通过牵引线7与牵引电机6连接；

4)将烧结炉2内升温至设定的烧结温度700℃，保温30～50min。如图7所示，PLC控制系统15将温度控制信号传递给加热器13开始加热，通过加热器13测量温度，判断温度是否达到设定值，如果没有达到设定值，则增加或者减少加热器的电流输出；如果已经达到了设定值，则维持加热器的电流输出；同时控制牵引电机6对待测试样8施加设定的牵引张力20N；如图8所示，PLC控制系统15将压力控制信号传递给牵引电机6开始施加牵引张力，通过测力传感器9测量牵引张力大小，判断牵引张力是否达到设定值，如果没有达到设定值，则增加或者减少牵引电机的动能输出；如果已经达到了设定值，则维持牵引电机的动能输出；

5)将试样张力架5沿导向滑轨3推入烧结炉2内，直至限位杆5.33与卡口12卡合，试样张力架5上的待测试样8在烧结炉2内进行烧结处理；

6)完成烧结后，将试样张力架5拉出烧结炉2，卸载张力后拆卸下烧结后的待测试样8；

7)测量烧结后待测试样8的实际磁性II，并与步骤1)测量的待测试样8涂层前的初始磁性I进行对比，得到磁性变化值，具体结果见表2。若实际磁性II＜初始磁性I，则重新调整步骤4的烧结温度和牵引张力，直至得到优化结果。

表2：涂层前后磁性能对比情况

从上述实施例2实际结果看，采用极小张力条件涂层后铁损变化不大。

综上所述，总结实施例1与实施例2可以看出，增加张力条件进行烧结前后的磁性波动情况明显，由于实际张力传感器的灵敏度，实际20N已经基本是将试样固定于张力架上的实际稳定数据，因此，可以视作实施例2为基本无张力条件，与实施例1对比，在张力烧结条件下，硅钢单片试样的铁损明显得到优化。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。

Claims (7)

1.一种可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，包括基座(1)和设置在基座(1)上的烧结炉(2)，其特征在于：所述基座(1)上铺设有导向滑轨(3)，所述导向滑轨(3)的一端设置有极限挡环(4)，所述导向滑轨(3)的另一端延伸进入烧结炉(2)的内腔；

所述导向滑轨(3)上还设置有可沿其长度方向移动的试样张力架(5)，所述试样张力架(5)上设置有牵引电机(6)，所述牵引电机(6)通过牵引线(7)与安装在试样张力架(5)上的待测试样(8)连接；

所述牵引电机(6)与待测试样(8)之间的牵引线(7)上还设置有测力传感器(9)；

所述试样张力架(5)包括底板(5.1)、设置在底板(5.1)一侧的挡板(5.2)，以及设置在底板(5.1)另一侧的固定架(5.3)；

所述固定架(5.3)包括设置在底板(5.1)上的固定框(5.31)和设置在固定框(5.31)内腔中部的竖向固定板(5.32)，所述待测试样(8)的一端通过第一紧固组件(10)安装在竖向固定板(5.32)上，所述待测试样(8)的另一端通过第二紧固组件(11)与牵引线(7)固定连接；

所述导向滑轨(3)具有U形槽(3.1)，所述U形槽(3.1)的顶端两侧设置有沿长度方向延伸的限位板(3.2)，所述底板(5.1)可嵌入U形槽(3.1)内与其滑动连接。

2.根据权利要求1所述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，其特征在于：所述固定架(5.3)朝向挡板(5.2)的一侧顶端设置有限位杆(5.33)，所述烧结炉(2)朝向极限挡环(4)的一侧设置有用于与限位杆(5.33)卡合限位的卡口(12)。

3.根据权利要求2所述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，其特征在于：所述烧结炉(2)包括内胆(2.1)和包裹在内胆(2.1)外层的耐火泥层(2.2)，所述耐火泥层(2.2)内间隔设置有若干个加热器(13)和测温热电偶(14)。

4.根据权利要求3所述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，其特征在于：所述待测试样(8)的一端设置有第一安装孔(8.1)，所述待测试样(8)的另一端设置有第二安装孔(8.2)；

所述第一紧固组件(10)包括第一螺栓(10.1)、第一螺母(10.2)以及套设在第一螺栓(10.1)上的第一垫片(10.3)，所述第一螺栓(10.1)贯穿第一安装孔(8.1)通过第一螺母(10.2)与竖向固定板(5.32)锁紧；

所述第二紧固组件(11)包括第二螺栓(11.1)、第二螺母(11.2)以及套设在第二螺栓(11.1)上的第二垫片(11.3)，所述第二螺栓(11.1)贯穿第二安装孔(8.2)通过第二螺母(11.2)与牵引线(7)锁紧。

5.根据权利要求4所述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置，其特征在于：它还包括PLC控制系统(15)，所述PLC控制系统(15)的数据输入端分别与测力传感器(9)、测温热电偶(14)的数据输出端连接，所述PLC控制系统(15)的控制信号输出端分别与牵引电机(6)、加热器(13)的控制信号输入端连接。

6.一种利用权利要求1～5任一项所述的可控制张力的硅钢单片涂层试样烧结实验装置进行实验的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)加工待测试样(8)，在待测试样(8)的一端开设第一安装孔(8.1)，另一端开设第二安装孔(8.2)，然后采用涂辊或手工滚涂的方式对待测试样(8)进行涂层，并测量待测试样(8)涂层前的初始磁性I；

2)将涂层后的待测试样(8)送入温度为250℃～350℃的干燥炉中保温10～20秒钟，干燥涂层；

3)将步骤2)涂层干燥后的待测试样(8)的一端安装在试样张力架(5)的竖向固定板(5.32)上，另一端通过牵引线(7)与牵引电机(6)连接；

4)将烧结炉(2)内升温至设定的烧结温度，保温30～50min，同时控制牵引电机(6)对待测试样(8)施加设定的牵引张力；

5)将试样张力架(5)沿导向滑轨(3)推入烧结炉(2)内，直至限位杆(5.33)与卡口(12)卡合，试样张力架(5)上的待测试样(8)在烧结炉(2)内进行烧结处理；

6)完成烧结后，将试样张力架(5)拉出烧结炉(2)，卸载张力后拆卸下烧结后的待测试样(8)；

7)测量烧结后待测试样(8)的实际磁性II，并与步骤1)测量的待测试样(8)涂层前的初始磁性I进行对比，得到磁性变化值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤7)中，若实际磁性II＜初始磁性I，则重新调整步骤4)的烧结温度和牵引张力，直至得到优化结果。

Images