CN110501081A - 一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法 - Google Patents

一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其涉及试样、热电偶和炉温跟踪系统的使用；所述试样一侧沿长度方向开设凹槽，并在凹槽中沿试样长度方向均匀开设有若干盲孔作为测量孔；将热电偶的测量端插入测量孔中，试样在斜辊底炉内旋转前进，热电偶用来测量试样内部的温度；所述炉温跟踪系统固定在试样端部，用来记录和处理上述热电偶测得的温度数据，分析得到斜辊底炉内温度的均匀性。本发明能够准确的测得斜辊底炉炉温均匀性，精度高，方法可靠，实用性强，可行性好。

Description

一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法
技术领域
本发明涉及金属材料热处理技术，尤其涉及辊底炉炉温均匀性测量方法。
背景技术
加热温度是影响金属材料热处理质量和产品废品率的主要因素之一.加热温度过低或过高都不能使金属材料达到指定的组织形态和力学性能.因此，热处理设备内工作区域温度分布的空间均匀性和时间均匀性是影响设备内金属材料热处理质量的重要因素.热处理设备内的温度分布在空间上的不均匀性会导致送入设备内的金属材料受热程度不同，热处理后各处组织形态不同，强度不一致，材料变形增加，质量下降，废品率增加.由于材料热处理需要持续一段时间，热处理设备内温度分布随时间的不均匀性，也会导致材料相变不彻底，进而影响其力学性能。
因此，热处理设备中温度的均匀性精确测量和控制是保证热处理工艺质量的关键措施之一。常见的热处理设备温度均匀性测量方法分为位移法和多支热电偶测量法.位移法是指一支热电偶在设备内移动，测到不同位置的温度，这种方法较适合于炉内容积较小的加热设备.多支热电偶测量法是指多支热电偶通过支架布置在设备内的不同位置上，可以同时得到设备内温度随空间和时间的均匀性。
辊底式炉是一种利用沿炉长度方向上间隔布置的耐热辊输送需要处理的材料或工件的热处理设备。倾斜辊道，使辊轴线与工件前进方向斜交，进而使工件边自转边前进，可以保证工件受热均匀，防止工件变形，工件在热处理过程中能够保持良好的直度。因此，斜辊底式炉在国内外得到了广泛的应用。但是对于工程上常用的炉内容积较小的斜辊底式炉，精确测量其炉内温度的时间均匀性和空间均匀性，一直是行业中普遍存在的技术难点。.若采用位移法测量，工件在旋转前进过程中会把热电偶压坏；若采用多支热电偶测量法，由于炉内容积较小，安装热电偶需要的支架体积较大，施展不开。因此如何综合位移法和多支热电偶测量法二者的优点而规避各自的缺点，提出一种适合小容积斜辊底式炉炉温均匀性测量方法是本领域技术人员需要解决的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对传统位移法和多支热电偶测量方法在小容积斜辊底式炉炉温均匀性测量中存在的缺点，提出一种适合小容积斜辊底式炉的炉温均匀性测量方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：其涉及试样、热电偶和炉温跟踪系统的使用；所述试样一侧沿长度方向开设凹槽，并在凹槽中沿试样长度方向均匀开设有若干盲孔作为测量孔；将热电偶的测量端插入测量孔中，试样在斜辊底炉内旋转前进，热电偶用来测量试样内部的温度；所述炉温跟踪系统固定在试样端部，用来记录和处理上述热电偶测得的温度数据，分析得到斜辊底炉内温度的均匀性。
为了提高炉温跟踪仪所采集热电偶的数据的准确性，避免炉温跟踪仪受炉内环境的影响，将炉温跟踪仪的动作轨迹设计为与试样一模一样，具体是，炉温跟踪系统包括钢管、炉温跟踪仪；所述钢管续接在试样端部，钢管的外径和试样的外径相同，所述的炉温跟踪仪内置于钢管用于记录并处理热电偶测得的温度数据；钢管和炉温跟踪仪之间设置保温层，保温层塞满钢管和炉温跟踪仪之间的间隙，起隔温、保护炉温跟踪仪免受高温的作用。
优选的，试样直径D2范围为200～300mm，长度l2范围为5000～7000mm。
优选的，凹槽长度与试样长度相同，凹槽宽度t2范围为20～30mm，深度h范围为15～20mm。
上述的矩形凹槽内测量孔数量n取决于试样长度与测量精度要求，优选的，其范围为5～7；各测量孔直径相等且与上述热电偶测量端直径相同；各测量孔的深度取决于试样的直径与测量精度要求：应至少包含一个底部位于试样中心处的测量孔，m个底部位于试样半径(m+1)等分点处的测量孔和一个底部接近试样表面的测试孔，m的优选范围为1～4；各测量孔的位置分布取决于试样的长度：应至少包含一个位于试样长度中点处的测试孔，两个靠近试样两端面的测试孔和一对间距在100～150mm范围内的相邻的测试孔。
优选的，所述的钢管长度l1范围为1000～1500mm，管壁厚t1优选范围为3～5mm.
将斜辊底炉内温度加热到指定保温要求温度后，保温170～180min后开始测量其温度分布均匀性；所述的温度分布均匀性判断指标包括max(ΔT1)和max(ΔT2)，所述的ΔT1为同一时刻不同测量孔处所测温度最大值T1max和最小值T1min的差值，所述的ΔT2为同一测量孔不同时刻下所测温度最大值T2max和最小值T2min的差值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明中，旋转前进的同一支热电偶能够测量得到同一测试孔运动轨迹上的温度随时间和空间的均匀性；而设置多支热电偶测量不同测试孔的不同运动轨迹上的温度随时间和空间的均匀性，结合了位移法和多支热电偶测量方法的优点，所得结果更加准确可靠。
2.本发明中，热电偶嵌在试样中，在斜辊的带动下随试样同步旋转，因此避免了单纯的位移法中热电偶可能会被试样压坏的问题，也不需要在炉内搭建支撑框架，同时规避了位移法和多支热电偶测量方法的缺点，方法实用性和可行性更强。
附图说明
图1是本实用原理示意图，其中1为试样、2为热电偶、3为炉温跟踪系统。
图2是本发明用于斜辊底式连续调质炉炉温测试的状态图，其中2.1为连续调质炉炉体、2.2为连续调质炉斜辊道、2.3为连续调质炉辊子。
图3是本发明炉温跟踪系统结构示意图，其中3.1为钢管、3.2为保温层、3.3为炉温跟踪仪。
图4是本发明试样测量孔布置示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例提出的一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法，涉及的测试部件有试样1.1、热电偶1.2和炉温跟踪系统1.3，如图1所示。所述的试样1.1为合金钢棒材坯料，在棒材一侧开矩形凹槽，矩形凹槽中沿棒材长度方向开若干深度不一的圆孔，作为测量孔.所述的热电偶1.2测量端朝内嵌在上述的试样1.1的测量孔中，用来测量试样1.1内部的温度.所述的炉温跟踪系统1.3固定在试样1.1端部，用于处理和记录上述热电偶1.2测得的温度.将上述的试样1.1、热电偶1.2和炉温跟踪系统1.3放置在如图2所示的斜辊底式连续调质炉炉体2.1内的斜辊道2.2上，在辊子2.3的带动下，上述的试样1.1和炉温跟踪系统1.3不断地旋转前进.嵌在试样1.1测量孔中的多支热电偶1.2也随试样1.1同步旋转前进，测得试样1.1内部各点温度的时间均匀性和空间均匀性。
试样1.1直径D2＝250mm，长度l2＝6000mm.矩形凹槽长度与试样1.1长度相同，凹槽宽度t2＝25mm，深度h＝15mm。
如图3所示，炉温跟踪系统1.3，其结构包括钢管3.1、保温层3.2和炉温跟踪仪3.3.钢管3.1通过满焊连接在试样1.1端部，起支撑作用。炉温跟踪仪3.3放置在钢管3.1内部，用于处理记录热电偶1.2测得的温度数据。保温层3.2塞满钢管3.1和炉温跟踪仪3.3的间隙，起隔温、保护炉温跟踪仪免受高温的作用。
本实施例中的钢管3.1外径D1＝250mm，长度l1＝1000mm，管壁厚t1＝3mm。
如图4所示，试样1.1凹槽内测量孔数量为n＝5，且各测量孔直径均为12mm。按照与炉温跟踪系统1.3距离由近及远，分别为孔1、孔2、孔3、孔4和孔5。孔1位于试样1.1长度的六分点处，到试样1.1与炉温跟踪系统1.3连接处距离S1＝1000mm，孔深度h1＝209.6mm.孔2位于试样1.1长度的中点处，到试样1.1与炉温跟踪系统1.3连接处距离S2＝3000mm，孔深度h2＝209.6mm.孔5也位于试样1.1长度的六分点处，到试样1.1与炉温跟踪系统1.3连接处距离S5＝5000mm，孔深度h5＝209.6mm。孔3与孔5间距离S3＝200mm，孔3底部位于试样1.1中心处，深度h3＝110mm。孔4与孔5间距离S4＝100mm，孔4底部位于试样1.1直径方向四分点处，孔深度h4＝172.5mm。
对斜辊底式连续调质炉炉体2.1保温温度设置为860℃，加热时间为200min。加热结束并保温170min后开始记录热电偶1.2测得的温度数据。如表1所示，ΔT1为同一时刻不同测量孔处所测温度最大值T1max和最小值T1min的差值：ΔT1＝T1max-T1min，其最大值max(ΔT1)＝6℃，是斜辊底式连续调质炉内温度均匀性的判断指标之一。ΔT2为同一测量孔不同时刻下所测温度最大值T2max和最小值T2min的差值：ΔT2＝T2max–T2min，其最大值max(ΔT2)＝4.5℃，是斜辊底式连续调质炉内温度均匀性的另一个判断指标。
表1为本实施例测得的斜辊底式连续调质炉内温度数据
以上所述仅为本实用较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用保护范围。

Claims (6)

1.一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：其涉及试样、热电偶和炉温跟踪系统的使用；所述试样一侧沿长度方向开设凹槽，并在凹槽中沿试样长度方向均匀开设有若干盲孔作为测量孔；将热电偶的测量端插入测量孔中，试样在斜辊底炉内旋转前进，热电偶用来测量试样内部的温度；所述炉温跟踪系统固定在试样端部，用来记录和处理上述热电偶测得的温度数据，分析得到斜辊底炉内温度的均匀性。
2.根据权利要求1所述的一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：所述炉温跟踪系统包括钢管、炉温跟踪仪；所述钢管续接在试样端部，钢管的外径和试样的外径相同，所述的炉温跟踪仪内置于钢管用于记录并处理热电偶测得的温度数据；钢管和炉温跟踪仪之间设置保温层。
3.根据权利要求1所述的一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：试样为合金钢棒材坯料，直径范围为200～300mm，长度范围为5000～7000mm；凹槽长度与试样长度相同，凹槽宽度范围为20～30mm，深度范围为15～20mm。
4.根据权利要求2所述的一种斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：所述钢管壁厚范围为3～5mm。
5.根据权利要求3所述一种的斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：所述凹槽内测量孔的数量取决于试样长度与测量精度要求，其个数为5～7；各测量孔孔径与热电偶测量端的尺寸吻合；各测量孔的深度取决于试样的直径与测量精度要求：应至少包含一个底部位于试样1/2处的测量孔，1～4个底部分别位于试样半径的2～5等分点处的测量孔和一个底部接近试样表面的测试孔；各测量孔的间隔分布取决于试样的长度：应至少包含一个位于试样长度中点处的测试孔，两个靠近试样两端面的测试孔和一对间距在100～150mm范围内的相邻的测试孔。
6.根据权利要求1所述的斜辊底炉炉温均匀性测量方法，其特征在于：斜辊底炉内温度被加热到指定保温要求温度后，保温170～180min，然后开始测量其温度分布均匀性；所述的温度分布均匀性判断指标包括同一时刻不同测量孔处所测温度最大值和最小值的差值和同一测量孔不同时刻下所测温度最大值和最小值的差值。
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