CN111982324A - 一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及其测量方法，通过钢板在冷却过程中连续记录热电偶温度，得到钢板冷却过程沿厚度方向的连续温度曲线，实现钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量，为水冷过程上下集管水量、水比、水凸度和边部遮蔽等工艺参数的设定提供实验数据支撑，保障钢板厚度方向性能和组织均匀，降低钢板内部的残余应力，减少瓢曲。

Description

一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及其测量 方法

技术领域

本发明属于钢铁生产冷却技术，特别涉及一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及其测量方法。

背景技术

现有技术中，TMCP控制技术和正火后控制冷却技术的应用，部分需要控制冷却的钢板在轧制或者正火后进入控制冷却设备进行冷却。控制冷却的核心是对处于硬化状态奥氏体相变过程进行控制，降低相变温度，控制相变类型，细化相变组织，抑制微合金元素的碳氮化物长大，使其低温弥散析出，从而提高钢材的强度，保持钢材韧性不降低，降低钢中的碳或合金元素的含量，从而改善钢材的可焊接性，控制冷却上存在的主要问题是高冷却速率下材料冷却不均易产生较大残余应力和钢板瓢曲。残余应力及钢板瓢曲主要是钢板冷却不均匀造成的，

目前,依靠仿真或建模计算钢板冷却过程厚度方向的温度梯度，制定水冷工艺；由于钢板冷却过程的厚度方向实际温度梯度难于实时测量，钢板厚度方向温度梯度计算不准确导致集管上下水量存在偏差，影响水冷钢板的板形和组织性能。

因此，现有专利技术涉及的水冷过程钢板厚度方向温度梯度的计算测量方法有很大的局限性，需要加大这方面的研究。本发明的目的在于提供一种水冷过程钢板厚度方向温度梯度的测量方法，测量钢板轧制或正火后水冷过程钢板厚度方向的温度梯度，以便根据温度梯度制定水冷过程上下集管水量、水比、水凸度和边部遮蔽等工艺参数，降低钢板内部的残余应力，减少瓢曲，保障钢板厚度方向性能和组织均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及其测量方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的之一，本发明提供如下技术方案：一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置，包括壳体，还包括放置于壳体内合金耐高温水箱，所述合金耐高温水箱内设置有数据采集仪，所述合金耐高温水箱与壳体之间设置有耐火棉，所述壳体表面开设有至少一个热电偶通道，热电偶通过所述热电偶通道与数据采集仪连接。

优选的，所述合金耐高温水箱边绵绵设置有蒸汽出口孔。

优选的所述壳体内部还设置有隔热防水盖板，所述盖板设置有合金耐高温水箱上方。

优选的所述壳体表面开设有通气孔。

为实现本发明的另一目的，本发明提供如下技术方案：一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：获取实验钢板的厚度以及厚度方向温度测量间距，得到需要的热电偶数量；

步骤2：根据热电偶的数量及厚度方向热电偶的安装深度，在实验钢板侧面安装热电偶，并将热电偶与所述数据采集仪连接；

步骤3：获取实验钢板的加热时间和冷却时间，设定数据的采样周期；

步骤4：读取数据采集仪的数据，测量钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量。

优选的，所述热电偶为镍铬－镍硅热电偶,所述热电偶的测量量程为0℃ -1290℃。

优选的，所述步骤1中：所述热电偶数量满足：i＝h/m-1；

上述公式中，i为热电偶数量，h为实验钢板厚度，m为实验钢板厚度方向温度测量间距。

优选的，所述步骤2中：根据热电偶的数量及厚度方向热电偶的安装深度，在实验钢板侧面钻孔，将所述热电偶插入孔中，插入过程中加入氧化铁粉进行钻孔缝隙填充，并用耐高温防火泥进行固定密封。

优选的，所述步骤3中：所述加热时间满足：

T_加热＝h*k+Y

上述公式中：T_加热为加热时间，h为实验钢板厚度；k为加热系数；Y为补偿值；

所述冷却时间满足：

T_冷却＝(Lp+Le)/V

上述公式中：T_冷却为冷却时间，Lp实验钢板的长度，Le为冷却集管的长度， V为实验钢板的行进速度。

优选的，所述步骤4中，冷却结束后，当实验钢板温度≤25℃时，将合金耐高温水箱从壳体中取出；当合金耐高温水箱表面温度≤50℃，将数据采集仪取出。

本申请的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及其测量方法，在钢板厚度断面上钻孔埋入热电偶，通过钢板在冷却过程中连续记录热电偶温度，得到钢板冷却过程沿厚度方向的连续温度曲线，实现钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量，为水冷过程上下集管水量、水比、水凸度和边部遮蔽等工艺参数的设定提供实验数据支撑，保障钢板厚度方向性能和组织均匀，降低钢板内部的残余应力，减少瓢曲。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的结构示意图；

图2为本发明具体实施例的一一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的实验钢板安装位置示意图；

图3为本发明具体实施例的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置及测量方法的实验钢板的温度梯度图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，本发明的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置包括：1外部固定箱，2耐火棉，3合金耐高温水箱，4冷却水，5隔热防水盖板，6蒸汽出口孔，7数据采集仪表，8热电偶通道，9通气孔。

外部固定箱1用于实验设备固定在实验钢板上，防止实验设备的滑动，同时作为实验设备的隔热、防水保护；耐火棉2主要隔热保护，在加热过程中保护设备；合金耐高温水箱3里面装入冷却水4，合金耐高温水箱4中心放置数据采集处理仪表7；隔热防水盖板5主要为隔热防水，在实验过程中防止冷却水进入保护箱内；蒸汽出口孔6为合金耐高温水箱内蒸汽流出孔，减少内部压力；数据采集处理仪表7进行测量数值实时记录与保存；热电偶通道8是实验过程的热电偶通过通道与数据采集处理仪表7相连；通气孔9是保障内外气压一致。

采用本发明的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法步骤如下：

(1)记实验钢板的厚度为h，厚度方向温度测量间距为m，需要的热电偶的数量i＝h/m-1，热电偶的数量i小于数据采集处理仪表热电偶的通道数n。

(2)根据热电偶的数量及厚度方向热电偶的安装深度从实验钢板侧面钻孔，侧面钻孔防止钢板冷却过程上集管冷却水流入钻孔对热电偶测量精度产生影响。

(3)将热电偶测量端插入实验钢板钻好的孔内，用氧化铁粉进行钻孔缝隙填充，并用耐高温防火泥进行固定密封；热电偶的另一端通过串口接入数据采集处理仪表。

(4)根据钢板加热和冷却工艺选择K型热电偶(镍铬－镍硅热电偶)，测量量程(0℃-1290℃)。数据采集处理仪表根据实验钢板的加热时间和冷却时间，设定数据的采样周期，加热时间：钢板厚h×加热系数k+补偿值；冷却时间为：(钢板的长度Lp+冷却集管长度Le)/钢板的行进速度。

(5)冷却结束，待实验钢板温度≤25℃，把合金耐高温水箱3从外部固定箱1中取出，耐高温水箱表面温度≤50℃，把数据采集处理仪表7取出，将据采集处理仪表7通过串口线连接PC电脑，读取数据。钢板厚度方向上每个热电偶记录钢板连续的温度值，通过数据分析软件完成钢板厚度方向上温度梯度的分析，实现钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量。

实施例

在国内某钢厂正火炉后层流冷却设备上进行厚度方向温度梯度测量应用，实验钢板经过热处理正火加热，达到工艺要求的温度和时间后出炉，进入炉后层流冷却设备控制冷却。

实验测试用钢板选用为80mm DH36，尺寸规格为80mm×3950mm× 12000mm，成分见表1。

表1 DH36钢化学成分

	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Nb	Ti	Al
												目标	0.145	0.25	1.2						0.04	0.015	0.03
上限	0.155	0.3	1.25	0.02	0.005	0.1	0.1	0.1	0.05	0.02	0.05
												下线	0.13	0.2	1.15						0.035	0.001	0.02
实际	0.14	0.25	1.21	0.012	0.003	0.02	0.01	0.01	0.041	0.017	0.04

外部固定箱1尺寸为270mm×40mm×55mm(高×宽×长)，通过焊接方式固定在实验钢板上，在外部固定箱1的底部放上一层耐火棉2，将装有冷却水的合金耐高温水箱3放在耐火棉2上，热电偶通过热电偶通道8与数据采集处理仪表7串口连接，把数据采集处理仪表7放入合金耐高温水箱3内；合金耐高温水箱3四周填入耐火棉2，盖上隔热防水盖板5，隔热防水盖板5 上同时包裹耐火棉2。

一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法：包括

步骤1：获取实验钢板的厚度以及厚度方向温度测量间距，得到需要的热电偶数量；所选数据采集处理仪表7通道数为14，实验钢板的厚度为80mm，厚度方向温度测量间距m＝10mm，热电偶的数量i＝(80/10)-1＝7个，热电偶的数量小于数据采集处理仪表通道数，满足要求。

步骤2：根据热电偶的数量及厚度方向热电偶的安装深度，在实验钢板侧面安装热电偶，并将热电偶与所述数据采集仪连接；在实验钢板侧面钻出热电偶安装孔；热电偶测量端埋入实验钢板已经钻好的孔内，利用氧化铁粉进行钻孔缝隙填充，并用耐高温防火泥进行固定密封；热电偶的另一端通过串口接入数据采集处理仪表7。热电偶安装孔位置如图2，具体热电偶安装孔位置与尺寸如表2。

表2实验钢板钻孔尺寸

步骤3：获取实验钢板的加热时间和冷却时间，设定数据的采样周期；

实验钢板的热处理加热工艺：设定出炉温度900℃，加热系数2.0min/mm，补偿系数18min。根据加热时间公式得到：

T_加热＝h*k+Y＝80mm×2.0min/mm+20min＝180min

冷却工艺：选择集管12组，水冷区长度12m，上集管设定水量：150m3/ 小时，水比2.2，下表面水量为330m3/小时，水压0.45MPa，水温18.3℃。辊道速度12.5m/min。

根据冷却时间公式得到：T_冷却＝(Lp+Le)/V＝(12m+12m)/12.5m/min＝1.92min

选择K型热电偶(镍铬－镍硅热电偶)，测量量程(0℃-1290℃)，测量精度0.2％，分辨率0.3℃。数据采集处理仪表7根据实验钢板的加热时间 180min和冷却时间1.92min，设定数据的采样周期为每2s记录一次，可记录大于10小时的数据。实验钢板实际出炉温度897℃，冷后上表面430℃，下表面393℃，返红温度575℃。

步骤4：读取数据采集仪的数据，测量钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量。冷却结束，实验钢板温度20℃时，把合金耐高温水箱3从外部固定箱11中取出，耐高温水箱表面温度40℃时，把数据采集处理仪表取出，将据采集处理仪表7通过串口线连接PC电脑，读取数据。钢板厚度方向上每个热电偶记录钢板连续的温度值，通过数据分析软件完成钢板厚度方向上温度梯度的分析，实现钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量，从而得到图3为实例实验钢板温度梯度。

综上所述，本申请的测量装置及测量方法具有以下有益效果：

1、与传统依靠仿真或建模计算钢板冷却过程厚度方向温度梯度的方法相比，使用本发明所述技术方案，可以利用钢板水冷过程的温度梯度测量装置和方法测得的水冷过程钢板的实时温度梯度，良好的精度，准确可靠。

2、装置结构简单，操作简便，可以实现生产过程的钢板厚度方向温度梯度测量。

3、根据测量的水冷过程钢板厚度方向的温度梯度，可以进行水冷过程控制冷却参数的设置，解决钢板冷却过程水冷不均匀造成的钢板瓢曲和厚度方向组织性能不均问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置，包括壳体，其特征在于：还包括放置于壳体内合金耐高温水箱，所述合金耐高温水箱内设置有数据采集仪，所述合金耐高温水箱与壳体之间设置有耐火棉，所述壳体表面开设有至少一个热电偶通道，热电偶通过所述热电偶通道与数据采集仪连接。

2.根据权利要求1所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置，其特征在于：所述合金耐高温水箱边绵绵设置有蒸汽出口孔。

3.根据权利要求1所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置，其特征在于：所述壳体内部还设置有隔热防水盖板，所述盖板设置有合金耐高温水箱上方。

4.根据权利要求1所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置，其特征在于：所述壳体表面开设有通气孔。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取实验钢板的厚度以及厚度方向温度测量间距，得到需要的热电偶数量；

步骤2：根据热电偶的数量及厚度方向热电偶的安装深度，在实验钢板侧面安装热电偶，并将热电偶与所述数据采集仪连接；

步骤3：获取实验钢板的加热时间和冷却时间，设定数据的采样周期；

步骤4：读取数据采集仪的数据，测量钢板冷却过程厚度方向上温度梯度的测量。

6.根据权利要求5所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，其特征在于：所述热电偶为镍铬－镍硅热电偶,所述热电偶的测量量程为0℃-1290℃。

7.根据权利要求5所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，其特征在于：所述步骤1中：所述热电偶数量满足：i＝h/m-1；

上述公式中，i为热电偶数量，h为实验钢板厚度，m为实验钢板厚度方向温度测量间距。

8.根据权利要求5所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，其特征在于：所述步骤2中：根据热电偶的数量及厚度方向热电偶的安装深度，在实验钢板侧面钻孔，将所述热电偶插入孔中，插入过程中加入氧化铁粉进行钻孔缝隙填充，并用耐高温防火泥进行固定密封。

9.根据权利要求5所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，其特征在于：所述步骤3中：所述加热时间满足：

T_加热＝h*k+Y

上述公式中：T_加热为加热时间，h为实验钢板厚度；k为加热系数；Y为补偿值；

所述冷却时间满足：

T_冷却＝(Lp+Le)/V

上述公式中：T_冷却为冷却时间，Lp实验钢板的长度，Le为冷却集管的长度，V为实验钢板的行进速度。

10.根据权利要求5所述的一种测量水冷过程钢板厚度方向温度梯度的装置的测量方法，其特征在于：所述步骤4中，冷却结束后，当实验钢板温度≤25℃时，将合金耐高温水箱从壳体中取出；当合金耐高温水箱表面温度≤50℃，将数据采集仪取出。

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