CN205826571U

CN205826571U - 一种高磁性钢导温系数的快速测量装置

Info

Publication number: CN205826571U
Application number: CN201520855891.9U
Authority: CN
Inventors: 常志明
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2025-10-30

Abstract

本实用新型涉及一种高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于,所述测量装置包括直流稳压电源、输出电流控制开关、高温管式电阻炉、连接端子、冷却水开关以及电热体转换调节阀门，所述高温管式电阻炉内设置有试样组件和热电偶，所述高温管式电阻炉一端通过冷却水开关连接冷却水，另一端通过电热体转换调节阀连接直流稳压电源。该装置结构紧凑、设计巧妙，该技术方案利用金属材料一维非稳态导热原理，用通电加热高磁感性钢试样至一定的温度，断电后，测量材料沿长度方向上的温度变化和时间的关系，再依据传热学原理计算出材料的导温系数。该装置具有速度快，测量准确的特点，适用生产现场依据不同成分高磁感性钢的导温系数快速测量。

Description

一种高磁性钢导温系数的快速测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量装置，具体涉及一种高磁性钢导温系数的快速测量装置，属于高磁感性钢导温系数快速测量装置。

背景技术

高磁感性钢与一般的碳素结构钢不一样，由于它在不同温度条件下，其内部的组织结构间发生不同的晶型转变，带来的是材料的物理性能如密度、比热、导热系数、电阻等发生变化，而且变化趋势和方向在不同温度下是不一样，此外高磁感性钢中的特殊元素组成，在相同温度条件下，特殊元素变化也带来热传导扩散率特性（导温系数）不同，这样给轧钢生产过程中的加热和轧制带来很大困难。目前常规钢种的物理性能变化比较平缓，趋势一致，而且多数特性参数已知；对常规钢种制定加热工艺和温度制度，根据其已知导热系数和比热的特性规律即可制订。而高磁感性钢生产工艺目前属高度机密，尤其是高磁感性钢的比热、导电性、磁导率随温度发生剧烈变化，在不同温度下差异较大，因此为准确制订高磁感性钢的加热温度制度和控制精度目标，必须准确地掌握材料的热传导扩散率特性（导温系数）；而目前获得其物理参数的检测方法十分困难。为了适用现场的生产需要，需要一快速测定不同成分不同温度钢种的导温系数来指导高磁感性钢加热制度的制订，但是目前市场上没有很好的测量装置，本申请人根据多年的工作经验不断总结，提出一种快速测量导温系数的装置。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型公开了一种高磁性钢导温系数的快速测量装置，该装置结构紧凑、设计巧妙，该技术方案利用金属材料一维非稳态导热原理，用通电加热高磁感性钢试样至一定的温度，断电后，测量材料沿长度方向上的温度变化和时间的关系，再依据传热学原理计算出材料的导温系数。该装置具有速度快，测量准确的特点，适用生产现场依据不同成分高磁感性钢的导温系数快速测量。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下，一种高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于, 所述测量装置包括直流稳压电源、输出电流控制开关、高温管式电阻炉、连接端子、冷却水开关以及电热体转换调节阀门，所述高温管式电阻炉内设置有试样组件和热电偶，所述高温管式电阻炉一端通过冷却水开关连接冷却水，另一端通过电热体转换调节阀连接直流稳压电源。

作为本实用新型的一种改进，所述试样组件包括试样和试样固定器，所述热电偶包括试样温度测量热电偶、电阻炉内温度测量热电偶、金属薄片以及冷却端温度测量热电偶，所述电阻炉内温度测量热电偶焊接在金属薄片上，所述试样温度测量热电偶和冷却端温度测量热电偶设置在试样的两端。

作为本实用新型的一种改进，所述快速测量装置还包括数据采集仪，所述数据采集仪与电阻炉内温度测量热电偶相连接，以测量回路电流。

作为本实用新型的一种改进,所述快速测量装置还包括炉膛管嘴和管嘴，通过导线连接炉膛管嘴与冷却水开关相连。

作为本实用新型的一种改进,所述高温管式电阻炉为直径50mm，长度500mm，厚度10mm的烧结刚玉管式炉膛，管外比例布置电热体调节阀，以确保加热管内温度均匀性为±0.5℃，为测试提供电阻炉内温度。

作为本实用新型的一种改进, 所述连接端子为外径40mm耐热金属管加工而成，其一端连接试样，另一端通过管嘴与转换调节阀门分别与空气压缩机和自来水笼头相连，管嘴为连接端子的冷却介质出口，以改变和调节接线端子的温度。

相对于现有技术，本实用新型的优点如下，1）整个技术方案设计巧妙，结构紧凑，该技术方案利用金属材料一维非稳态导热原理，用通电加热高磁感性钢试样至一定的温度，断电后，测量材料沿长度方向上的温度变化和时间的关系，再依据传热学原理计算出材料的导温系数。该装置具有速度快，测量准确的特点，适用生产现场依据不同成分高磁感性钢的导温系数快速测量；2）该技术方案通过电加热试样的方法，将试样加热到需要测量的温度范围，对电源类型、电压、电流的稳定性没有任何要求，仅需要简单的调控器，容易操作；3）该技术方案中除试样几何尺寸的测量外，只需测量试样的温度，不需要其它物理量的测量，从而避开了高磁感性钢的物理参数之间因温度变化而对参数测量产生的干扰，保证了数据测量的准确性；4）该技术方案采用氧化锆耐火纤维毯绝热保温材料，保证了在不同的加热温度下，保温材料不会与高磁感性钢发生化学反应，从而避免了高磁感性钢中的合金元素与保温材料之间因发生化学反应而产生的热效应，保证了测量数据真实性；5）该技术方案测量时，简单可靠，数据测量准确。

附图说明

图1为本实用新型快速测量装置整体结构示意图；

图2为W800的无取向硅钢5mm直径试样，在不同温度情况下的导温系数（*10^-6）情况分布图；

图中：1、高温管式炉；2、直流稳压电源；3、试样固定器；4、试样；5、连接端子；6、试样温度测量热电偶(t1、t2、t3、t4、t5、t6)；7、电阻炉内温度测量热电偶(t11、t22、t33)；8、数据采集仪；9、金属薄片；10、输出电流由控制开关；11、炉膛管嘴；12、电热体转换调节阀门；13、管嘴；14、冷却端温度测量热电偶(t7、t8)，15、冷却水开关。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。

实施例1：参见图1，一种高磁性钢导温系数的快速测量装置，所述测量装置包括直流稳压电源2、输出电流控制开关10、高温管式电阻炉1、连接端子5、冷却水开关以及电热体转换调节阀门，所述高温管式电阻炉1内设置有试样组件和热电偶，所述高温管式电阻炉1一端通过冷却水开关连接冷却水，另一端通过电热体转换调节阀连接直流稳压电源；所述试样组件包括试样4和试样固定器3，所述热电偶包括试样温度测量热电偶6、电阻炉内温度测量热电偶7、金属薄片9以及冷却端温度测量热电偶14，所述电阻炉内温度测量热电偶7焊接在金属薄片9上，所述试样温度测量热电偶6和冷却端温度测量热电偶14设置在试样4的两端，

大功率可变直流稳压电源2与试样4连接端子5构成构成一串联电路，稳流器的输出电流由控制开关10调节电流，以改变试样温度。

实施例2：参见图1，作为本实用新型的一种改进，所述快速测量装置还包括数据采集仪8，所述数据采集仪8与电阻炉内温度测量热电偶7相连接，以测量回路电流。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例3：参见图1，作为本实用新型的一种改进,所述快速测量装置还包括炉膛管嘴11和管嘴13，通过管线使得炉膛管嘴11、管嘴13与冷却水和压缩空气相连，形成进出回路。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例4：参见图1，作为本实用新型的一种改进,所述高温管式电阻炉1为直径50mm，长度500mm，厚度10mm的烧结刚玉管式炉膛，管外布置电热体转换调节阀 12，以确保加热管内温度均匀性为±0.5℃，为测试提供电阻炉内温度。其余结构和优点与实施例1完全相同。

实施例5：参见图1，作为本实用新型的一种改进, 所述连接端子5为外径40mm耐热金属管加工而成，其一端连接试样4，另一端通过管嘴11与转换调节阀门12分别与空气压缩机和自来水笼头相连，管嘴13为连接端子的冷却介质出口，以改变和调节接线端子的温度。其余结构和优点与实施例1完全相同。

测量方法如下：结合高磁感性钢导温系数测试过程进行描述：根据特定的测试温度，首先打开高温管式炉通电开关，通过炉温设定控制器设定炉温到指定温度，同时开启转换调节阀门，低温时开水冷却高温时开气冷却，保持冷却端温度在一定范围。当炉温恒定后，通过输出电流控制开关改变电路电流，同时打开温度采集仪8，通过电阻炉内温度测量热电偶监视管式炉内温度，通过试样温度测量热电偶监视6试样温度；当通电电流达到一定值，电阻炉内温度和试样温度维持不变时，关闭输出电流控制开关10，对电路断电，同时开启数据采集仪8记录试样的温度数据（采样频率事先设定），10秒后采集停止。

导出采集实验数据和采样时间。

因此将测试数据代入上式，便可快速求出材料的导温系数的数值。

其中：

—导温系数，m²/s；

—热电偶在时刻测试的温度；

—热电偶t1测的的试样温度；

—热电偶t2测的的试样温度；

—热电偶t3测的试样温度；

τ1—测试的开始时间；

τ2—测试的结束时间（到稳态的时间）；

—热电偶t1和t2以及t2和t3间的距离等。

运用效果：

通过发明快速测量导温系数的装置和技术，测量出不同温度阶段钢的导温系数，来优化和验证梅钢热轧加热炉高磁感性钢的温度制度，以及在各温度段必要的“停留”时间即加热时间，保证高磁感性钢的温度均匀性，和温度控制的精准。

参见图2，图2是W800的无取向硅钢5mm直径试样，在不同温度情况下的导温系数（*10^-6）情况：

从图中测量结果看，W800的无取向硅钢的导温系数，呈现一种放大“U”型抛物线，其低温阶段250℃和相对高温阶段1000℃左右，其导温系数比较高（15*10^-6m²/s左右），而在中温区域650-750℃，其导温系数最小（5*10^-6m²/s左右），这说明此钢种的导热性能随温度变化而在发生变化，而且变化趋势出现“拐点”，过程中钢的组织结构肯定发生不同的晶型转变，明显影响了钢的导热能力；这与常规钢种的导温系数变化（比较平缓、趋势一致）是不一样。

根据测试结论和不同阶段的导温系数，针对W800无取向硅钢的温度制度，必须严格控制在中温阶段的升温速率和在炉时间。

结合梅钢1422产线加热炉的炉型特点，以及W800要求热装，其入炉在500℃左右，而其导热能力比较弱区间在700℃左右，所以加热炉的温度控制必须在换热段和预热段进行严格控制，生产中对两个段的控制时间在80-100分钟之间，同时根据测量出的导温系数，优化以前温度制度和各段温度控制目标，对目标温度以及均热度控制精度，包括对W800无取向硅钢的边线缺陷控制和后工序成品性能保证，起到比较好的效果。

本实用新型还可以将实施例2、3、4、5所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

需要说明的是，上述实施例仅仅是本实用新型的较佳实施例，并没有用来限定本实用新型的保护范围，在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代，均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于, 所述测量装置包括直流稳压电源、输出电流控制开关、高温管式电阻炉、连接端子、冷却水开关以及电热体转换调节阀门，所述高温管式电阻炉内设置有试样组件和热电偶，所述高温管式电阻炉一端通过冷却水开关连接冷却水，另一端通过电热体转换调节阀连接直流稳压电源。

2.根据权利要求1所述的高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于, 所述试样组件包括试样和试样固定器，所述热电偶包括试样温度测量热电偶、电阻炉内温度测量热电偶、金属薄片以及冷却端温度测量热电偶，所述电阻炉内温度测量热电偶焊接在金属薄片上，所述试样温度测量热电偶和冷却端温度测量热电偶设置在试样的两端。

3.根据权利要求2所述的高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于,所述快速测量装置还包括数据采集仪，所述数据采集仪与电阻炉内温度测量热电偶相连接，以测量回路电流。

4.根据权利要求3所述的高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于,所述快速测量装置还包括炉膛管嘴和管嘴，通过导线连接炉膛管嘴与冷却水开关相连。

5.根据权利要求4所述的高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于,所述高温管式电阻炉为直径50mm，长度500mm，厚度10mm的烧结刚玉管式炉膛。

6.根据权利要求4或5所述的高磁性钢导温系数的快速测量装置，其特征在于, 所述连接端子为外径40mm耐热金属管加工而成，其一端连接试样，另一端通过管嘴与转换调节阀门分别与空气压缩机和自来水笼头相连，管嘴为连接端子的冷却介质出口，以改变和调节接线端子的温度。