專利名稱：一種軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法及專用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度的測(cè)量方法，特別提供了一種軋板內(nèi)部溫度的在線測(cè)量方法及專用系統(tǒng)。
隨著連鑄連軋技術(shù)的廣泛應(yīng)用、生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高以及對(duì)軋板性能要求的提高，必須進(jìn)一步挖掘工藝潛力，通過模擬仿真、優(yōu)化工藝的途徑大幅提高軋板的強(qiáng)度、延長(zhǎng)其使用壽命，并保證良好的綜合性能。軋制過程中溫度場(chǎng)是影響產(chǎn)品性能穩(wěn)定的主要因素之一。這就要求深入研究熱軋宏觀工藝參數(shù)與軋板微觀組織的定量關(guān)系，并且對(duì)軋制過程溫度場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試與控制。同樣，在對(duì)軋制過程的計(jì)算機(jī)模擬中溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果更是其它一切過程模擬的基礎(chǔ)，溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果準(zhǔn)確程度將決定其它物理場(chǎng)的模擬精度。為了把溫度場(chǎng)模擬準(zhǔn)確，就必須利用實(shí)測(cè)結(jié)果反復(fù)地對(duì)溫度場(chǎng)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，通過與實(shí)測(cè)結(jié)果比較來提高溫度場(chǎng)模擬的精度。長(zhǎng)期以來傳統(tǒng)工藝只對(duì)軋板表面進(jìn)行溫度測(cè)量，而內(nèi)部溫度的變化是很難獲得的。由于氧化皮的影響以及變形時(shí)塑性功要轉(zhuǎn)化為熱，使板坯內(nèi)部溫度回升，表面溫度并不代表軋件的真實(shí)溫度，因此，以表面溫度作為軋制工藝控制的參考數(shù)據(jù)是不科學(xué)的。而且現(xiàn)有的測(cè)溫設(shè)備應(yīng)用于軋制過程中存在明顯的不足測(cè)量范圍窄，反應(yīng)速度慢，采樣周期長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)，而且難以承受軋制過程中的壓力，因而大多對(duì)軋制過程的溫度測(cè)量為非接觸測(cè)溫，如廣泛采用的光學(xué)測(cè)溫技術(shù)，測(cè)量的準(zhǔn)確度受到很大的影響。
本發(fā)明的目的在于提供一種軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法及專用系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)在軋制過程中自動(dòng)地對(duì)軋板內(nèi)部溫度進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線測(cè)量，以準(zhǔn)確記錄軋制動(dòng)態(tài)過程中軋板內(nèi)部溫度的變化，為軋制工藝的優(yōu)化與控制提供最基本的前提條件。
本發(fā)明提供了一種軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法，系采用熱電偶接觸式測(cè)溫方法，包括溫度信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的處理，其特征在于在試樣與軋制方向平行的側(cè)面鉆孔直至待測(cè)點(diǎn)，使孔徑剛好能插入熱電偶，熱電偶在試樣升溫前插入孔中，在對(duì)試樣軋制的同時(shí)對(duì)試樣內(nèi)部的溫度進(jìn)行在線測(cè)量。
一種專用于權(quán)利要求1所述軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)，包括IPC2003工控機(jī)，PCL-711SA/D卡，ADAM-3014 IsolatedDC Input/Output Module，補(bǔ)償導(dǎo)線，A/D卡置于工控機(jī)的ISA插槽，ADAMI/O模塊通過導(dǎo)線與A/D卡相連，ADAMI/O的另一端通過補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接，其特征在于所述熱電偶為耐壓的鎧裝熱電偶，外鎧(1)用不銹鋼或高溫合金制備，外鎧(1)與偶絲(2)之間填充絕緣材料(3)。
對(duì)于內(nèi)部測(cè)溫，目前只能采取接觸的方法，即使用熱電偶來完成。本發(fā)明中，如何保證在整個(gè)軋制過程中測(cè)溫點(diǎn)的可靠性是非常必要的，本發(fā)明通過將熱電偶與軋制方向的平行處理，來解決測(cè)溫點(diǎn)與試樣的隨動(dòng)性，通過熱電偶在試樣升溫前插入利用金屬的熱脹冷縮作用使熱電偶緊密固定；從而很好地解決了測(cè)溫點(diǎn)的可靠性問題。同時(shí)由于本發(fā)明采用了接觸的方法，這就要求熱電偶能夠承受較大的壓力而不短路，測(cè)溫系統(tǒng)響應(yīng)速度要快，能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)軋件內(nèi)部溫度的變化，此外，還要屏蔽掉脈沖信號(hào)的干擾。本發(fā)明采用了目前已經(jīng)非常成熟的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)溫度測(cè)量技術(shù)，特制的熱電偶，開發(fā)出了一套針對(duì)熱軋等熱加工工藝的測(cè)溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了軋制動(dòng)態(tài)過程中軋板內(nèi)部溫度的在線測(cè)量，并能夠同時(shí)測(cè)量軋板內(nèi)部多點(diǎn)的溫度，獲取軋板內(nèi)部溫度的空間分布和隨時(shí)間變化的信息。下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明。
附

圖1.溫度測(cè)控原理示意圖附圖2.測(cè)溫系統(tǒng)與試樣附圖3.鎧裝熱電偶示意圖附圖4.三道次熱軋板實(shí)測(cè)溫度變化T-t曲線實(shí)施例測(cè)溫系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，其測(cè)控原理見圖1。系統(tǒng)硬件采用便攜式工控機(jī)、高精度傳感器、高性能模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換卡、高增益、低誤差放大板，這些硬件模塊可在市場(chǎng)上購買。在提高測(cè)量的精度和速度的同時(shí)，為了便于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量，在Advantech VisiDAQ3.1模塊的基礎(chǔ)上使用VB開發(fā)出一套界面友好的測(cè)溫軟件與熱電偶分度表數(shù)據(jù)庫，運(yùn)行于工控機(jī)上的Wimdows平臺(tái)。該測(cè)溫軟件功能強(qiáng)大，適用于各種型號(hào)的熱電偶測(cè)溫，通過濾波、屏蔽干擾、補(bǔ)償滯后等方面的研究，完善系統(tǒng)，使系統(tǒng)準(zhǔn)確、可靠、高效。
在實(shí)際測(cè)量時(shí)，需要定制耐壓的鎧裝熱電偶(見附圖3)，外鎧(1)可用不銹鋼或高溫合金制備，外鎧(1)與偶絲(2)之間填充絕緣材料(3)以防止短路。在試樣的測(cè)溫點(diǎn)鉆孔，孔徑需要與熱電偶相匹配，正好能插入而又不松動(dòng)，孔深根據(jù)測(cè)溫點(diǎn)而定，使熱電偶頭部正好位于測(cè)溫點(diǎn)。熱電偶一定要在試樣升溫前插入孔中，這樣可以利用金屬的熱脹冷縮作用使熱電偶緊密固定。將熱電偶尾部接上補(bǔ)償導(dǎo)線，再接入基于工控機(jī)的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(見附圖2)。所有操作通過測(cè)溫軟件的圖形界面進(jìn)行，十分方便。
該測(cè)溫系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)1.采樣速率高＞100Hz，響應(yīng)快，反應(yīng)速度＜0.01s；2.精度高，與實(shí)際溫度的誤差＜±1℃；3.通道個(gè)數(shù)為16個(gè)并具有可擴(kuò)充功能，能夠同時(shí)在線測(cè)量動(dòng)態(tài)過程多點(diǎn)溫度的連續(xù)快速變化。
4.使用方便，完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化，自動(dòng)化。
5.系統(tǒng)組件化，伸縮性強(qiáng)，易于升級(jí)與維護(hù)。
6.功能強(qiáng)大，適用范圍寬，可用于多種場(chǎng)合的測(cè)溫，尤其適合于測(cè)量普碳鋼、低合金鋼的板材軋制、棒線材軋制及鍛造等受力受熱條件下的溫度變化。
利用上述自行開發(fā)的測(cè)溫系統(tǒng)，在上海寶鋼集團(tuán)鋼鐵研究所的實(shí)驗(yàn)軋機(jī)上對(duì)軋板內(nèi)部溫度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)測(cè)，所選擇的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下1實(shí)驗(yàn)軋機(jī)參數(shù)最大軋制力2.94×103kN(通常1.96×103kN)輥徑375mm輥寬375mm工作面300mm軋輥材質(zhì)9Cr2Mo(熱處理態(tài))
轉(zhuǎn)速通常500rpm(最大為700rpm，無級(jí)調(diào)速)可逆式，帶控冷2試樣參數(shù)尺寸45×67×100mm3材質(zhì)IF鋼成分C＜40ppm，Si＜0.03，Mn＝0.1-0.2，Al＜0.03，S＜6070ppm，P＜100ppm，Ti＝0.06，N＜30ppm3實(shí)驗(yàn)方案測(cè)溫點(diǎn)試樣中心和距軋制表面1/4中心處軋制溫度850，950，1050℃軋制道次三道次，相對(duì)壓下量依次為50％，30％，20％4測(cè)溫系統(tǒng)IPC2003工控機(jī)，PCL-711S A/D卡，ADAM-3014 IsolatedDC Input/Output Module，特制21只鎧裝NiCr-NiAl熱電偶(Φ1.5×1000mm)，補(bǔ)償導(dǎo)線，基于Advantech VisiDAQ3.1的測(cè)溫軟件及熱電偶分度表數(shù)據(jù)庫。
A/D卡置于工控機(jī)的ISA插槽，ADAMI/O模塊通過導(dǎo)線與A/D卡相連，ADAM I/O的另一端通過補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接。
5實(shí)驗(yàn)過程在每個(gè)試樣與軋制方向平行的側(cè)面鉆兩個(gè)孔，孔深為試樣寬度的一半(33.5mm)，孔徑正好能插入熱電偶。
為了使熱電偶在高溫時(shí)能承受較大的壓力，使用高溫合金外鎧保護(hù)偶絲，為防止短路，外鎧內(nèi)填絕緣材料。偶絲為φ0.5mm，外鎧為φ1.5mm。將熱電偶插入小孔，使外面的部分彎曲90°以貼著試樣側(cè)面引出。用足夠長(zhǎng)的補(bǔ)償導(dǎo)線連接熱電偶和工控機(jī)接收數(shù)據(jù)端。然后將插有熱電偶的試樣放入已升溫至1050℃的電阻爐中加熱50分鐘，確保試樣內(nèi)部溫度均勻升至1050℃。之后取出試樣，去掉氧化皮，分別在以下溫度軋制1050℃，950℃，850℃，750℃，速度分別為0.2，0.4，0.8，1.0m/s。每個(gè)試樣進(jìn)行三道次往返軋制，壓下量分別為50％，30％，20％。工控機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)以每秒采集25個(gè)數(shù)據(jù)的速度自動(dòng)記錄軋制全程的溫度變化。熱電偶一定要在板坯加熱前冷插，這樣在加熱過程中由于金屬的熱脹將使熱電偶緊固在孔內(nèi)，使之在軋板熱變形時(shí)隨測(cè)溫點(diǎn)一起移動(dòng)而不會(huì)離開測(cè)溫點(diǎn)，也不會(huì)形成冷隔影響測(cè)量精度。
6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，每條曲線上的三個(gè)尖峰正是軋制過程中的溫度回升值，由于變形熱的產(chǎn)生，溫度突然上升，同時(shí)由于向軋輥和周圍環(huán)境傳熱，溫度又繼續(xù)下降。在875-900℃之間，溫度曲線出現(xiàn)一小段平臺(tái)，這正是相變熱釋放的結(jié)果，IF鋼的相變區(qū)是870-910℃。
圖4中的第1號(hào)曲線與第2號(hào)曲線的第一道次，軋制時(shí)的入口溫度一樣(1016℃)，壓下量也一樣(50％)，溫度回升值也一樣，都為19℃，而且波形幾乎可以重合。這說明測(cè)量結(jié)果具有很好的重復(fù)性。在其它軋制條件下也很好地測(cè)出了軋制變形熱和相變潛熱對(duì)溫度的影響。從結(jié)果來看，該測(cè)溫系統(tǒng)可很好地測(cè)出了軋制過程中軋板內(nèi)部的溫度變化。
權(quán)利要求
1.一種軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法，系采用熱電偶接觸式測(cè)溫方法，包括溫度信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的處理，其特征在于在試樣與軋制方向平行的側(cè)面鉆孔直至待測(cè)點(diǎn)，使孔徑剛好能插入熱電偶，熱電偶在試樣升溫前插入孔中，在對(duì)試樣軋制的同時(shí)對(duì)試樣內(nèi)部的溫度進(jìn)行在線測(cè)量。
2.一種專用于權(quán)利要求1所述軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)，包括IPC2003工控機(jī)，PCL-711SA/D卡，ADAM-3014IsolatedDC Input/Output Module，補(bǔ)償導(dǎo)線，A/D卡置于工控機(jī)的ISA插槽，ADAM I/O模塊通過導(dǎo)線與A/D卡相連，ADAM I/O的另一端通過補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接，其特征在于所述熱電偶為耐壓的鎧裝熱電偶，外鎧(1)用不銹鋼或高溫合金制備，外鎧(1)與偶絲(2)之間填充絕緣材料(3)。
全文摘要
一種軋板內(nèi)部溫度在線測(cè)量方法,系采用熱電偶接觸式測(cè)溫方法,包括溫度信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的處理,其特征在于:在試樣與軋制方向平行的側(cè)面鉆孔直至待測(cè)點(diǎn),使孔徑剛好能插入熱電偶,熱電偶在試樣升溫前插入孔中,在對(duì)試樣軋制的同時(shí)對(duì)試樣內(nèi)部的溫度進(jìn)行在線測(cè)量。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在軋制過程中自動(dòng)地對(duì)軋板內(nèi)部溫度進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)、在線測(cè)量,以準(zhǔn)確記錄軋制動(dòng)態(tài)過程中軋板內(nèi)部溫度的變化,為軋制工藝的優(yōu)化與控制提供最基本的前提條件。
文檔編號(hào)B21B38/00GK1328887SQ0011055
公開日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2000年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月21日
發(fā)明者陳祥永, 李謙, 李殿中, 李依依 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽金屬研究所