專利名稱：一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于熱軋冷卻領域，特別涉及一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法和裝置，用于熱軋層流冷卻或厚板淬火冷卻過程熱鋼板在不同厚度的表面水膜作用下的換熱系數(shù)測試。
背景技術：
冷卻技術在鋼鐵生產領域有廣泛應用，如熱處理過程的空冷、爐冷，熱軋領域的層流冷卻，厚板生產中的淬火冷卻等，根據(jù)產品需要制定不同冷卻能力的冷卻方式可以獲得理想的鋼材性能。 對空冷、爐冷等簡單的冷卻方式，換熱系數(shù)通過傳統(tǒng)的傳熱學計算公式能求得較為準確的計算結果，而對于層流冷卻、淬火冷卻等快速冷卻方式使用傳統(tǒng)的計算方法不易獲得理想的計算結果，冷卻過程干擾因素較多，且寬度方向水膜厚度不同，不同的水膜厚度對傳熱的影響規(guī)律無法用常規(guī)的傳熱公式計算?，F(xiàn)階段冷卻模型中的換熱系數(shù)公式大多使用經驗公式，其準確性通過終冷溫度反復進行修正實現(xiàn)。熱軋板在冷卻過程中鋼板表面冷卻水的流動規(guī)律決定了其寬度方向的冷卻不均，如圖I所示，由于冷卻水量較大，冷卻水由噴嘴(或噴管)2噴到鋼板I表面后并不會完全蒸發(fā)掉，殘留的冷卻水沿鋼板表面流動，邊部冷卻水直接從鋼板I表面掉落，根據(jù)阻力最小規(guī)律鋼板中間冷卻水將向兩邊流動。邊部冷卻水流出容易，中間冷卻水流動困難，結果就造成圖2所示的水膜3分布情況，宏觀上在寬度方向水膜厚度呈現(xiàn)中間厚兩邊薄的現(xiàn)象。不同的水膜厚度換熱系數(shù)必然不同，這也是寬度方向上鋼板冷卻不均的一個重要原因，對不同水膜厚度的換熱系數(shù)進行測試分析具有實際意義。同時，由于實際生產中工況復雜，進行噴水冷卻過程中的換熱系數(shù)測試十分困難，有必要將現(xiàn)場工況進行實驗室模擬，從而進行測試分析。換熱系數(shù)的測試方法較多，如中國專利CN2476020Y介紹了一種傳熱系數(shù)檢測儀，主要用于建筑墻體節(jié)能性的檢測，用于測試空氣換熱系數(shù)。中國專利CN100424502C公開了一種對流換熱系數(shù)測試計算方法及測試用傳感器，該專利直接通過待測物體表面溫度與流體溫度計算換熱系數(shù)。中國專利CN 201464402U公開了一種控制冷卻表面換熱系數(shù)測試專用鋼板試樣，主要發(fā)明點在于該鋼板試樣的結構，但沒有測試不同水膜厚度情況下鋼板表面換熱系數(shù)大小的功能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法和裝置，可以有效測得不同水膜厚度條件下鋼板表面換熱系數(shù)大小，為冷卻模型中寬度方向換熱系數(shù)的設置和優(yōu)化提供依據(jù)。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是
一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法，首先，將圓筒形狀的水膜圍堰焊接在圓柱形鋼板表面，圍堰高度h等于擬測試的水膜厚度；圓柱形鋼板垂直方向設三個測溫點，相鄰測溫點間距設為X，以圓柱形鋼板側面距上端面不同高度位置即x/2、X 3/2、X5/2，在該三個點鉆孔，將測溫用熱電偶的熱端伸入孔中，并焊接牢固；熱電偶的冷端連接在多通道數(shù)據(jù)采集裝置上，數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)存儲器連接在一起；實驗開始時，將焊有水膜圍堰的圓柱形鋼樣放入加熱爐加熱，同時啟動數(shù)據(jù)采集裝置開始進行溫度采集；當鋼板達到開冷溫度后取出鋼樣迅速放入由耐火材料制成的保溫槽中，保溫槽置 于冷卻噴嘴下方；打開噴嘴持續(xù)噴水，使冷卻水注入水膜圍堰，很快鋼板表面圍成一定厚度的水膜，多余的冷卻水從圍堰上沿流出，保證了水膜厚度的恒定；當鋼板溫度達到終冷溫度吋，停止溫度采集，此時得到了距圓柱形鋼板上端面同位置的鋼板冷卻曲線T(t)；表面點為即X = 0，鋼板內部進行了三個測溫點的溫度采集，分別為al、a2、a3三點，設t時刻各點溫度值為V Ti、T2、t3，t’時刻各點溫度值為V、V、V、V ;采用下列公式(I)或(2)求出鋼板表面與水膜之間的換熱系數(shù)大小，其中公式(I)取測溫點al、a2的溫度，公式(2)取測溫點a2、a3的溫度；
XT2-XTl-cf^、Tl_Tl、
_3]=叫^-わ 2 1^7；
IXt2 2
3ΑΓ3-3ΑΓ2-^^ ト_ ー盧命々ニ式中P——密度，kg/m3 ；λ-熱傳導率，J/ (s · m · 0C )；c——比熱，JAkg .で)；A——計算單元的傳熱面積，m2 ；h-對流換熱系數(shù)，J/ (s · m2 · °C )X-測溫點間距，m ;Tw——水溫，で。進ー步，水膜圍堰上端帶有類似帽沿的擋水板，其伸出的長度大于保溫槽壁的厚度，保證圍堰中流出的冷卻水不會流到鋼樣與保溫槽之間的縫隙中。又，噴嘴安裝的位置與埋熱電偶位置保持距離，避免直接沖擊埋偶位置上方的水膜，引起水膜厚度波動。優(yōu)選地，本發(fā)明可將公式(I)、(2)獲得的換熱系數(shù)取平均值，這樣使用三個測溫點的溫度數(shù)據(jù)計算出的換熱系數(shù)可以最大限度減小測試誤差。實驗開始時，將焊有水膜圍堰的圓柱形鋼樣放入加熱爐加熱，同時啟動數(shù)據(jù)采集裝置開始進行溫度采集。當鋼板達到開冷溫度后取出鋼樣迅速放入由耐火材料制成的保溫槽中，保溫槽置于冷卻噴嘴下方。打開噴嘴持續(xù)噴水，使冷卻水注入水膜圍堰，很快鋼板表面圍成一定厚度的水膜，多余的冷卻水從圍堰上沿流出，保證了水膜厚度的恒定。當鋼板溫度達到終冷溫度吋，停止溫度采集，此時得到了距上表不同位置的鋼板冷卻曲線T(t)。
由于試樣表面與冷卻水換熱，側面與底面均進行了保溫，可以認為試樣為向上一維傳熱。表面點為X = 0，鋼板內部進行了三個測溫點的溫度采集，分別為al、a2、a3三點。設t時刻各點溫度值為WTy T3，t ‘時刻各點溫度值為Tc^T1 ‘、V、T3 ‘。表面X = O點所在單元t時刻內能變化值為Q = cm (Tci-Tc/ ),通過熱傳導從xl
單元吸收的熱能為
權利要求
1.一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法，首先，將圓筒形狀的水膜圍堰焊接在圓柱形鋼板表面，圍堰高度h等于擬測試的水膜厚度；圓柱形鋼板垂直方向設三個測溫點，相鄰測溫點間距設為X，以圓柱形鋼板側面距上端面不同高度位置即X/2、x 3/2, X 5/2，在該三個點鉆孔，將測溫用熱電偶的熱端伸入孔中，并焊接牢固；熱電偶的冷端連接在多通道數(shù)據(jù)采集裝置上，數(shù)據(jù)采集裝置與數(shù)據(jù)存儲器連接在一起；實驗開始時，將焊有水膜圍堰的圓柱形鋼樣放入加熱爐加熱，同時啟動數(shù)據(jù)采集裝置開始進行溫度采集；當鋼板達到開冷溫度后取出鋼樣迅速放入由耐火材料制成的保溫槽中，保溫槽置于冷卻噴嘴下方；打開噴嘴持續(xù)噴水，使冷卻水注入水膜圍堰，很快鋼板表面圍成一定厚度的水膜，多余的冷卻水從圍堰上沿流出，保證了水膜厚度的恒定；當鋼板溫度達到終冷溫度吋，停止溫度采集，此時得到了距圓柱形鋼板上端面同位置的鋼板冷卻曲線T(t)； 表面點為即X = O，鋼板內部進行了三個測溫點的溫度采集，分別為al、a2、a3三點，設t時刻各點溫度值為V V T2, T3, t，時刻各點溫度值為V、V、V、V ； 采用下列公式(I)或(2)求出鋼板表面與水膜之間的換熱系數(shù)大小，其中公式(I)取測溫點al、a2的溫度，公式⑵取測溫點a2、a3的溫度；
2.如權利要求I所述的測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法，其特征是，水膜圍堰上端帶有類似帽沿的擋水板，其伸出的長度大于保溫槽壁的厚度，保證圍堰中流出的冷卻水不會流到鋼樣與保溫槽之間的縫隙中。
3.如權利要求I所述的測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法，其特征是，噴嘴安裝的位置與埋熱電偶位置保持距離，避免直接沖擊埋偶位置上方的水膜，引起水膜厚度波動。
4.如權利要求I所述的測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法，其特征是，還可以將公式(I)、(2)獲得的換熱系數(shù)取平均值，這樣使用三個測溫點的溫度數(shù)據(jù)計算出的換熱系數(shù)可以最大限度減小測試誤差。
全文摘要
一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數(shù)的方法，將圓筒狀水膜圍堰焊接在圓柱形鋼板表面，圍堰高度h等于擬測試水膜厚度；圓柱形鋼板垂直方向設三個測溫點，相鄰測溫點間距設為x，以圓柱形鋼板側面距上端面x/2、x 3/2、x 5/2處鉆孔，將熱電偶伸入孔中；熱電偶冷端連接在多通道數(shù)據(jù)采集裝置上；實驗時將鋼樣放入加熱爐，啟動數(shù)據(jù)采集裝置進行溫度采集。當鋼板達到開冷溫度后取出鋼樣放入保溫槽中，保溫槽置于冷卻噴嘴下方；打開噴嘴噴水，冷卻水注入水膜圍堰，鋼板表面圍成水膜。當鋼板溫度達到終冷溫度時，停止溫度采集，此時得到了距圓柱形鋼板上端面不同位置的鋼板冷卻曲線T(t)，以此可有效測得不同水膜厚度條件下鋼板表面換熱系數(shù)大小。
文檔編號G01N25/20GK102661969SQ20121013329
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者劉曄, 吳建峰, 張慶峰, 焦四海, 王笑波 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司