[發明專利]一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數的方法和裝置

無效

• 申請號: 201210133294.6
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102661969A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 張慶峰;王笑波;焦四海;吳建峰;劉曄
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司 31114
• 代理人: 竺明

技術領域

本發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，換熱系數通過傳統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律無法用常規的傳熱公式計算?，F階段冷卻模型中的換熱系數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。

熱軋板在冷卻過程中鋼板表面冷卻水的流動規律決定了其寬度方向的冷卻不均，如圖1所示，由于冷卻水量較大，冷卻水由噴嘴(或噴管)2噴到鋼板1表面后并不會完全蒸發掉，殘留的冷卻水沿鋼板表面流動，邊部冷卻水直接從鋼板1表面掉落，根據阻力最小規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中間厚兩邊薄的現象。不同的水膜厚度換熱系數必然不同，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測試十分困難，有必要將現場工況進行實驗室模擬，從而進行測試分析。

換熱系數的測試方法較多，如中國專利CN2476020Y介紹了一種傳熱系數檢測儀，主要用于建筑墻體節能性的檢測，用于測試空氣換熱系數。

中國專利CN100424502C公開了一種對流換熱系數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。

中國專利CN?201464402U公開了一種控制冷卻表面換熱系數測試專用鋼板試樣，主要發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大小的功能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數的方法和裝置，可以有效測得不同水膜厚度條件下鋼板表面換熱系數大小，為冷卻模型中寬度方向換熱系數的設置和優化提供依據。

為達到上述目的，本發明的技術方案是：

一種測試不同水膜厚度鋼板換熱系數的方法，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據采集裝置上，數據采集裝置與數據存儲器連接在一起；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，同時啟動數據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時，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a1、a2、a3三點，設t時刻各點溫度值為T₀、T₁、T₂、T₃，t’時刻各點溫度值為T₀’、T₁’、T₂’、T₃’；

采用下列公式(1)或(2)求出鋼板表面與水膜之間的換熱系數大小，其中公式(1)取測溫點a1、a2的溫度，公式(2)取測溫點a2、a3的溫度；