[發明專利]淬火冷卻監控系統

有效

• 申請號: 201410082684.4
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103849758A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 劉小陽
• 申請（專利權）人: 劉小陽
• 主分類號: C21D11/00
• 分類號: C21D11/00;C21D1/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種淬火冷卻監控系統，其特征在于：包括水冷系統﹑熱交換系統和控制系統，及設置在水冷系統和熱交換系統之間的順時針布局的冷輸送管和熱輸送管，及設置在冷輸送管上用于檢測冷卻液溫度的冷端測溫計，及設置在熱輸送管上順時針布局的流量計﹑熱端測溫計和水泵；所述熱交換系統內設置有充氣壓力計﹑對流風葉和熱交換器，對流風葉扇動氣流把工件上的熱量吹送到熱交換器上，冷卻液把熱交換器上的熱量吸收帶走；所述熱交換系統外設置有對流風葉電機，對流風葉電機與對流風葉驅動連接，對流風葉電機與控制系統電性連接，控制系統實時控制對流風葉電機的轉速進而控制對流風葉對工件的散熱；所述充氣壓力計與控制系統電性連接，控制系統實時測量熱交換系統內的實時壓力，以實現對冷卻速度的控制。

2.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：所述流量計也可以設置在冷輸送管上，實時反饋冷輸送管內冷卻液的流量至控制系統。

3.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：所述冷端測溫計與控制系統電性連接，實時反饋冷輸送管輸送的冷卻液的溫度至控制系統。

4.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：所述流量計與控制系統電性連接，實時反饋熱輸送管輸送的冷卻液的流量至控制系統。

5.根據權利要求1所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：所述熱端測溫計與控制系統電性連接，實時反饋熱輸送管輸送的冷卻液的溫度到控制系統。

6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：所述水泵與控制系統電性連接，控制系統根據冷端測溫計﹑流量計﹑熱端測溫計和充氣壓力計反饋回來的實時測量信息進行計算和記錄，并發出對應的實時控制信號，控制對流風葉電機﹑水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力；所述控制系統收集的實時測量信息顯示給操控者，方便操控者了解冷端測溫計﹑流量計﹑熱端測溫計和充氣壓力計實時工作狀態及本淬火冷卻系統的效能。

7.根據權利要求1至6中任一權利要求所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：

?????設熱交換器冷端溫度為T，熱端溫度為τ；

?????水的比熱容為C_水，鋼的比熱容為C_鋼；

?????在單位時間（如1秒）里，流出或流入熱交換器的水質量為δ_水（可在流量計上測出）；

被加熱的鋼鐵零件的質量為M；

??????那么，在t₁時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T₁，熱端溫度為τ₁；

??????在t₂時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T₂，熱端溫度為τ₂；

??????…

??????在t_n時刻，熱電偶測得熱交換器的冷端溫度為T_n，熱端溫度為τ_n；

則在t₁時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q₁為：

??????Q₁=C_水×δ_水×（τ₁-?T₁）

?????在t₂時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q₂為：

??????Q₂=C_水×δ_水×（τ₂-?T₂）

???…

??在t_n時刻單位時間里，通過熱交換器帶走的熱量Q_n為：

??????Q_n=C_水×δ_水×（τ_n?-?T_n）

那么，在t₁至t_n時間里，被熱交換器帶走的總熱量為：

??????Q(t₁,?t_n)=?Q₁+Q₂+…+?Q_n

???????=?C_水×δ_水?﹝（τ₁+τ₂+…+τ_n）-（T₁+?T₂+…+?T_n）﹞

??????Q(t₁,?t_n)即是真空爐系統的總熱量在冷卻過程中隨時間的變化，可以定義為Q（t），

即????Q（t）=?Q(t₁,?t_n)=∑Q_i(i=1,n)

熱量Q（t）來自于真空爐中被加熱材料的熱量轉移，可以轉換為被加熱的鋼鐵零件的溫度降低ΔT：

在t₀時刻，鋼鐵零件的溫度為T₀

在t_n時刻，鋼鐵零件的溫度為T_n

則有?????Q（t）（t₀，t_n）=?C_鋼×M×（T₀-T_n）

可以進一步表達為在t時刻的熱量轉移Q（t）與零件溫度T的關系：

????Q（t）=?C_鋼×M×（T₀-T）

鋼鐵零件冷卻到t時刻的溫度T的關系表達為：

????T=?T₀-?Q（t）/?C_鋼×M，在時刻t的鋼鐵零件的溫度(見圖1)??????（1）

對（1）取一次導數，即可得到真空爐中鋼鐵零件的冷卻速度：

?????dT／dt=-d?Q（t）／(C_鋼×M)?dt???????????????????????????????????????????（2）

即：ΔT?=?-ΔQ?／(C_鋼×M)???????????????????????????????????????????????????（3）

????????公式（3）物理意義是：單位時間的爐中零件溫度變化量ΔT與可測的熱量轉移變化量ΔQ?呈線性關系，并與零件材料的物性系數C_鋼以及零件的質量M?相關，等式右邊的負號表示放熱過程（Q<0）；其中，對所使用的真空爐冷卻裝置與爐內工件溫度之間的定量關系要進行一次標定，獲得校正系數k?，即得到式（4）：????????????????????????????????????????

??????ΔT?=?-?k?ΔQ?／(C_鋼×M)????????????????????????????????????????????????（4）

??????在實際應用中，對時刻t所對應的Q(t)的監測，可推算出零件在該時刻的溫度及其組織形態（其關系如圖1和圖2所示）；其實施冷卻過程的在線監測功能，其監測數據可以作為品質判斷的依據，并作為真空爐定期檢測冷卻能力的設備；將測量結果與預設的結果或函數作比較，在有偏差時自動調整冷卻速度，實現預設的冷卻特性。

8.根據權利要求1至7中任一權利要求所述的淬火冷卻監控系統，其特征在于：其工作原理為：1）﹑加熱完成的工件放置于熱交換系統中，啟動控制系統﹑對流風葉電機﹑水泵電機和水冷系統電機，水泵驅動冷卻液流動；2）﹑冷卻液輸送到冷端測溫計，冷端測溫計測量冷卻液的實時溫度并反饋至控制系統；3）﹑冷卻液輸送到熱交換器，對流風葉扇動氣流把工件上的熱量吹送到熱交換器上，冷卻液把熱交換器上的熱量吸收隨冷卻液的輸送而被帶走；4）﹑冷卻液輸送到流量計和熱端測溫計，流量計與熱端測溫計分別測量吸收熱量后冷卻液的實時流量和實時溫度并反饋至控制系統；5）﹑充氣壓力計實時測量熱交換系統內的充氣壓力，并實時反饋熱交換系統內的實時充氣壓力至控制系統；6）﹑控制系統根據冷端測溫計﹑流量計﹑熱端測溫計和充氣壓力計分別反饋的測量值向操控者顯示或供控制系統進行計算并記錄，控制系統根據計算結果發出控制信號控制對流風葉電機﹑水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力或者按控制系統預先設定的參數（函數關系）對對流風葉電機﹑水泵電機和水冷系統電機的實時轉速和熱交換系統內氣體壓力進行調節；7）﹑冷卻液輸送到水泵，水泵驅動冷卻液向水冷系統輸送；8）﹑冷卻液輸送到水冷系統后，水冷系統對吸收熱量后的冷卻液進行降溫處理；往復至步驟2）。