全氢罩式炉钢卷埋偶试验研究

2017/10/17 10:35:13

摘要:介绍了全氢罩式退火炉埋偶测试的试验原理、装置和方法,分析了某炉台退火试验结果。试验结果表明加热期循环气体温度近似等于钢卷表面温度,冷却期二者差别很大。以循环气体温度是否达到退火温度作为加热期结束的判据是合理的,而冷却期缺乏钢卷的温度信息,有必要通过数学模型计算钢卷温度场。

关键词:全氢罩式炉;埋偶测试;退火曲线;数学模型

中图分类号:TG155.1 文献标识码:A 文章编号:1002—1639(2007)05—0043—02

Buried Thermocouple Test of Coil Temperature in Hydrogen Bell Furnace

DONG Gang , LIU Hua—fei ,JIANG Ze—yi ,LU Yi—fan

(1.Baoshan SteelCo.Ltd.,Shanghai 200431,China;2.Beijing Science&TechnologyUniversity,Beijing,100083,China)

Abstract:A buried thermocouple test was conducted on a coil base of hydrogen bell furnaces to investigate the temperature trend of steel

coils.The experimental apparatus and test procedure were described.It is found that control tempera~re is approximately equal to coil surface

temperature in the heating phase, but~eatly diferent from it in the cooling phase. It is rational to use control temperature as the ending

criterion of heating phase. However, the information of coil temperature in cooling phase is absent and mathematical model for calculation

of coil temperature is necessary.

Key words:hydrogen bell furnace; buried thermocouple test;annealing curve; mathematical mode

    罩式炉内带钢以卷的形式完成加热、保温和冷却等热处理过程,毕渥数Bi≥0.1,在传热学上称为“厚材”传热,其特征是被加热物料的内部热阻相对于外部热阻是不可忽略的,钢卷表面和内部的温度存在差别 。从工艺和质量的角度讲,钢卷表面和内部的温差应尽可能小以获得均一的组织和性能。在生产中对钢卷温度的控制是通过循环气体的温度来间接实现,在加热期,如果气氛温度达到退火温度就转入均热期,经过一定时间均热转入冷却期,当循环气体温度达到出炉温度,退火停止 。但“厚材”的传热特性决定了钢卷径向和轴向存在温差,循环气体温度并不能代表钢卷温度。

    为检验当前退火制度的合理性,获得退火过程中钢卷的温度信息,埋设热电偶直接测量钢卷温度是非常有必要。同时,钢卷温度的测量数据能为优化工艺制度,检验数学模型提供基本数据。

    本文通过埋偶方式测量了全氢罩式炉某钢种退火过程的钢卷温度,对试验结果进行了分析,并比较了钢卷温度场数学模型计算值与实际测量值。

1 试验原理、装置与方法

1.1 试验原理

    带钢在卷取过程使带钢在径向形成一定间隙,测温热电偶可埋设在带钢层与层之间,由于钢卷打卷张力,使热电偶能与带钢形成良好接触,能真实反映测点温度。为方便布置热电偶,可在钢卷打卷时预先卷入与热电偶直径相当厚度的插片。埋偶点选择能反映钢卷温度分布特征的位置,靠近钢卷表面的位置可代表热点,钢卷的中心位置可代表冷点。

1.2 试验设备与试验方法

    在如图1所示罩式炉车间某炉台进行试验,采用发生炉煤气加热,内罩直径 2 000/2 012~H5 206, 退火钢卷的规格如表1。

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   钢卷温度测量采用 3铠装镍铬一镍硅热电偶,测点布置如图1上1~ 8所示位置。热电偶信号通过型号为

DXll2-1-2的温度采集仪记录,采集频率为1次/rain,测量结果保存在软盘中。气氛温度测量值、加热罩内温度、氢气流量、燃料流量由现场数据采集系统记录在数据库中,采集频率为1次/6min。

     进行试验时,每一卷钢卷被吊装上炉台后,在预留的插片空间内插入热电偶,空隙处填入石棉压紧,确保热电偶与带钢接触良好,然后放上对流板继续装料。所有钢卷的热电偶固定好后,沿钢卷表面通过炉台的热电偶预留孔连接到炉台下记录仪的相应位置处。

2、试验结果分析

   埋偶试验结果如图2所示, 图3为循环气体和钢卷外侧表面温度差。由图可知,在加热初期, 由于内罩突

然升温, 内罩与循环气体温差大,气体在罩内的快速流动,使得气体从内罩吸收热量,起到冷却内罩的作用。气体吸收内罩热量的同时,还会向钢卷传热,但由于气体与内罩的换热面积大于气体与钢卷的换热面积,并且钢卷吸热还受到内部热阻影响,使得气体的升温速度高于钢卷表面的升温速度,造成在加热初期气体和钢卷表面存在大的温差。随着气体温度的迅速升高,气体与内罩的温差减小,气体升温减慢,循环气体和钢卷表面温度差也很快降低至50℃以下,在加热期结束,循环气体与钢卷表面温差只有10℃左右。这说明在全氢罩式炉中以循环气体温度是否达到退火温度作为加热期结束的判据是合理的, 而且在加热期循环气体温度在一定程度上代表了钢卷表面温度。在冷却期,启动冷却后,循环气体和钢卷表面温度升至极大值,并在随后的冷却过程中基本维持在50℃以上,并没有象加热期一样温差迅速下降。这表明,在冷却期间,循环气体温度并不能代表钢卷表面温度,在这个期间,在操作运行中缺乏钢卷的温度信息。

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图2 退火试验结果

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图3 退火过程中循环气体与钢卷外侧表面温差

图4为退火过程中,钢卷冷热点温差变化,由图可知,加热开始后,表面迅速升温,冷热点温差升至最大值,并在加热期间略有上升,保持在150~200 oC内。冷热点温差这种变化趋势,表明钢卷表面加热接近于常热流加热。在均热期,冷热点温差以抛物线形状降低,可认为钢卷表面温度等于退火温度的均热过程。在冷却期,启动风冷和水冷后,冷热点温差均会升至极大值,随后缓慢减小。单独温差水平上比较,加热时冷热点温差为150~ 200℃,冷却时冷热点温差<100℃,这反映了罩式退火工艺的特点,为避免冷却过程热应力过大产生粘卷等缺陷,通常在冷却介质和被加热体温差高时采用较弱的冷却方式,在温差低时采用强冷却方式,而加热过程相反,在冷却介质和被加热体温差高时就采用了大功率供热。

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3 结论

   本文介绍了全氢罩式退火炉埋偶测试的实验,通过分析试验数据,可以得出如下结论:

   (1)在加热期,循环气体温度近似等于钢卷表面温度, 以循环气体温度是否达到退火温度作为加热期结束的判据是合理的。

   (2)在冷却期,循环气体温度与钢卷表面相差很大,缺乏钢卷的温度信息。

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