Способ определения режима нагрева образца при термообработке

 

Изобретение относится к термометрии, может быть использовано при периодической проверке и наладке температурных режимов протяжных, проходных и садочных металлургических печей, и позволяет повысить точность в условиях кратковременного нагрева. В качкстве термодатчика используют разъемное термическое массивное тело с критерием В I≥100 и многопереходный цветовой термохимический индикатор, с помощью которого определяют распределение температурного поля в сечении термодатчика и при условии градиента температур между поверхностью и его средними слоями строят кривую в координатах линейный размер -температура. Вид полученной кривой сравнивают с тарировочными графиками, построенными при нагреве термодатчика по известным режимам. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

185 А1 (19) (11) (51)5 G 01 К 13/00, 11/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ rHHT СССР

1 (21 ) 4258051 /24-1 0 (22) 18. 05. 87 (46) 23.07.90. Бюл. № 27 (71) Московский институт стали и сплавов (72) О.M. Блинов, В.Ф. Бердышев и Л.Н. Ефимов (53) 536.53(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 767567, кл. G 01 К 13/02, 1978.

Дудихин В.В. Разработка, исследование и применение метода автономного контроля температурных режимов печей периодического действия. Дис.канд. техн. наук. N.: МИСиС, 1982, с. 139. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА НАГРЕВА ОБРАЗЦА ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ (57)„Изобретение относится к термометрии, может быть использовано при

Изобретение относится к определению температуры и может быть использовано при экспериментальных исследованиях, наладке и периодической проверке температурного режима печей для термообработки, преимущественно в области металлургии.

Цель изобретения — повьппение точности в условиях кратковременного нагрева.

На фиг. 1 показан термодатчик, общий вид;. на фиг. 2 — схема распределения иэотемпературных линий цветовых переходов термохимического индикатора в плоскости сопряжения элементов датчика после окончания теплово2 периодической проверке и наладке температурных режимов протяжных, проходных и садочных металлур гич ес ких печей, и поз воля ет по высит ь точность в условиях кратковременного нагрева.

В качестве термодатчика используют разъемное термически массивное тело с критерием В1 100 и многопереход-, ный цветовой термохимический индикатор, с помощью которогб определяют распределение температурного поля в сечении термодатчика и при условии градиента температур между поверхностью и ere средними слоями строят кривую в координатах линейный раэмер— .температура. Вид полученной кривой сравнивают с тарировочными графиками, построенными при нагреве термодатчика по известным режимам. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

ro воздействия; на фиг. 3 — график распределения поля температур в плоскости разъема датчика по осевой линии XY на фиг. 4 — график температурного режима печи при термообработке образца.

Термодатчик выполнен в виде термически массивного тела из двух половин 1 и 2 (в форме параллелепипеда с размерами a=b=2h (на фиг. 1), на плоскость разъема которого нанесен слой 3 термохимического индикатора.

Материалом термически массивного тела может быть юамотно-волокнистый огнеупор 1 1ВП-350, теплофизические, свойства которого обеспечивают эна1580185 чение критерия Bi 100, при толщине датчика h = 0,06-0,08 м.

В качестве термохимического индикатора могут быть использованы цветовые многопереходные индикаторы тем" пературы ТХИ-56 или ТХИ-46 М2. Толщина покрытия составляет 0,05-0,1 мм.

При Bi 100 нагрев термодатчика происходит при граничных условиях первого рода,а распределение темпера-, турного поля по его сечению является следствием температуры поверхности и может быть описано нестационарным нелинейным дифференциальным уравнени- 15 ем теплопроводности, с нелинейными граничными условиями и начальными условиями ср — (т> — + — —; (>) 2О

«eZ ЗТ Эжт)) ЭТ дt,, Ь2 Вх Эх Ф вЂ” h(T)(— )„„= Я„„.g (Т - Т„); (2) аТ +

l (3) 25

Т(х О) = Т где С вЂ” средняя теплоемкость, Дж/ (кг. К)

- средняя удельная плотность, кг/мз is

Ю A — коэффициент теплопроводности, Вт/(м >К);

Т вЂ” температура, К; х — текущая координата, м;

- приведенный коэффициент излучения системы; (7 — константа Стефана-Больцмана, Вт/ (м2 ° К+)

Т вЂ” температура среды, К;

Т вЂ” температура поверхности, К;

Т вЂ” начальная температура устН ройства, К.

Одномерную задачу рассматривают в целях повьппения точности способа и возможности направленного контроля температуры. Например, для огнеупора ,1IIBII-350 условие одномерности соблюдается при соотношении длины а и ширины Ь к толщине и в центре датчика, как

50 .-- = - й-. . (4) а Ь 2

Погрешность контроля температурного режима печи в рассматриваемом способе зависит от значения безразмерной 55 температуры внутренних слоев устройJ I, ства в конце измерения и является, минимальной при 8 » 0,5 т - Т

Т вЂ” Т„ п (5) где 9

4 наименьшее значение безразмерной температуры в контролируемой плоскости; максимальная температура печи, К; минимальная температура в контролируемой плоскости, К, хотя бы для одной точки в плоскости контроля, что обеспечивается выбором толщины датчика по формуле

h - г -(Ъ.t/F., (6) где h а — толщина устройства, м;

- средний коэффициент температуропроводности материала устройства в контролируемом диапазоне температур, м2 /с; — время контроля, с; — критерий Фурье, определяемый из номограмм Будрина (расчет для центра бесконечной пластины) при заданной безразмерной температуре центра

Вц ъ0,5 и критерии Bi = 100, Способ контроля температурного режима печи осуществляется следукцим образом, В зависимости от времени контроля по формулам (4) и (6) определяют минимальные размеры датчика и готовят его к измерению. Помещают устройство в печь, извлекают из печи, разъединяют элементы устройства по плоскости сопряжения и проводят интенсивное охлаждение под струей воздуха плоскости с термоиндикаторным покрытием до комнатной температуры. Измеряют расстояние от поверхности элементов до изотемнературньгх линий с известными температурами перехода и в координатах линейный размер — температура строят график распределения поля температур по сечению термодатчика. Полученную кривую сравнивают с тарировочными эталонными графиками, построенными путем нагрева термодатчика по известным температурным режимам в лабораторных условиях или на действующем агрегате, и по ним восстанавливают распределение температуры во времени в процессе термообработки образца (Лиг 4,кривая А) Для сравн.5 15801 ния здесь же приведен контрольный температурный режим печи, измеренный дистанционным термоэлектрическим термометром (кривая Б).

Формула изо бретения

1. Способ определения режима нагрева образца при темрообработке, включающий размещение в печи совместно с нагреваемым образцом составного термодатчика, выдержку его в течение заданного интервала времени и индикацию теплового состояния термодатчика в плоскости его разъема после прекра- 15 щения нагрева с последующим восстановлением распределения температуры во времени в процессе термообработки образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности 20 в условиях кратковременного нагрева, в качестве составного термодатчика используют термически массивное тело с критерием Bi 100, на плос8Г 6 кость разъема которого начес.ен мно,опереходный термохимический индикатор, выдержку осуществляют до момента установления градиента температур в плоскости разъема термодатчика, после прекращения нагрева по расположению изотерм цветовых переходов термохимического индикатора определяют распределение температур в сечении термодатчика, а восстановление распределения температуры во времени в процессе термообработки образца осуществляют, сравнивая вид полученной в координатной системе линейный размер — температура" зависимости с тарировочными графиками, построенными при нагреве термодатчика по известным режимам.

2 ° Способ по пэ 1, О т л и ч аю шийся тем, что в качестве материала термически массивного тела используют шамотно-волокнистый огнеупор.

Фиг. 2

1580185 т, с

Иоо

900

4 6.

Фиг Ф.8 - 10

Составитель Н. Соловьева

Редактор Н. Лазаренко Техред Л.Олийнык Корректор М,K eyaaas

Заказ 2004 Тираж 502 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101