[发明专利]气体喷嘴冷却性能的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于冷轧金属板带热处理技术领域，尤其涉及热处理工艺中，一种气体冷却装置 的冷却性能实验测量方法，用于金属热处理工艺中气体冷却装置的研究开发领域。

背景技术

随着各产业对高质量产品的需求不断增加，对金属板热处理的工艺要求越来越严格，在 热处理过程中，为了得到一定机械性能和良好表面特性的金属板带产品，需要将金属板加热 到临界温度以上，然后用气体喷吹冷却方法，并严格控制冷却速率在工艺许可的范围内。因 此，为了开发适应这种精细的热处理工艺的冷却设备，需要对气体喷吹冷却装置的性能进行 测试和检验，确保适应热处理工艺的需要。但由于热处理往往在特殊气氛(如纯氮气、氮气 与氢气混合气、纯氢气、氮气与氨气混合气等)中进行，这些气体十分危险或无法通过实验 装置直接测量，因此需要用安全的空气替代，并将测量到的空气的数据，换算成工程原型中 真实的工作气氛状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种气体喷嘴冷却性能的测量方法，该方法可对气 体喷嘴冷却性能进行离线测量，且操作简便，安全性好。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：气体喷嘴冷却性能的测量方法，其特征在于 它包括如下步骤：

第一步，气体喷嘴冷却性能的测量系统的准备：气体喷嘴冷却性能的测量系统由供风系 统、气体喷嘴、电加热系统和测量系统组成；供风系统包括风机2、第一蝶阀3、流量孔板4、 风箱5；风箱5的进风端由第一风管与风机2的输出口相连通，第一风管上设有第一蝶阀3 和流量孔板4；风箱5的出风端设有气体喷嘴组，在第一蝶阀3与风机2的输出口之间的第 一风管上连接第二风管，第二风管与放散器16相连通，第二风管上设有第二蝶阀21；

电加热系统由变压器12、可控硅调压器13、铜排线缆14和电加热平板15组成；变压器 的输入端与380V的交流电源11相连，变压器的输出端设有可控硅调压器13，可控硅调压器 13的输出端由铜排线缆14与电加热平板15相连；电加热平板15位于气体喷嘴组与测量系 统的测量黑箱的开口端之间；

测量系统由测量黑箱与红外热像仪10组成；测量黑箱的一端为开口端并朝向电加热系统 的电加热平板15，测量黑箱的另一端设有热像仪观测孔9，热像仪观测孔9外侧设有红外热 像仪10；

第二步，喷嘴冷却的空白实验：不启动供风系统，打开交流电源11，启动可控硅调压器 13，将电压逐步调高，电流通过铜排线缆14和电加热平板15构成的加热回路，将电加热平 板15加热；测量者通过红外热像仪10观测电加热平板15的表面温度变化，直到其电加热平 板15的板面平均温度达到实验设定值(实验设定值，由实验员根据工程原型中被冷却的热金 属平板的温度范围、电加热平板15的耐温能力以及红外热像仪10的最佳测量温度区间，综 合考虑后确定；可仅取上述三者的交集区间的中间值，进行一组实验；如需要提高实验测量 结果的可靠性，可在上述温度区间的交集中，每隔20℃～30℃取一温度设定点，进行多组实 验，然后将多组实验结果进行曲线回归)；电加热平板15稳定在温度的实验设定值后，测量 整个加热回路的电流和电压值；其中电压值可以通过可控硅调压器13自带的电压表测得，电 流值可以使用钳表电流计测得；重复测量电流电压值超过3次，两次间的间隔不少于5min， 将每次电流值I₀和电压值V₀记录下来，其乘积的平均值P₀(即加热功率)作为无喷嘴强制 冷却时的系统散热量；

第三步，先关闭电加热系统，启动供风系统；在气体喷嘴冷却性能的测量系统使用之前， 需要首先启动供风系统，并采集风箱5的空气流量数据；逐渐加大主回路上的第一蝶阀3的 开度，直至流量孔板4测得的气体流量达到实验设定的气体流量(实验设定的气体流量，应 保证在此流量下，气体喷嘴处的雷诺数Re与工程原型中的喷嘴工作时的Re偏差在±20％以 内)；