RU2093800C1 - Method of measurement of temperature of large metal articles - Google Patents
Method of measurement of temperature of large metal articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2093800C1 RU2093800C1 RU9494005034A RU94005034A RU2093800C1 RU 2093800 C1 RU2093800 C1 RU 2093800C1 RU 9494005034 A RU9494005034 A RU 9494005034A RU 94005034 A RU94005034 A RU 94005034A RU 2093800 C1 RU2093800 C1 RU 2093800C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- product
- center
- heat
- article
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 238000005242 forging Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Heat Treatment Processes (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения температуры и может быть использовано для измерения температуры в центре крупного изделия (поковок, слитков) для обеспечения требуемого режима нагрева, или при освоении новых режимов нагрева в широком диапазоне технологических и теплофизических параметров. The invention relates to the field of temperature measurement and can be used to measure temperature in the center of a large product (forgings, ingots) to provide the required heating mode, or when mastering new heating modes in a wide range of technological and thermophysical parameters.
Известен способ контроля прогрева металлических изделий (SU, авторское свидетельство N 464626, кл. C 21 D 1/34, 1973). A known method of controlling the heating of metal products (SU, copyright certificate N 464626, class C 21 D 1/34, 1973).
Этот способ включает прогрев металлического изделия в промышленной печи и контроль температурного состояния металла по изменению размеров изделия. Достижение стабильного температурного состояния определяют по прекращению изменения размеров изделия при постоянной температуре его поверхности. This method includes heating a metal product in an industrial furnace and monitoring the temperature state of the metal by changing the dimensions of the product. The achievement of a stable temperature state is determined by the termination of the change in product size at a constant surface temperature.
Недостатком дилатометрического способа является то, что с его помощью можно лишь установить момент, когда температура в центре контролируемого изделия сравняется с температурой его поверхности. Однако этот способ дает лишь ориентировочную информацию о значении температуры в центре изделия в течение всего процесса нагрева, что может привести к браку, например, в результате действия термических напряжений, которые при неизвестном перепаде температур между поверхностью и центром изделия могут превысить некоторое критическое значение, и в теле изделия появятся трещины. Кроме того, при осуществлении способа определенные трудности вызывает установка дилатометрической системы с тщательной фиксацией и подгонкой всех элементов, часть которых требует к тому же водяного охлаждения. The disadvantage of the dilatometric method is that with its help you can only establish the moment when the temperature in the center of the controlled product is equal to the temperature of its surface. However, this method provides only indicative information about the temperature in the center of the product during the entire heating process, which can lead to marriage, for example, as a result of thermal stresses, which, with an unknown temperature difference between the surface and the center of the product, can exceed a certain critical value, and cracks will appear in the body of the product. In addition, when implementing the method, certain difficulties are caused by the installation of a dilatometric system with careful fixation and fitting of all elements, some of which also require water cooling.
Известен также способ измерения температуры [1] Этот способ включает нагрев поковки с предусмотренным торцевым отверстием и введенной в него термопарой и измерение температуры внутри поковки непосредственно в печи посредством вывода свободных концов термопары из рабочего пространства печи. Для защиты электродов термопары от воздействия печной среды применяют их обмазку, например, на основе шамотного порошка и огнеупорной глины. There is also known a method of measuring temperature [1] This method includes heating the forgings with the provided end hole and a thermocouple inserted into it and measuring the temperature inside the forgings directly in the furnace by removing the free ends of the thermocouple from the working space of the furnace. To protect the thermocouple electrodes from the influence of the furnace environment, they are coated with, for example, chamotte powder and refractory clay.
Недостаток известного способа измерения температуры заключается в нарушении целостности тела изделий при измерении температуры внутри его тела. Это приводит к увеличению расхода топлива вследствие нагрева в печи массивного изделия, которое из-за нарушения его целостности не может быть в дальнейшем использовано, а также к значительным затратам труда на сверление отверстий для установки термоэлектрических датчиков температуры. The disadvantage of this method of measuring temperature is to violate the integrity of the body of the product when measuring the temperature inside its body. This leads to an increase in fuel consumption due to heating of a massive product in the furnace, which, due to violation of its integrity, cannot be further used, as well as to significant labor costs for drilling holes for installing thermoelectric temperature sensors.
Из известных способов измерения температуры наиболее близким по технической сущности является способ измерения температуры крупных металлических изделий с помощью теплоизолирующей накладки [2] Этот способ включает нагрев изделия вместе с теплоизолирующей накладкой, выполненной из огнеупорного материала, и измерение температуры закрытого теплоизолирующей накладкой участка поверхности изделия. Of the known methods for measuring temperature, the closest in technical essence is the method of measuring the temperature of large metal products using a heat-insulating lining [2] This method includes heating the product together with a heat-insulating lining made of refractory material, and measuring the temperature of the closed surface area of the product with a heat-insulating lining.
Известный способ может быть использован для измерения температуры в центре крупного изделия только в случае, если она одинакова по объему изделия. Нагрев же таких изделий в печах характеризуется неравномерностью, т.е. температура внутренних областей объема изделия ниже температуры поверхностных слоев. The known method can be used to measure the temperature in the center of a large product only if it is the same in volume of the product. The heating of such products in furnaces is characterized by unevenness, i.e. the temperature of the internal regions of the product volume is lower than the temperature of the surface layers.
Технический результат, создаваемый изобретением, обеспечение постоянного контроля за температурой в центре поковок, слитков при сохранении их целостности. The technical result created by the invention, the provision of constant temperature control in the center of forgings, ingots while maintaining their integrity.
Указанный результат достигается тем, что в известном способе измеряют температуру в центре изделия по измеряемой в процессе нагрева температуре центральной точки участка его поверхности, закрытого накладкой, выполненной с размерами, определяемыми путем математического моделирования, заключающегося в решении уравнения теплопроводности с учетом равенства сумм тепловых потоков, поступающих в элементы одинакового объема, окружающие центр изделия и точку контроля, и обеспечивающих минимальное значение среднего квадратического отклонения между температурами в центре изделия и в точке контроля. This result is achieved by the fact that in the known method, the temperature in the center of the product is measured by measuring the temperature of the central point of a portion of its surface covered by an overlay made with dimensions determined by mathematical modeling, which consists in solving the heat equation, taking into account the equality of the sums of heat fluxes, entering the elements of the same volume surrounding the center of the product and the control point, and providing a minimum value of the mean square deviation tions between the temperatures at the center of the product and at the point of control.
Размеры накладки определяются с помощью математического моделирования, заключающегося в численном решении уравнения теплопроводности с переменными теплофизическими коэффициентами для конкретного случая нагрева крупного изделия в печи:
где c, r,λ - соответственно, теплоемкость, плотность, теплопроводность материала изделия, в Дж/кгoC, кг/м3, Вт/(мoC);
t температура, в oC;
τ - время, с.The dimensions of the lining are determined using mathematical modeling, which consists in numerically solving the heat equation with variable thermophysical coefficients for a particular case of heating a large product in an oven:
where c, r, λ, respectively, heat capacity, density, thermal conductivity of the material of the product, in J / kg o C, kg / m 3 , W / (m o C);
t temperature, in o C;
τ is the time, s.
Для пояснения изобретения ниже приводится конкретный пример выполнения изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых: на фиг. 1 изображена схема тепловых потоков в контролируемой точке и в центре изделия; на фиг. 2 блок-схема программы вычислений размеров накладки; на фиг. 3 крупное изделие, нагреваемое в промышленной печи. To explain the invention, a specific embodiment of the invention is given below with reference to the accompanying figures, in which: in FIG. 1 shows a diagram of heat fluxes at a controlled point and in the center of the product; in FIG. 2 is a block diagram of a pad size calculation program; in FIG. 3 large product heated in an industrial furnace.
Для определения размеров теплоизолирующей накладки для каждого конкретного случая составляют программу вычислений на ЭВМ, по которой производят серию расчетов нагрева нагреваемого в печи изделия (фиг. 2). Программа включает следующие стадии расчета. To determine the dimensions of the insulating lining for each particular case, a computer program is compiled, according to which a series of calculations is made of the heating of the product heated in the furnace (Fig. 2). The program includes the following stages of calculation.
1. Ввод исходных данных (момент времени CHR0):
размеры изделия, накладки, печи;
геометрия рабочего пространства печи и конфигурация садки;
начальные поля температур в изделии, накладке и стенах печи;
разбивка объемов изделия, накладки и стен печи на отдельные элементы, определение необходимых геометрических характеристик этих элементов;
шаг во времени (TAU), с.1. Input of the initial data (moment of time CHR 0 ):
product dimensions, linings, furnaces;
geometry of the working space of the furnace and the configuration of the charge;
initial temperature fields in the product, overlay and furnace walls;
a breakdown of the volume of the product, the lining and the walls of the furnace into individual elements, determining the necessary geometric characteristics of these elements;
time step (TAU), s.
2. Расчет коэффициентов излучения, необходимых для описания радиационного теплообмена в печи. 2. Calculation of radiation coefficients required to describe radiation heat transfer in the furnace.
3. Определение текущего значения времени CHR CHR0+TAU.3. Determination of the current time value CHR CHR 0 + TAU.
4. В зависимости от текущего времени находится температура в рабочем пространстве печи. Исходя из температуры в рабочем пространстве, рассчитываются радиационные характеристики продуктов сгорания топлива, заполняющих объем печи. 4. Depending on the current time, there is a temperature in the working space of the furnace. Based on the temperature in the working space, the radiation characteristics of the fuel combustion products filling the furnace volume are calculated.
5. Для каждого элемента объема изделия, накладки и стен печи, в зависимости от его температуры, вычисляются значения теплопроводности и теплоемкости. 5. For each element of the product volume, lining and furnace walls, depending on its temperature, the values of thermal conductivity and heat capacity are calculated.
6. Зональным методом рассчитывается радиационный теплообмен в системе: продукты сгорания кладка печи нагреваемые изделия. 6. By the zonal method, the radiative heat transfer in the system is calculated: combustion products, laying of the furnace, heated products.
7. Для каждого элемента объема изделия, накладки и стен печи определяются результирующие тепловые потоки. 7. For each element of the product volume, plates and walls of the furnace, the resulting heat fluxes are determined.
8. С помощью численного решения уравнения Фурье вычисляются текущие температуры всех элементов объема изделия (определяется поле температур). 8. Using a numerical solution of the Fourier equation, the current temperatures of all elements of the product volume are calculated (the temperature field is determined).
9. Печать интересующих параметров, например, температур в центре изделия и в точке контроля. 9. Printing of parameters of interest, for example, temperatures in the center of the product and at the control point.
10. Если время расчета не исчерпано, то происходит возврат к пункту (в), в противном случае вычисления прекращаются. 10. If the calculation time is not exhausted, then there is a return to point (c), otherwise the calculations are terminated.
На основании расчетов выбирается накладка с размерами, обеспечивающими минимальное значение среднего квадратического отклонения температуры в точке контроля от температуры в центре изделия. Based on the calculations, an overlay is selected with dimensions that ensure the minimum value of the mean square deviation of the temperature at the control point from the temperature in the center of the product.
Пример конкретного осуществления способа. An example of a specific implementation of the method.
Способ измерения температуры крупных изделий включает нагрев в промышленной печи 2 изделия 1 вместе с теплоизолирующей накладкой 3 и измерение температуры в процессе нагрева путем измерения температуры в центральной точке закрытого накладкой участка поверхности изделия. Накладка 3 выполнена из материала с низкой теплопроводностью, размещена в обечайке из тонкого стального листа 4 и прижимается к поверхности изделия с помощью хомута 5. The method for measuring the temperature of large products includes heating in an
Размеры накладки определяются путем математического моделирования на основе решения уравнения теплопроводности с учетом условия, что накладка оптимальных размеров должна обеспечивать примерное равенство сумм тепловых потоков в центре изделия и в точке контроля температуры и минимальное значение среднего квадратического отклонения температуры в точке контроля от температуры в центре изделия. The dimensions of the lining are determined by mathematical modeling based on the solution of the heat equation taking into account the condition that the lining of optimal dimensions should provide approximate equality of the sums of heat fluxes in the center of the product and at the temperature control point and the minimum value of the mean square deviation of the temperature at the control point from the temperature in the center of the product.
Измерение температуры проводят в центральной точке участка поверхности изделия, закрытого накладкой, термочувствительным элементом, например, термоэлектрическим датчиком температуры 6. Термоэлектроды, защищенные изоляторами 7, выводятся вдоль поверхности контролируемого изделия из-под накладки, а затем за пределы печи, где они соединяются со вторичным прибором 8. Temperature measurement is carried out at the central point of the surface area of the product, covered by a cover plate, by a thermosensitive element, for example, a
Проведены опытные испытания предложенного способа измерения температуры для поковки из стали марки 12XIMФ диаметром 600 и длиной 1670 мм, масса которой составила 3,6 тн. Испытания включали в себя как нагревы под термообработку именно для этого класса поковок, то есть подъем температуры печи до 640.660oC с последующей выдержкой при этой температуре в течение 30 часов; так и по режимам, соответствующим технологии термообработки других крупных изделий, например, валков станов горячей прокатки. Накладки выполнялись из муллитокремнеземистой ваты МКРВ с плотностью 300 кг/м3 и размещались как на торцевой, так и на боковой поверхности цилиндрической поковки. Крепление накладок осуществлялось хомутами из полосовой стали. Размеры накладки определялись с помощью расчетов на ЭВМ ЕС 1035 по программе, написанной на языке "ФОРТРАН". В случае торцевого расположения накладки она имела диаметр, равный диаметру поковки 600 мм и толщину 77 мм. Для такого же цилиндра из стали IXI4HI4B2M толщина торцевой изоляции, при сохранении ее диаметра 600 мм, равна 119 мм.Experimental tests of the proposed method for measuring temperature for forgings from steel grade 12XIMF with a diameter of 600 and a length of 1670 mm, the mass of which was 3.6 tons, were carried out. The tests included heatings for heat treatment specifically for this class of forgings, that is, raising the temperature of the furnace to 640.660 o C, followed by exposure at this temperature for 30 hours; and in regimes corresponding to the heat treatment technology of other large products, for example, rolls of hot rolling mills. The pads were made of MKRV mullite-siliceous cotton wool with a density of 300 kg / m 3 and were placed both on the end and side surfaces of the cylindrical forgings. The lining was fastened with stainless steel clamps. The dimensions of the lining were determined using calculations on a computer EU 1035 according to the program written in the language "FORTRAN". In the case of the end position of the lining, it had a diameter equal to the diameter of the forging 600 mm and a thickness of 77 mm For the same cylinder made of IXI4HI4B2M steel, the thickness of the end insulation, while maintaining its diameter of 600 mm, is 119 mm.
При боковом положении накладка имела угол контакта с поверхностью изделия 112,5o, ширину 500 и толщину 25 мм. Температура контролировалась термопарой TXA, рабочий спай которой закреплялся на поверхности поковки в центре участка, закрываемого накладкой. Термоэлектроды в алундовых изоляторах выводились за пределы печи и присоединялись к автоматическому самопишущему потенциометру КСП-4. Метрологическая обработка результатов экспериментов показала, что погрешность измерения температуры центра контролируемого изделия предлагаемым способом, с доверительной вероятностью 0,95 не превышает 20,06oC в период подъема температуры печи и 8,6oC на стадии выдержки садки при постоянной температуре печи.When the side position of the pad had a contact angle with the surface of the product 112.5 o , a width of 500 and a thickness of 25 mm The temperature was controlled by a TXA thermocouple, the working junction of which was fixed on the surface of the forging in the center of the section covered by the patch. Thermoelectrodes in alundum insulators were removed outside the furnace and connected to the KSP-4 automatic recording potentiometer. Metrological processing of the experimental results showed that the error in measuring the temperature of the center of the controlled product by the proposed method, with a confidence probability of 0.95, does not exceed 20.06 ° C during the rise in furnace temperature and 8.6 ° C at the stage of holding the charge at a constant furnace temperature.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494005034A RU2093800C1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Method of measurement of temperature of large metal articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU9494005034A RU2093800C1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Method of measurement of temperature of large metal articles |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94005034A RU94005034A (en) | 1995-09-27 |
| RU2093800C1 true RU2093800C1 (en) | 1997-10-20 |
Family
ID=20152427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU9494005034A RU2093800C1 (en) | 1994-02-10 | 1994-02-10 | Method of measurement of temperature of large metal articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2093800C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469103C1 (en) * | 2011-07-08 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" | Manufacturing method of plate from complex alloyed structural steel of increased strength |
-
1994
- 1994-02-10 RU RU9494005034A patent/RU2093800C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Рязанцев А.Б. и др. Исследования и разработка экспериментального метода анализа теплового поля в нагреваемых массивных слитках. Кузнечно-штамповочное производство. 1975, N 9, с.38-40. 2. Заявка Франции N 2422152, кл. G 01 K 1/00, 1979. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469103C1 (en) * | 2011-07-08 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Магнитогорский металлургический комбинат" | Manufacturing method of plate from complex alloyed structural steel of increased strength |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0244186Y2 (en) | ||
| dos Santos | Advances on the hot wire technique | |
| RU2093800C1 (en) | Method of measurement of temperature of large metal articles | |
| RU2700349C1 (en) | Method for determination of thickness of deposits on inner surface of pipeline | |
| JPH11316118A (en) | Refractory thickness estimation method | |
| Biryukov et al. | Control of metal heat treatment process in a furnace using a diagnostic system based on batch heat capacity | |
| KR101674388B1 (en) | Apparatus and method of uniformizing billet charging temperature | |
| JP7016706B2 (en) | Equipment monitoring equipment, equipment monitoring methods, and programs | |
| JP3754094B2 (en) | Refractory structure spalling test method, firing crack evaluation method and test apparatus | |
| Yuen | The thermal boundary layer in a rotating cylinder subject to prescribed surface heat fluxes | |
| Dudley Jr | The thermal conductivity of refractories | |
| EP4279866A1 (en) | System and method for measuring the thickness of refractories | |
| Jain et al. | Measurements of some thermal properties of steel-refractory systems and heat losses from steelmaking furnaces | |
| JPS63140036A (en) | Method for identifying overall heat absorptivity of continuous heating furnace | |
| RU95116079A (en) | DEVICE FOR TESTING FIRE PROTECTIVE COATINGS | |
| JPS6137328B2 (en) | ||
| JPH01184448A (en) | Thermal conductivity measurement method | |
| JP2629392B2 (en) | Melt temperature measuring device for induction heating furnace | |
| Ottosson et al. | Heat transfer modelling and adjustment from radar measurements in reheating steel furnaces | |
| KR100936357B1 (en) | Position and quantity of temperature sensor in reheating furnace | |
| Khoddam et al. | Sensitivity of the Hot Torsion Test Results to Radiation | |
| Trevisan et al. | Transient method for measuring thermal properties of saturated porous media | |
| Wick et al. | Estimation of temperature profiles of slabs in a reheat furnace by using the Kalman filter | |
| JPS5916816Y2 (en) | Temperature distribution detection sensor | |
| SU621996A2 (en) | Heat capacity determining device |