[发明专利]一种带卷材料径向等效导热系数的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带卷材料(包括钢带卷、铝带卷等卷曲成卷形式的材料)的径向等效导热系数的测量装置及方法。尤其涉及到钢带卷、铝带卷在热处理炉中加热时，沿着带卷径向等效导热系数的测试，属于材料热处理和传热学领域。

背景技术

任何固体表面都是粗糙的，当两个固体表面接触时，能够完全接触的位置都是以散点形式存在的，因此粗糙的表面之间总是存在接触间隙的，这些接触间隙之中可能存在间隙介质(如气、液、粉尘等)，因此两个固体接触界面上的等效导热系数(或接触热阻)不仅仅与两个材料本身的物性参数相关，还与接触界面的压力、接触界面的温度和接触界面的形式相关。对于带卷状材料(钢卷、铝卷等)，通常能够卷曲成带卷的材料都是带材，其厚度都很小，宽度很大(相对于厚度)，卷曲成带卷形式之后，沿着带卷的径向方向是由多层带材组成的。由于卷曲过程中都要施加一定的卷曲张力，因此，带卷径向的多层带材之间存在初始接触压应力，初始接触压应力与卷曲张力有关。

在对带卷材料进行热处理的过程中，随着加热温度的升高，由于热膨胀的原因，带卷径向接触压应力会有上升的趋势，且带卷温度越高，热膨胀越剧烈，带卷径向接触压应力越高。同时，带卷物性参数(硬度、热导率等)也是随着温度而改变的。因此，带卷径向等效导热系数也随着带卷加热温度的改变而变化，并且在不同的初始接触压应力条件下，带卷径向等效导热系数与带卷加热温度之间的关系也不同。

发明内容

本发明针对现有的接触测量装置难以测量带卷的径向等效导热系数的缺点，设计了专门用于测量带卷的径向等效导热系数的装置和方法，实现了在一定的卷曲张力、一定的加热温度条件下带卷的径向等效导热系数的测量。

一种测量带卷材料径向等效导热系数的装置，其特征在于：包括如下几个部分：管形加热器(附有温度控制器)、温度数据采集器、管形量热计、被测带卷材料(简称“带卷”)、下部隔热支撑板、上部隔热板、冷却罩。管形加热器固定在下部隔热支撑板上，管形量热计上安装有温度传感器，管形量热计套在管形加热器上，并与管形加热器同轴，被测带卷材料内外壁面上焊接温度传感器，被测带卷材料套在管形量热计上，并与管形量热计之间有一定的间隙且两者同轴，冷却罩放置在下部隔热支撑板上，上部隔热板覆盖在整个测量装置上，冷却罩、上部隔热板、下部隔热支撑板之间的接缝处密封，三者组成密闭的空间。冷却介质(保护气)经由冷却罩气体入口流入测量装置，经冷却罩气体出口流出测量装置。

所述管形加热器(附有温度控制器)，是在两个耐热陶瓷套筒之间，将电阻丝进行螺旋布置，通过温度控制器，控制电阻丝的发热功率，达到调节加热温度的目的，与冷却罩协调使用，可以达到调节带卷径向热流量的目的。

所述温度数据采集器，采集实验装置上所有测温热电偶的数据，并直接转换为温度数据，采集频率为10Hz以上。所述温度数据采集器只要能够满足温度采集的需求，即可配合本发明提供的设备和方法一同使用，并测量带卷材料径向等效导热系数。

所述管形量热计为一热物性参数已知的金属材料制成，通过测量管形量热计内外壁面温度、内部温度，结合其热物性参数，可计算得到通过管形量热计的热流量和各个位置的热流密度。同时，带卷材料是卷取成卷的形式，套在管形量热计外部的，两者之间有一定的间隙，测温热电偶可通过该间隙引出。

所述下部隔热支撑板，主要由绝热材料和钢板组成，绝热材料布置在内侧，起到降低装置散热量的作用，尤其是降低带卷、管形量热计轴向方向的热流量。钢板主要起到支撑作用。下部隔热板上设置有热电偶出入孔、电阻丝加热导线出入孔，出入孔采用耐高温绝缘陶瓷与下部隔热板隔离。此外，在钢板外缘设计有密封装置，便于与冷却罩之间的连接和密封。

所述上部隔热板，主要由绝热材料和钢板组成，绝热材料布置在内侧，起到降低装置散热量的作用，尤其是降低带卷、管形量热计轴向方向的热流量。钢板主要起到支撑作用。此外，在钢板外缘设计有密封装置，便于与冷却罩之间的连接和密封。

所述冷却罩，其内层布置绝热材料，外层为钢板作为支撑。在冷却罩上设置有冷却气体出口和入口。通过控制冷却气体的流量，可以调节带卷外侧环境的温度。冷却罩与管形加热装置协调使用，可以调整带卷温度水平和带卷径向温度差，从而间接调节了带卷径向的热流量，达到测量不同温度条件下带卷径向等效导热系数的目的。