[发明专利]一种双频淬火加工过渡过程温度/功率计算方法

摘要

一种双频淬火加工过渡过程温度/功率计算方法，包括以下步骤：第一步：建立淬火表达式，根据比热关系式推导出轧辊淬火电功率与温度的关系表达式；第二步：建立加热轧辊温度/功率数学模型，第三步：试淬火，求取总效率η，第四步：得到淬火温度/功率模型。本设计不仅能够建立轧辊淬火的温度/功率模型，提高了轧辊的淬火效率，而且能够提高淬火成品质量的可靠性和一致性。

主权项

1.一种双频淬火加工过渡过程温度/功率计算方法,所述计算方法包括以下步骤：第一步：建立淬火表达式，根据比热关系式推导出轧辊淬火电功率与温度的关系表达式：C＝ΔQ/m*ΔT                             (式1)式中：ΔQ为吸收或释放的热量，单位：J或w·s，m为质量，单位：Kg，C为比热，单位：J/Kg·°K或w·s/Kg·℃，ΔT为改变的单位温度，单位：℃，由(式1)可得：ΔQ＝C*m*ΔT                      (式2)或ΔT＝ΔQ/m*C                      (式3)(式2)表示：质量为m的物质，温差ΔT，吸收热量为ΔQ，即对物质施加功ΔQ；(式3)表示：对质量为m的物质施加功ΔQ后，即有温升ΔT，功是功率P乘以加热时间t，即：ΔQ＝P*t  单位：w·s或kw·s       (式4)把(式4)代入(式3)得：ΔT＝P*t/m*C                      (式5)考虑到电热转换效率以及集肤效应引起的实际加热质量小于对应的几何质量，把(式5)修正为：ΔT＝η₁*η₂*P*t/ζ*m*C＝η*P*t/m*C    (式6)式中：η₁＜1为电效率，η₂＜1为热效率，ζ＝υ/ρ＜1为加热体积系数，υ为实际加热体积，ρ为对应的几何体积，η＝η₁*η₂/ζ为总效率；第二步：建立加热轧辊温度/功率数学模型：以升温过程为例，(式6)为温升ΔT和电功率P的关系式，总效率η是未知量，通过试验或根据生产记录曲线求出η，获得η后，则可根据(式6)，由电功率P求出温升ΔT，或根据要求的温升ΔT求出应该提供的电功率P；轧辊温度/功率的数学模型推导过程：对于轧辊加热来说，(式6)的加热时间t是轧辊加热线圈高度H与轧辊下降速度V之商，即：t＝H/V                           (式7)(式6)中的m是轧辊加热部分的几何质量，即：m＝ρ*b                           (式8)式中：b是钢的比重；ρ是加热轧辊的几何体积，根据轧辊直径D1和加热线圈宽度H，即可求出：ρ＝π*D₁²*H/4                      (式9)把(式9)代入(式8)后，再和(式7)一起代入(式6)，得：ΔT＝η4P/C*b*V*π*D₁²                 (式10)上式功率P的单位是瓦，但是，加热轧辊电功率P的单位是千瓦，故应把上式修正为：ΔT＝η4P×10³/C*b*V*π*D₁²              (式11)(式11)是加热轧辊温差与功率的数学模型，需要输入的参数：电功率P，单位：kw，下降速度V，单位：cm/s，钢比热C，单位：w·s/Kg·℃，钢比重b，单位：kg/cm³，轧辊直径D1，单位：cm，预热温度T₀，单位：cm，总效率η；由(式11)可以得到，轧辊表面加热ΔT所需功率：P＝ΔT*C*b*V*π*D₁²/η*4*10³         (式12)需要输入的参数输入(式11)，即得计算温差ΔT和轧辊表面温度：T＝ΔT+T₀                           (式13)第三步：试淬火，求取总效率η：测量轧辊的物理参数，淬火工艺师根据经验制定试淬火加工工艺表，然后按照试淬火加工工艺表对轧辊进行试淬火，试淬火步骤如下：首先，将轧辊加热到预热温度T₀，然后，根据试淬火加工工艺表，在单位时间内对线圈的输出功率进行多级调节，对轧辊进行淬火，并实时记录轧辊表面温度T的变化曲线和功率P的变化曲线，根据实测曲线，获得单位时间内改变功率P对应轧辊表面温度T的变化情况,由(式13)计算轧辊表面温差ΔT＝T‑T₀,将ΔT带入(式11)最后得到总效率η：η＝C*b*V*π*D₁²(T‑T₀)/4P×10³              (式14)将轧辊表面温度T、预热温度T₀、淬火总功率P、线圈下降速度V、钢比热C、钢比重b、轧辊直径D1带入(式14)，得到总效率η的计算值；第四步：得到淬火温度/功率模型：将第三步中得到的总效率η的计算值带入(式12)，得到该型号轧辊的淬火温度/功率模型。