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宝钢CM12连退炉炉壳表面温度和热应力测试

作　者: 沈磊
导　师: 刘晓东；潘维平
学　校: 同济大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 连退炉炉壳热应变热应力应变片热应变测试系统
分类号: TG155.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

宝钢冷轧厂2030连续退火生产线于1989年12月投入运行，其中关键设备是退火炉，本课题的研究对象是退火炉中的加热室。由于使用时间很长，设备相对老化，目前加热室炉壳钢板存在不同程度的变形，有些部位甚至出现炉壳钢板开裂。本课题主要是针对这个现象进行的。由于加热室的炉内温度很高，一般在800℃～900℃，最高可以接近1000℃，在这么高的温度下，热量会通过不同的渠道传到加热室炉体的钢结构和炉壳钢板上，使炉壳钢板也具有较高的的温度，局部最高温度近300℃，在这种高温及结构约束的作用下，钢板的热应变无法得以释放，就会在钢板内部产生热应力，当应力超过钢板的屈服极限时，就会产生炉壳钢板的开裂。本课题的主要目的就是测量炉壳钢板上关键点的温度和热应力。首先制定了热应变(应力)的测试方案，介绍了热输出、灵敏度变化及导线电阻的补偿方式。然后使用进口仪器进行热应力的测量。由于加热室的工作条件很恶劣，它周围的环境温度一般在50℃以上，在这种环境下长时间使用进口仪器的风险很大，因此本课题还自行研制了一套热应变(应力)测试系统，可以实现长时间的跟踪测量。在实验的基础上，对影响炉壳钢板温度和应力的因素进行了分析，特别就加热室的主要热源——辐射管的流量对炉壳钢板的应力及温度影响进行了论证。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第1章引言  11-13
  1.1 研究对象及背景  11-12
  1.2 研究目的及采用方法  12
  1.3 本课题所做的工作  12-13
第2章炉壳表面热应力(应变)的测试理论  13-24
  2.1 热应力/应变的测量原理  13-16
    2.1.1 炉壳表面主应力的表示方法  13-14
    2.1.2 主应变ε_1和ε_3的计算方法  14-16
    2.1.3 主应力σ_1、σ_3和von Mises应力σ_(eq)的计算方法  16
  2.2 高温应变片的主要工作特性  16-18
    2.2.1 热输出曲线和灵敏系数随温度的变化  17-18
    2.2.2 连接导线电阻随温度的变化  18
  2.3 应变片的布置方案及应力的计算方法  18-23
    2.3.1 电桥的组成方式  18-20
    2.3.2 电桥的温度补偿方式  20-22
    2.3.3 导线温度补偿方式  22-23
  2.4 小结  23-24
第3章炉壳钢板表面温度和热应变(应力)测试试验  24-40
  3.1 测点位置分布  24
  3.2 实验器材  24-28
    3.2.1 高温应变片  24-25
    3.2.2 数据采集仪  25-26
    3.2.3 热电偶  26-27
    3.2.4 点焊机  27-28
  3.3 应变片热输出曲线标定及灵敏度系数曲线  28-32
    3.3.1 应变片热输出曲线标定  28-31
    3.3.2 应变片灵敏度系数曲线  31-32
  3.4 现场实验安排  32-34
    3.4.1 应变片、热电偶及导线连接器的布置和安装  32-34
    3.4.2 记录的数据  34
    3.4.3 实验过程说明  34
  3.5 试验数据及处理  34-39
    3.5.1 原始测量数据  34-36
    3.5.2 测量点应变值的修正  36-37
    3.5.3 测量点应力值的计算  37-39
  3.6 小结  39-40
第4章热应变(应力)测试装置的开发  40-65
  4.1 测试装置开发的必要性  40-42
    4.1.1 应变测试装置介绍  40-41
    4.1.2 应变测试装置研制的必要性及研究目标  41-42
  4.2 测试装置的原理设计  42-43
  4.3 模拟电路设计  43-48
    4.3.1 应变电桥电路  43-44
    4.3.2 信号放大电路  44-46
    4.3.3 测温电路  46-47
    4.3.4 电源电路  47-48
  4.4 信号采集与数据处理电路  48-54
    4.4.1 单片机MSP430F149的基本外围电路  49-50
    4.4.2 A/D转换电路  50-51
    4.4.3 串口通信电路  51
    4.4.4 按键和指示电路  51
    4.4.5 数据的存储  51-52
    4.4.6 仪表箱设计  52
    4.4.7 用户程序  52-54
  4.5 应变测试仪的标定  54-57
    4.5.1 测试系统应变的理论计算方法  54
    4.5.2 应变测试仪的标定  54-56
    4.5.3 热电偶标定曲线  56-57
  4.6 现场实验结果及数据处理  57-63
    4.6.1 原始测量数据  57-59
    4.6.2 温度测量值的处理及温度曲线  59-60
    4.6.3 应变测量值的处理及应力曲线  60-63
  4.7 小结  63-65
第5章实验结果分析  65-80
  5.1 两次实验温度的比较  65-66
  5.2 各测量点的温度分布  66-67
  5.3 辐射管煤气流量与炉内温度、测点温度的关系  67-69
  5.4 各测点应力分布及最大应力点  69-73
  5.5 辐射管煤气流量对炉壳应力的影响  73-78
  5.6 小结  78-80
第6章结论与展望  80-82
  6.1 结论  80
  6.2 进一步工作的方向  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-84
附录A 单片机源程序  84-91
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  91

宝钢CM12连退炉炉壳表面温度和热应力测试

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