轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法

摘要

一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置及其方法，其包括，测量槽，其内设一绝缘油进口总管，该绝缘油进口总管上设泵及分别连接至两绝缘油灌的两绝缘油管，绝缘油管上设控制阀；两个电极，水平设置于所述测量槽内靠近底部的位置，并分别连接电源。本发明通过石墨浓度测量装置测量绝缘灌中的石墨浓度，保证绝缘灌中的石墨浓度一直保持在稳定值，提高轧辊毛化效果及质量。

说明书

技术领域

本发明涉及轧辊毛化设备，特别涉及轧辊电火花毛化过程中绝缘油中 石墨浓度测量装置及其方法。

背景技术

随着汽车、家电等行业的快速发展，优质冷轧带钢的需求量逐年增加。 用户对带钢表面质量和使用性能要求不断提高，推动了轧辊表面毛化技术 的快速发展。冷轧带钢的表面形貌是由轧辊表面形貌直接传递的，是一个 “衰减性拷贝”过程。目前，为了控制和调整成品带钢的表面形貌，冷轧 平整机或光整机工作辊基本上都采用毛化辊，同时为了解决粗糙度偏低或 罩式炉内带钢粘连问题，冷连轧机最后一个机架也往往采用毛化辊。

电火花毛化技术因具有工艺成熟、设备可控性好、毛化粗糙度均匀、 再现性好、毛化形貌随机分布，涂装效果好、毛化效率高等优点，因此广 泛用于轧辊表面毛化处理上。利用电火花技术对轧辊进行毛化时，电极和 轧辊被打毛的部分浸没在电介质液中，以轧辊的电势为参考零点，根据对 轧辊表面形貌的要求，电极上可以接正极性直流脉冲电压或负极性直流脉 冲电压。电介质液在一定的电压和极间间隙下呈现电绝缘性能，当两极电 压超过一定值后，电介质液被击穿电离，呈电导性，于是在电极和轧辊之 间施加一个脉冲电势差，电介质液瞬时导电，电极与轧辊之间产生一个电 火花，每个电火花在轧辊表面形成一个凹坑。电介质液是绝缘油和石墨混 合而成，其中石墨起到形成导电桥，提高放电效果的作用。

电介质液中石墨浓度需要保持一个稳定值，才能得到最良好的打毛效 果，当石墨浓度过高时，毛化后的轧辊表面粗糙度普遍偏低；相反石墨浓 度过低时，毛化后的轧辊表面粗糙度偏高，甚至可能发生电极抖动、轧辊 与电极接触划伤轧辊辊面、打毛无法进行等问题。一般电火花过程中，一 个绝缘油灌中添加一定量的石墨之后，连续使用大约24～32小时，期间， 石墨不断被消耗，导致绝缘灌使用初期和后期打毛效果不同，也即在相同 的工艺参数下，打毛后的轧辊表面粗糙度不同，对生产产生不利影响。

因此，如何使电火花过程中绝缘油灌中石墨浓度始终保持一个稳定 值，从而确保轧辊毛化效果稳定是需要尽快解决的一个难题。

中国专利CN103998927A公开了一种测量溶解在电绝缘油中的气体的 浓度的装置，具体是通过分析油中的气体浓度，评估油绝缘的变压器的绝 缘状态。其核心特征为使用了气体可透过且油不透过的隔膜的使用，该隔 膜被置于油容器和仅包含气体的测量腔之间。该发明是涉及诸如变压器或 电缆之类的油绝缘的电气设备的诊断评估的领域。

中国专利CN102713605A公开了一种用于推导电绝缘油中所溶解气体 的浓度的方法和设备，与上述中国专利CN103998927A类似，利用气可透 过且油不能透过的薄膜，介绍一部分气体到测量腔内，并在测量腔内测量 气体浓度值，同样也属于诸如变压器或电缆之类的油绝缘的电气设备的诊 断评估的领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度 测量装置及其方法，通过石墨浓度测量装置测量绝缘灌中的石墨浓度，保 证绝缘灌中的石墨浓度一直保持在稳定值，提高轧辊毛化效果及质量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置，其包括，测 量槽，其内设一绝缘油进口总管，该绝缘油进口总管上设泵及分别连接至 两绝缘油灌的两绝缘油管，绝缘油管上设控制阀；两个电极，水平设置于 设置于所述测量槽内靠近底部的位置，并分别连接电源。

进一步，所述电极中心线至测量槽底部的垂直距离为6～7mm。

优选的，所述两个电极的材质为纯铜，电极为直径10～12mm的圆柱 体。

本发明所述的轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓度测量装置的 测量方法，其包括如下步骤：

1)调整石墨浓度测量装置测量槽中两个电极之间的间隙至 0.05～0.1mm；

2)从一绝缘油灌中抽取一定量的电介质液至石墨浓度测量装置测量 槽中，抽取量为0.2～1升，在两个电极上施加电压，电压为40～100V， 使两个电极之间形成放电，石墨不断被消耗；采集放电电流及放电 时间，上述放电过程一直持续到放电电流为零为止，最后根据所采 集的电流及时间，按下式(1)测算放电过程中所做的功，其值与 绝缘油中石墨浓度是相互对应的，从而评定绝缘油中石墨浓度；

$A=V\times {\int }_0^{t}Idt---\left(1\right)$

其中：

V：放电电压，单位：伏；

I：放电电流，单位：安培；

t：放电时间，单位：秒；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳；

3)从放电过程中所做的功与石墨浓度关系得到石墨浓度计算公式 (2)：

n＝(A-33.926)/570.85(2)

其中：

n：石墨浓度，单位：％；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳。

进一步，当石墨浓度不足时，可在绝缘油灌中添加相应量的石墨，添 加的石墨量按照下式(3)计算：

添加的石墨量＝(n₁-n₀)×m/n₁(3)

其中：

n₁：绝缘油灌中目标石墨浓度，％；

n₀：石墨浓度测量装置测量的浓度，％；

m：对应石墨浓度n₁的石墨重量即绝缘灌中初始石墨添加量，Kg。

另外，步骤2)中，在两个电极上施加电压，电压为40～100V。

又，两个绝缘油灌中，一个绝缘油灌给轧辊毛化站提供电介质液工作 时，另一个绝缘油灌处于过滤状态。

本发明在绝缘油灌旁设置石墨浓度测量装置，当需要测量绝缘油灌中 石墨浓度时，通过打开石墨浓度测量装置中的泵将绝缘油灌中的电介质液 抽至石墨浓度测量装置中，每次抽取固定体积的电介质液。石墨浓度测量 装置中在两个电极之间施加一定电压，且两个电极之间的距离足够小时， 两个电极之间将会形成电桥，石墨不断被消耗；两个电极在放电时，首先 随着电桥的发生，放电电流逐渐上升，但之后随着石墨的消耗，放电电流 再逐渐下降，当绝缘油中石墨全部消耗时，放电电流也趋于零。

在放电过程中采集放电电流及放电时间，并根据所采集的放电电流及 放电时间，计算放电过程中所做的功。

石墨浓度测量装置中，从绝缘油灌中抽取固定体积的电介质液，且在 两个电极放电过程中，石墨浓度测量装置内的石墨全部消耗，因此石墨的 浓度与放电过程中所做的功之间是相互对应的，从放电过程中所做的功与 石墨浓度关系，可计算得到石墨浓度。

本发明的有益效果：

冷轧带钢生产过程中，轧辊表面粗糙度是决定带钢表面粗糙度的最为 关键的因素。轧辊表面粗糙度是通过电火花毛化过程实现的，毛化过程中 绝缘油中的石墨浓度对毛化后轧辊表面粗糙度产生很大影响，石墨浓度过 高，毛化后的轧辊表面粗糙度普遍偏低；相反石墨浓度过低时，毛化后的 轧辊表面粗糙度偏高，甚至可能发生电极抖动、轧辊与电极接触划伤轧辊 辊面、打毛无法进行等问题。一般电火花过程中，一个绝缘油灌中添加一 定量的石墨之后，连续使用大约24～32小时，期间，石墨不断被消耗，绝 缘油罐中石墨浓度发生变化，导致绝缘灌使用初期和后期打毛效果不同。

根据本发明提出的方案，在绝缘油罐旁设置本发明提出的绝缘油中石 墨浓度测量装置，可快速、方便、精确地测量绝缘油罐中石墨的浓度，并 能推算出还需添加的石墨量，使绝缘油罐中石墨浓度始终保持在一个稳定 值，从而使毛化后的轧辊粗糙度保持在稳定的范围内，保证轧辊毛化效果。

本发明中提出的绝缘油中石墨浓度测量装置及方法，其结构比较简 单，易在现场实现，只需利用泵将少量的绝缘油提取到测量槽内，并测量 槽内的两个电极施加电压，采集电流及放电时间即可换算出绝缘油罐内的 石墨浓度，其测量精度较高。本发明提出的方案，对提高轧辊毛化质量， 提高带钢表面粗糙度命中率等方面均能起到非常积极的作用。

附图说明

图1为本发明石墨浓度测量装置的结构示意图。

图2为利用本发明方法测量的石墨浓度与放电过程中所做的功之间的 关系图。

图3为本发明实施例中放电电流采集图。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明的一种轧辊电火花毛化过程中绝缘油中石墨浓 度测量装置，其包括，测量槽1，其内设一绝缘油进口总管2，该绝缘油 进口总管2上设泵3及分别连接至两绝缘油灌4、5的两绝缘油管41、51， 绝缘油管41、51上设控制阀F1、F2；两个电极6、7，水平设置于所述测 量槽1内靠近底部的位置，并分别连接电源。

进一步，所述电极6、7中心线至测量槽1底部的垂直距离为6～7mm。

所述两个电极6、7的材质为纯铜，电极为直径10～12mm的圆柱体。

结合图1及图2，本发明测量步骤如下：

1)调整石墨浓度测量装置测量槽中两个电极之间的间隙至 0.05～0.1mm；

2)从一绝缘油灌中抽取一定量的电介质液至石墨浓度测量装置测量 槽中，抽取量为0.2～1升，在两个电极上施加电压，电压为40～100V， 使两个电极之间形成放电，石墨不断被消耗；采集放电电流及放电 时间，上述放电过程一直持续到放电电流为零为止，最后根据所采 集的电流及时间，按下式(1)测算放电过程中所做的功，其值与 绝缘油中石墨浓度是相互对应的，从而评定绝缘油中石墨浓度；

$A=V\times {\int }_0^{t}Idt---\left(1\right)$

其中：

V：放电电压，单位：伏；

I：放电电流，单位：安培；

t：放电时间，单位：秒；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳；

3)石墨浓度测量装置中，从绝缘油灌中抽取固定体积的电介质液，且 在两个电极放电过程中，石墨浓度测量装置内的石墨全部消耗，因 此石墨的浓度与放电过程中所做的功之间是相互对应的，如图2为 实际测量的石墨浓度与放电过程中所做的功之间的关系；从放电过 程中所做的功与石墨浓度关系得到石墨浓度计算公式(2)：

n＝(A-33.926)/570.85(2)

其中：

n：石墨浓度，单位：％；

A：放电过程中所做的功，单位：焦耳。

进一步，当石墨浓度不足时，可在绝缘油灌中添加相应量的石墨，添 加的石墨量按照下式(3)计算：

添加的石墨量＝(n₁-n₀)×m/n₁(3)

其中：

n₁：绝缘油灌中目标石墨浓度，％；

n₀：石墨浓度测量装置测量的浓度，％；

m：对应石墨浓度n₁的石墨重量即绝缘灌中初始石墨添加量，Kg。

实施例

以绝缘油灌内的石墨目标浓度为1.2％、绝缘油灌中添加8公斤石墨时 浓度为1.2％的情况为例，具体实施方式如下：

轧辊电火花毛化设备在毛化轧辊时，绝缘油灌4给轧辊打毛站100供 电介质液，而绝缘油灌5处于过滤状态，按照一般情况，绝缘油灌使用32 小时，但实际生产时绝缘油灌使用10小时左右后，在打毛粗糙度为1.6μm 轧辊时，发生电极经常抖动、电极短路等情况。

利用本发明的石墨浓度测量装置，从绝缘油灌4中抽取0.5升的电介 质液，调整石墨浓度测量装置中两个电极6、7之间的间距，使其间距为 0.1mm；其次给两个电极6、7提供48V的电源，两个电极6、7在电压的 作用下，逐渐形成电桥并放电，放电过程中采集放电电流及放电时间。

所采集的放电过程中的放电电流及时间关系如图3所示，放电一直持 续至第684秒即放电电流趋于零为止。

根据所采集的放电电流及时间计算放电过程中所做的功：

$A=V\times {\int }_0^{t}Idt=48\times {\int }_0^{684}Idt=48\times 12.406=595.488$(焦耳)

因此，根据公式(2)可以得到石墨的浓度为：

n＝(A-33.926)/570.85＝(595.488-33.926)/570.85＝0.9837％

也即绝缘油灌4使用大约10小时之后，因石墨不断被消耗，绝缘油 灌4内的石墨浓度仅为0.9837％，与目标值1.2％相差较大，为了保证毛化 效果，在绝缘油灌4中添加一定量的石墨，其添加的石墨量按照公式(3) 计算：

添加石墨量＝(n₁-n₀)×8/n₁＝1.4418Kg。

根据本发明中提出的方法，可以实时监控轧辊毛化过程中，绝缘油灌 内的石墨浓度变化，当石墨浓度不足时，可以精确补充相应量的石墨，确 保绝缘油灌内石墨浓度始终处于稳定值，从而提高轧辊毛化效果，对提高 轧辊毛化效果、提高轧辊毛化粗糙度命中率等方面具有广阔的应用前景。