鎢錸熱電偶在空氣中的熱電動勢穩(wěn)定性

摘要：鎢錸熱電偶用于鋼水連續(xù)測溫的開發(fā)前景:闡明其推廣應(yīng)用取代鉑銠熱電偶進(jìn)行連續(xù)測溫的五個關(guān)鍵向題:動態(tài)響應(yīng)時間,、精度，穩(wěn)定性,、使用壽命及綜合的實用性能.特別是與之相關(guān)的實用技術(shù);以及所研制的鎢錸熱電偶連續(xù)測溫專用儀表的特殊補正功能.
1.前言
1.1鎢錸熱電偶的開發(fā)優(yōu)勢
　　鎢錸熱電偶具有耐高溫，熱電勢大,，熱電勢與溫度的線性關(guān)系好,，熱穩(wěn)定性好，價格便宜,，可測范閨寬(0~2000℃)等特點,，并適合于真空、還原和隋性氣氛中測溫,。近年來,，隨著鎢錸偶絲防高溫氧化技術(shù)(如采用偶絲防氧化涂層，抽真空密封保護(hù)的防氧化.偶絲密封于充有保護(hù)氣體的保護(hù)管內(nèi),保.護(hù)管內(nèi)充填專用粉劑等)的不斷發(fā)展與完善,，使鎢錸熱電偶在氧化氣氛中亦可長期使用,。況且，當(dāng)前本來昂貴的鉑銠熱電偶絲價格日益猛漲,，安全管理也極為困難,，迫切需要用廉價、實用的鎢錸熱電偶來替代,。
1.2采用鎢錸熱電偶鋼水連續(xù)測溫的技術(shù)關(guān)鍵.
　　鋼水連續(xù)測溫是一項難度很大的前沿技術(shù),，鎢錸熱電偶的應(yīng)用，使這項技術(shù)用于生產(chǎn)實際成為可能,。但是,，推廣應(yīng)用鎢錸熱電偶，還必須解決以下人們所關(guān)注的五個關(guān)鍵向題,。其一,，動態(tài)響應(yīng)時間(測溫的靈敏度)。過去由于熱電偶保護(hù)管選材和偶的組裝尺寸不當(dāng),，導(dǎo)熱性能差,，致使溫變滯后時間長達(dá)數(shù)分鐘，即動態(tài)響應(yīng)時間長,，無法使用;其二,，測溫精度。這是測溫的最關(guān)鍵所在,，為了保證測溫的正確度,，還必須注意偶絲的質(zhì)量,、保護(hù)管的選材、熱電偶的組裝,、測溫方式的選擇等:其三,，穩(wěn)定性。熱電偶在測溫過程,，其測溫值要與對應(yīng)的分度表保持相對的穩(wěn)定,，如果隨時間的延長兩者的偏離值過大,就失去了它的使用價值:其四，使用壽命,。如果壽命短,，造成成本增加，同樣沒有實用價值;其五,，綜合的實用性,。前四個技術(shù)關(guān)鍵的解決與綜合實用性直接相關(guān);除此之外.鎢錸熱電偶還要便于定期檢測,在用過程中，由于種種原因造成熱電勢的變化所帶來測溫偏差也越來越大,，因此鎢錸偶安裝及外徑尺寸要便于定期檢測,。
2.鎢錸熱電偶鋼水連續(xù)測溫的主要相
關(guān)技術(shù)
2.1浮漂式鋼水連續(xù)測溫
　　浮漂式鋼水連續(xù)測溫是一種新穎的簡而易行的鋼水連續(xù)測溫裝置(如圖1)，用抗渣浸的耐火材料作成浮漂,，其密度介于鋼渣之間在浮漂的下方安裝有金屬陶瓷保護(hù)管,浮漂靠配重使金屬陶瓷管下部插入鋼水一定深度,測溫?zé)犭娕贾糜诮饘偬沾赏獗Ｗo(hù)管內(nèi)并通過補償導(dǎo)線與測溫儀表相連接實現(xiàn)鋼水連續(xù)測溫,，采用浮漂式鋼水連續(xù)測溫技術(shù)具有很多優(yōu)點。
 
(1)測溫正確,。它是用同一個測溫探頭.連續(xù)定深地測定鋼水溫度,，從而消除了快速熱電偶因插入深淺不--等因素而造成的測溫偏差。因此,，浮漂式鋼水連續(xù)測溫正確,，穩(wěn)定性好、而且,，由于溫度值連續(xù)測定和顯示,便于精煉鋼包或中間包調(diào)溫過程鋼水溫度實現(xiàn)計算機過程自動控制。
(2)連續(xù)測溫探頭使用壽命長,。在正常情況下探頭在1500~1700℃的鋼水里可連續(xù)工作10h以上,。
 
2.2分體組裝連續(xù)測溫?zé)犭娕佳b配技術(shù)故名思意，熱電偶測溫探頭是采用分體組裝而成的,。如圖2所示,。它可以將熱電偶插入外保護(hù)裝置里，也可以單獨取出,、具有如下優(yōu)點:
(1)提高測溫探頭綜合使用壽命,。一旦熱電偶發(fā)生故障,或者外保護(hù)裝置侵蝕薄弱,.都可以單獨更換，避免了實體型熱電偶因個別部件損壞而導(dǎo)致整體報廢的情況;
(2)實用性強,。當(dāng)它用于爐窯連續(xù)測溫時可將外保護(hù)裝置埋入測溫點的爐襯內(nèi),熱電偶在使用過程中可以定期抽出檢測或更換,，消除了實體型熱電偶難以從爐襯里拔出檢測的缺點:當(dāng)用于鋼水浮漂式連續(xù)測溫時,，可將外保護(hù)裝置改變?yōu)楦∑綔y溫探頭的結(jié)構(gòu)、將熱電偶插入浮漂探頭內(nèi)即可進(jìn)行鋼水浮漂式連續(xù)測溫,，簡便,、靈活、適用,。
2.3熱電偶金屬陶瓷外保護(hù)管及難熔金屬內(nèi)保護(hù)管的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)
(1)連續(xù)測溫?zé)犭娕冀饘偬沾赏獗Ｗo(hù)管為了能將鋼水的溫度信號迅速正確地取出送入二次儀表.其關(guān)鍵部件是熱電偶外的保護(hù)管,要求其具有耐高溫.抗鋼渣熔蝕,、耐沖刷、抗熱震性好等特性,。東北大學(xué)自行研制“1)的MC3G型金屬陶瓷管,，具有以下特性:
①測溫靈敏度高，滯后時間小于30s,。
　　測溫滯后時間的長短是衡量測溫效果好壞的關(guān)鍵標(biāo)志,。金屬陶瓷管，以導(dǎo)熱性能良好的金屬材料Mo為主體,、以Al2O,為陶瓷相并摻加少量其它材料Cr2O3.均勻混合.在等靜樂機的高壓作用下成型.在1800℃以上的高溫下焙燒而成,。它不僅導(dǎo)熱性良好、而且有強度高,、密度大,、耐磨、耐高溫等優(yōu)點,。為了使測溫更加靈敏,、制品壁厚僅為3.5mm。實驗室和工業(yè)試驗表明,，在1500~1700℃的范圍內(nèi)測溫,，溫度滯后時間不大于30s.
②金屬陶瓷保護(hù)管抗熱震效果好
　　反復(fù)從1500~1700℃的鋼水.中取出和插入達(dá)10次以上不炸裂。
③抗蝕損能力強
　　Cr2O3熔點高(2265C),它與Al2Os屬同晶系并能形成連續(xù)固溶體,，添加一定量的Cr2Os能阻止Al2Os晶粒長大,，提高制品的密度和強度。因此,，控制Cr2Os的加入量能使固溶體(Cr2O3-Al2O3)的密度和強度達(dá)到佳值,，有效改善其抗高溫蝕損能力。采用Al2O:中性材料制作的金屬陶瓷管,，對于出鋼脫氧后浮于鋼水面上.的低堿度(R=1.0左右)熔渣來說,，其抗侵蝕的能力較強，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于用MgO堿性材料制作的金屬陶瓷管的抗渣侵能力,。
(2)熱電偶內(nèi)保護(hù)管實用開發(fā)
　　在試驗初期,。分體組裝式鋼水連續(xù)測溫?zé)犭娕枷虏克玫膬?nèi)保護(hù)管是剛玉質(zhì)的，其抗熱震性較差,，易脆斷,，后研制成以難熔金屬Mo為基的薄壁(厚度為1.0mm)細(xì)管(φ8),，經(jīng)防氧化處理后，其使用性能大大改善,不僅耐高溫,、抗熱震,溫度激變不脆斷,，而且導(dǎo)熱良好，測溫靈敏,，也便于熱電傌使.用過程的定期檢測,。
2.4鋼水及爐窯連續(xù)測溫專用儀表
　　鎢錸熱電偶連續(xù)測溫專用儀表功能齊全，其主機是以單片微機為機芯,，兼有遠(yuǎn)程顯示,，連續(xù)測溫曲線打印記錄，上,、下極限設(shè)定及越限報警,，斷偶報警,掉電保護(hù),年、月,、日,、時、分顯示,，抗千擾能力強等功能,，并有與計算機聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)信號輸出接口，還有特殊的溫度偏移值補正功能,，保證測溫系統(tǒng)偏差在±5℃以內(nèi),。此補正功能的重要作用，以下例說明;
其一,，用W-3Re/W--25Re熱電偶(內(nèi)保護(hù)管里充填專用防氧化粉劑),，將它插人裝有70kg熔鋼的100kW中頻感應(yīng)爐里,插入鋼水深度為100mm,所研制的鎢錸熱電偶專用連續(xù)測溫儀表，通過補償導(dǎo)線與鎢錸熱電偶相連,。為對比分析,，在線路中接有萬用表(精密4位半,分辨率1/100;mV),試驗所得數(shù)據(jù)如表1。鎢錸偶測得的熱電勢查相應(yīng)的分度表的溫度值,，與測溫儀表所顯示溫度值對照,，在1500~1670℃范圍內(nèi)正偏差4~8℃。如果采用專用儀表的補正功能,其偏差為±2℃,，補正后的溫度值達(dá)到滿意的精度，很有實用價值,。
其二,，更重要的是，試驗發(fā)現(xiàn),，鎢錸熱電偶由于受其材質(zhì)均勻度所限,，當(dāng)達(dá)到熱穩(wěn)定溫度后,，所測溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度值之差值基本恒定，這一恒定值也可以通過專用儀表的.軟件補正,使其達(dá)到接近標(biāo)準(zhǔn)值的正確溫度,。
其三,，該專用儀表對于鎢錸熱電偶使用過程中定期檢驗溫度值與標(biāo)準(zhǔn)信號的偏差也具有有效的補正功能，使其在某一個時間階段內(nèi)使用,，不會出現(xiàn)嚴(yán)重的溫度偏差,。
 
2.5鎢錸熱電偶高溫穩(wěn)定化退火及檢測裝置的開發(fā)
　　為配合用鎢錸熱電偶連續(xù)測溫技術(shù)的推廣應(yīng)用，檢測鎢錸偶高溫?zé)岱€(wěn)定性及鎢錸熱電偶穩(wěn)定化退火處理設(shè)備,。它是用從鉻酸鑭高溫爐,，該設(shè)備有正確的溫控設(shè)備控溫，適合于高溫段連續(xù)測溫用鎢錸熱電偶的穩(wěn)定化退火處理,，熱電偶熱點的消除應(yīng)力退火,，并能檢測鎢錸熱電偶的熱穩(wěn)定值。
　　鎢錸熱電偶的鎢錸合金絲事先必須進(jìn)行穩(wěn)定化退火處理,，消除熱電偶的熱電勢初始漂移,。這是因為鎢錸合金絲在拉拔過程中，它的縱斷面呈纖維狀組織,強度和硬度均很高,應(yīng)力分布不均勻,經(jīng)過適當(dāng)時間和溫度退火,，使其硬度和強度逐漸降低,，顯微組織發(fā)生明顯的變化，其熱電勢值也達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),。退火溫度要適當(dāng)高于使用溫度才能使鎢錸熱電偶在使用過程中熱電勢漯移甚微,。另外，鎢錸熱電偶熱點氬弧焊接后的退火也相當(dāng)重要,，這是因為在氬弧的高溫下焊接的鎢錸偶的熱點焊.后脫離高溫區(qū)立即冷卻下來,，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，使用過程中容易脆斷,，因此也須進(jìn)行相應(yīng)的退火,，消除熱應(yīng)力。
3.結(jié)語
　　鎢錸熱電偶以其耐高溫,、熱電勢大,、測溫靈敏、熱電勢與溫度線性關(guān)系好,、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,、價格便宜的優(yōu)勢加之防氧化技術(shù)已得到解決，以及相關(guān)的實用開發(fā)成功,，使其推廣應(yīng)用并取代鉑銠熱電偶進(jìn)行工業(yè)爐窯連續(xù)測溫,，將會取得明顯的經(jīng)濟和社會效益。浮漂式鋼水連續(xù)測溫探頭及分體組裝式熱電偶結(jié)構(gòu),，所開發(fā)的鋼水連續(xù)測溫用金屬陶瓷外保護(hù)管及難熔金屬防氧化內(nèi)保護(hù)管,，以及鎢錸偶連續(xù)測溫專用儀表的特殊補正功能等相關(guān)實用技術(shù)的應(yīng)用,，對深入開發(fā)鋼水連續(xù)測溫，經(jīng)濟有效,、正確靈敏地進(jìn)行測溫將會起到不可忽視作用,，具有相當(dāng)大的開發(fā)、應(yīng)用前景,。