鎢錸熱電偶鋼水連續(xù)測(cè)溫實(shí)用技術(shù)

摘要：鎢錸熱電偶用于鋼水連續(xù)測(cè)溫的開發(fā)前景:闡明其推廣應(yīng)用井取代鉑銠熱電偶進(jìn)行連續(xù)測(cè)溫的五個(gè)關(guān)鍵向題:動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間,、精度,，穩(wěn)定性,、使用壽命及綜合的實(shí)用性能特別是與之相關(guān)的實(shí)用:以及所研制的鎢錸熱電偶連續(xù)測(cè)溫專用儀表的特殊補(bǔ)正功能:
1.前言
1.1鎢錸熱電偶的開發(fā)優(yōu)勢(shì)
　　鎢錸熱電偶具有耐高溫,，熱電勢(shì)大,，熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系好,，熱穩(wěn)定性好,，價(jià)格便宜，可測(cè)范圍寬(0~2000℃)等特點(diǎn),，并適合于真空,、還原和隋性氣氛中測(cè)溫。近年來,，隨著鎢錸偶絲防高溫氧化(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(zhǎng)期使用,。況且,，當(dāng)前本來昂貴的鉑銠熱電偶絲價(jià)格日益猛漲，安全管理也極為困難,，迫切需要用廉價(jià),、實(shí)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(cè)溫關(guān)鍵
　　鋼水連續(xù)測(cè)溫是一項(xiàng)難度很大的前沿,，鎢錸熱電偶的應(yīng)用,，用于生產(chǎn)實(shí)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(gè)關(guān)鍵向題。其一,，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間(測(cè)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(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘,，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，無法使用;其二,，測(cè)溫精度,。這是測(cè)溫的最關(guān)鍵所在，為了保證測(cè)溫的精度，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(cè)溫方式的選擇等;其三,，穩(wěn)定性,。熱電偶在測(cè)溫過程，其測(cè)溫值要與對(duì)應(yīng)的分度表保持相對(duì)的穩(wěn)定,，如果隨時(shí)間的延長(zhǎng)兩者的偏離值過大,就失去了它的使用價(jià)值;其四,使用壽命。如果壽命短,，造成成本增加,，同樣沒有實(shí)用價(jià)值;其五，綜合的實(shí)用性,。前四個(gè)關(guān)鍵的解決與綜合實(shí)用性直接相關(guān);除此之外鎢錸熱電偶還要便于定期檢測(cè),在使用過程中,，由于種種原因造成熱電勢(shì)的變化所帶來測(cè)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(cè),。
2.鎢錸熱電偶鋼水連續(xù)測(cè)溫的主要相關(guān)
2.1浮漂式鋼水連續(xù)測(cè)溫
　　浮漂式鋼水連續(xù)測(cè)溫是一種新穎的簡(jiǎn)而易行的鋼水連續(xù)測(cè)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(cè)溫?zé)犭娕贾糜诮饘偬沾赏獗Ｗo(hù)管內(nèi)并通過補(bǔ)償導(dǎo)線與測(cè)溫儀表相連接實(shí)現(xiàn)鋼水連續(xù)測(cè)溫,，采用浮漂式鋼水連續(xù)測(cè)溫具有很多優(yōu)點(diǎn),。
 
(1)測(cè)溫正確。它是用同一個(gè)測(cè)溫探頭.連續(xù)定深地測(cè)定鋼水溫度,，從而消除了快速熱電偶因插入深淺不一等因素而造成的測(cè)溫偏差,。因此，浮漂式鋼水連續(xù)測(cè)溫正確,，穩(wěn)定性好,、而且，由于溫度值連續(xù)測(cè)定和顯示,便于精煉鋼包或中間包調(diào)溫過程鋼水溫度實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)過程自動(dòng)控制,。
(2)連續(xù)測(cè)溫探頭使用壽命長(zhǎng),。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(cè)溫?zé)犭娕佳b配故名思意,，熱電偶測(cè)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(dú)取出,，具有如下優(yōu)點(diǎn):
 
(1)提高測(cè)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(dú)更換,，避免了實(shí)體型熱電偶因個(gè)別部件損壞而導(dǎo)致整體報(bào)廢的情況;
(2)實(shí)用性強(qiáng),。當(dāng)它用于爐窯連續(xù)測(cè)溫時(shí)可將外保護(hù)裝置埋入測(cè)溫點(diǎn)的爐襯內(nèi),熱電偶在使用過程中可以定期抽出檢測(cè)或更換，消除了實(shí)體型熱電偶難以從爐襯里拔出檢測(cè)的觖點(diǎn):當(dāng)用于鋼水浮漂式連續(xù)測(cè)溫時(shí)，可將外保護(hù)裝置改變?yōu)楦∑綔y(cè)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(cè)溫,，簡(jiǎn)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
(1)連續(xù)測(cè)溫?zé)犭娕冀饘偬沾赏獗Ｗo(hù)管
　　為了能將鋼水的溫度信號(hào)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。金屬陶瓷管,，具有以下特性:
①測(cè)溫靈敏度高,、滯后時(shí)間小于30 s。
　　測(cè)溫滯后時(shí)間的長(zhǎng)短是衡量測(cè)溫效果好壞的關(guān)鍵標(biāo)志,。所研制的金屬陶瓷管,，以導(dǎo)熱性能良好的金屬材料Mo為主體、以Al2O3為陶瓷相并摻加少量其它材料Cr2O3均勻混合.在等靜樂機(jī)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(qiáng)度高、密度大,、耐磨,、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。為了使測(cè)溫更加靈敏,、制品壁厚僅為3.5mm,。實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)試驗(yàn)表明,在1500~1700℃的范圍內(nèi)測(cè)溫,溫度滯后時(shí)間不大于30 s。
②金屬陶瓷保護(hù)管抗熱震效果好試驗(yàn)表明,，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(qiáng)
　　Cr2O3 熔點(diǎn)高(2265℃),它與Al2Os屬同晶系并能形成連續(xù)固溶體，添加一定量的Cr2O3能阻止Al2O,晶粒長(zhǎng)大,。提高制品的密度和強(qiáng)度,。因此，控制Cr2O3的加入量能使固溶體(Cr2O3- AI2O3)的密度和強(qiáng)度達(dá)到最佳值”,，有效改善其抗高溫蝕損能力,。采用Al2O3中性材料制作的金屬陶瓷管，對(duì)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(qiáng),，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(shí)用
　　在試驗(yàn)初期,。分體組裝式鋼水連續(xù)測(cè)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M(fèi)o為基的薄壁（厚度為1.0 mm）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(cè)溫靈敏，也便于熱電偶使用過程的定期檢測(cè),。
2.4鋼水及爐窯連續(xù)測(cè)溫專用儀表
　　鎢錸熱電偶連續(xù)測(cè)溫儀表功能齊全,，其主機(jī)是以單片微機(jī)為機(jī)芯，兼有遠(yuǎn)程顯示,，連續(xù)測(cè)溫曲線打印記錄,，上、下極限設(shè)定及越限報(bào)警,，斷偶報(bào)警,掉電保護(hù),，年,、月,、日、時(shí),、分顯示,，抗千擾能力強(qiáng)等功能，并有與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出接口,，還有特殊的溫度偏移值補(bǔ)正功能,，保證測(cè)溫系統(tǒng)諞差在±5℃以內(nèi)。此補(bǔ)正功能的重要作用,，以下例說明;
其一,，1993年11月14日。用宜川熱電偶廠所提供的W-3Re/W- -25Re熱電偶(內(nèi)保護(hù)管里充填專用防氧化粉劑},將它插入裝有70kg熔鋼的100kW中頻感應(yīng)爐里,，插入鋼水深度為100 mm,，所研制的鎢錸熱電偶專用連續(xù)測(cè)溫儀表，通過補(bǔ)償導(dǎo)線與鎢錸熱電偶相連,。為對(duì)比分析,，在線路中接有1萬用表(精密4位半，分辨率:1/100mV),試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表1,。鎢錸偶測(cè)得的熱電勢(shì)查相應(yīng)的分度表的溫度值,，與測(cè)溫儀表所顯示溫度值對(duì)照，在1500~1670℃范圍內(nèi)正偏差4~8℃.如果采用專用儀表的補(bǔ)正功能,其偏差為±2℃,，補(bǔ)正后的溫度值達(dá)到滿意的精度,，很有實(shí)用價(jià)值,。
其二，更重要的是,，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(cè)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(bǔ)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(duì)于鎢錸熱電偶使用過程中定期檢驗(yàn)溫度值與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的偏差也具有有效的補(bǔ)正功能,，使其在某一個(gè)時(shí)間階段內(nèi)使用,，不會(huì)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(cè)裝置的開發(fā)
　　為配合用鎢錸熱電偶連續(xù)測(cè)溫的推廣應(yīng)用,，檢測(cè)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,。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(cè)溫用鎢錸熱電偶的穩(wěn)定化退火處理,，熱電偶熱點(diǎn)的消除應(yīng)力退火，并能檢測(cè)鎢錸熱電偶的熱穩(wěn)定值,。
　　用于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(shì)初始漯移。這是因?yàn)殒u錸合金絲在拉拔過程中,，它的縱斷面呈纖維狀組織,，強(qiáng)度和硬度均很高，應(yīng)力分布不均勻,，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間和溫度退火,，使其硬度和強(qiáng)度逐漸降低，顯微組織發(fā)生明顯的變化,，其熱電勢(shì)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(shì)漯移甚微。另外,，鎢錸熱電偶熱點(diǎn)氬弧焊接后的退火也相當(dāng)重要,，這是因?yàn)樵跉寤〉母邷叵潞附拥逆u錸偶的熱點(diǎn)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(shì)大、測(cè)溫靈敏,、熱電勢(shì)與溫度線性關(guān)系好,、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,、價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)加之防氧化已得到解決，以及相關(guān)的實(shí)用的開發(fā)成功,，使其推廣應(yīng)用并取代鉑銠熱電偶進(jìn)行工業(yè)妒窯連續(xù)測(cè)溫,，將會(huì)取得明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。浮漂式鋼水連續(xù)測(cè)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(cè)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(cè)溫專用儀表的特殊補(bǔ)正功能等相關(guān)實(shí)用的應(yīng)用，對(duì)深入開發(fā)鋼水連續(xù)測(cè)溫,，經(jīng)濟(jì)有效,、正確靈敏地進(jìn)行測(cè)溫將會(huì)起到不可忽視作用，具有相當(dāng)大的開發(fā),、應(yīng)用前景,。