鎢錸熱電偶鋼水連續測溫實(shí)用技術(shù)

摘要：鎢錸熱電偶用于鋼水連續測溫的開(kāi)發(fā)前景:闡明其推廣應用井取代鉑銠熱電偶進(jìn)行連續測溫的五個(gè)關(guān)鍵向題:動(dòng)態(tài)響應時(shí)間、精度，穩定性、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測溫專(zhuān)用儀表的特殊補正功能:
1.前言
1.1鎢錸熱電偶的開(kāi)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(xiàn)性關(guān)系好，熱穩定性好，價(jià)格便宜，可測范圍寬(0~2000℃)等特點(diǎn)，并適合于真空、還原和隋性氣氛中測溫。近年來(lái)，隨著(zhù)鎢錸偶絲防高溫氧化(如采用偶絲防氧化涂層，抽真空密封保護的防氧化,偶絲密封于充有保護氣體的保護管內,保護管內充填專(zhuān)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(cháng)期使用。況且，當前本來(lái)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(lái)替代。
1.2采用鎢錸熱電偶鋼水連續測溫關(guān)鍵
　　鋼水連續測溫是一項難度很大的前沿，鎢錸熱電偶的應用，用于生產(chǎn)實(shí)際成為可能。但是，推廣應用鎢錸熱電偶，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)響應時(shí)間(測溫的靈敏度)。過(guò)去由于熱電偶保護管選材和偶的組裝尺寸不當，導熱性能差，致使溫變滯后時(shí)間長(cháng)達數分鐘，即動(dòng)態(tài)響應時(shí)間長(cháng)，無(wú)法使用;其二，測溫精度。這是測溫的最關(guān)鍵所在，為了保證測溫的精度，還必須注意偶絲的質(zhì)量、保護管的選材、熱電偶的組裝、測溫方式的選擇等;其三，穩定性。熱電偶在測溫過(guò)程，其測溫值要與對應的分度表保持相對的穩定，如果隨時(shí)間的延長(cháng)兩者的偏離值過(guò)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(méi)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,在使用過(guò)程中，由于種種原因造成熱電勢的變化所帶來(lái)測溫偏差也越來(lái)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測溫的主要相關(guān)
2.1浮漂式鋼水連續測溫
　　浮漂式鋼水連續測溫是一種新穎的簡(jiǎn)而易行的鋼水連續測溫裝置(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管,浮漂靠配重使金屬陶瓷管下部插入鋼水一定深度,測溫熱電偶置于金屬陶瓷外保護管內并通過(guò)補償導線(xiàn)與測溫儀表相連接實(shí)現鋼水連續測溫，采用浮漂式鋼水連續測溫具有很多優(yōu)點(diǎn)。
 
(1)測溫正確。它是用同一個(gè)測溫探頭.連續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一等因素而造成的測溫偏差。因此，浮漂式鋼水連續測溫正確，穩定性好、而且，由于溫度值連續測定和顯示,便于精煉鋼包或中間包調溫過(guò)程鋼水溫度實(shí)現計算機過(guò)程自動(dòng)控制。
(2)連續測溫探頭使用壽命長(cháng)。在正常情況下探頭在1500~1700℃的鋼水里可連續工作10h以上。
2.2分體組裝連續測溫熱電偶裝配故名思意，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裝置里，也可以單獨取出，具有如下優(yōu)點(diǎn):
 
(1)提高測溫探頭綜合使用壽命。一旦熱電偶發(fā)生故障,或者外保護裝置侵蝕薄弱, .都可以單獨更換，避免了實(shí)體型熱電偶因個(gè)別部件損壞而導致整體報廢的情況;
(2)實(shí)用性強。當它用于爐窯連續測溫時(shí)可將外保護裝置埋入測溫點(diǎn)的爐襯內,熱電偶在使用過(guò)程中可以定期抽出檢測或更換，消除了實(shí)體型熱電偶難以從爐襯里拔出檢測的觖點(diǎn):當用于鋼水浮漂式連續測溫時(shí)，可將外保護裝置改變?yōu)楦∑綔y溫探頭的結構、將熱電偶插入浮漂探頭內即可進(jìn)行鋼水浮漂式連續測溫，簡(jiǎn)便、靈活、適用。
2.3熱電偶金屬陶瓷外保護管及難熔金屬內保護管的應用
(1)連續測溫熱電偶金屬陶瓷外保護管
　　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測溫靈敏度高、滯后時(shí)間小于30 s。
　　測溫滯后時(shí)間的長(cháng)短是衡量測溫效果好壞的關(guān)鍵標志。所研制的金屬陶瓷管，以導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(lè )機的高壓作用下成型.在.1800℃以上的高溫下焙燒而成。它不僅導熱性良好、而且有強度高、密度大、耐磨、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)。為了使測溫更加靈敏、制品壁厚僅為3.5mm。實(shí)驗室和工業(yè)試驗表明,在1500~1700℃的范圍內測溫,溫度滯后時(shí)間不大于30 s。
②金屬陶瓷保護管抗熱震效果好試驗表明，反復從1500~ 1700℃的鋼水中取出和插入達10次以上不炸裂。
③抗蝕損能力強
　　Cr2O3 熔點(diǎn)高(2265℃),它與Al2Os屬同晶系并能形成連續固溶體，添加一定量的Cr2O3能阻止Al2O,晶粒長(cháng)大。提高制品的密度和強度。因此，控制Cr2O3的加入量能使固溶體(Cr2O3- AI2O3)的密度和強度達到最佳值”，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，對于出鋼脫氧后浮于鋼水面上的低堿度(R=1.0左右)熔渣來(lái)說(shuō)、其抗侵蝕的能力較強，遠遠優(yōu)于用MgO堿性材料制作的金屬陶瓷管的抗渣侵能力。
(2)熱電偶內保護管實(shí)用
　　在試驗初期。分體組裝式鋼水連續測溫熱電偶下部所用的內保護管是剛玉質(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1.0 mm）細管(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,而且導熱良好，測溫靈敏，也便于熱電偶使用過(guò)程的定期檢測。
2.4鋼水及爐窯連續測溫專(zhuān)用儀表
　　鎢錸熱電偶連續測溫儀表功能齊全，其主機是以單片微機為機芯，兼有遠程顯示，連續測溫曲線(xiàn)打印記錄，上、下極限設定及越限報警，斷偶報警,掉電保護，年、月、日、時(shí)、分顯示，抗千擾能力強等功能，并有與計算機聯(lián)網(wǎng)的標準信號輸出接口，還有特殊的溫度偏移值補正功能，保證測溫系統諞差在±5℃以?xún)?。此補正功能的重要作用，以下例說(shuō)明;
其一，1993年11月14日。用宜川熱電偶廠(chǎng)所提供的W-3Re/W- -25Re熱電偶(內保護管里充填專(zhuān)用防氧化粉劑},將它插入裝有70kg熔鋼的100kW中頻感應爐里，插入鋼水深度為100 mm，所研制的鎢錸熱電偶專(zhuān)用連續測溫儀表，通過(guò)補償導線(xiàn)與鎢錸熱電偶相連。為對比分析，在線(xiàn)路中接有1萬(wàn)用表(精密4位半，分辨率:1/100mV),試驗所得數據如表1。鎢錸偶測得的熱電勢查相應的分度表的溫度值，與測溫儀表所顯示溫度值對照，在1500~1670℃范圍內正偏差4~8℃.如果采用專(zhuān)用儀表的補正功能,其偏差為±2℃，補正后的溫度值達到滿(mǎn)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，當達到熱穩定溫度后，所測溫度與標準溫度值之差值基本恒定，這一恒定值也可以通過(guò)專(zhuān)用儀表的軟件補正使其達到接近標準值的正確溫度。
其三，該專(zhuān)用儀表對于鎢錸熱電偶使用過(guò)程中定期檢驗溫度值與標準信號的偏差也具有有效的補正功能，使其在某一個(gè)時(shí)間階段內使用，不會(huì )出現嚴重的溫度偏差。
 
2.5鎢錸熱電偶高溫穩定化退火及檢測裝置的開(kāi)發(fā)
　　為配合用鎢錸熱電偶連續測溫的推廣應用，檢測鎢錸偶高溫熱穩定性及鎢錸熱電偶穩定化退火處理設備。鉻酸鑭高溫爐，該設備有正確的溫控設備控溫，適合于高溫段連續測溫用鎢錸熱電偶的穩定化退火處理，熱電偶熱點(diǎn)的消除應力退火，并能檢測鎢錸熱電偶的熱穩定值。
　　用于鎢錸熱電偶的鎢錸合金絲事先必須進(jìn)行穩定化退火處理，消除熱電偶的熱電勢初始漯移。這是因為鎢錸合金絲在拉拔過(guò)程中，它的縱斷面呈纖維狀組織，強度和硬度均很高，應力分布不均勻，經(jīng)過(guò)適當時(shí)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，其熱電勢值也達到穩定狀態(tài)。退火溫度要適當高于使用溫度才能使鎢錸熱電偶在使用過(guò)程中熱電勢漯移甚微。另外，鎢錸熱電偶熱點(diǎn)氬弧焊接后的退火也相當重要，這是因為在氬弧的高溫下焊接的鎢錸偶的熱點(diǎn)焊.后脫離高溫區立即冷卻下來(lái)，產(chǎn)生很大的熱應力，使用過(guò)程中容易脆斷，因此也須進(jìn)行相應的退火，消除熱應力。
3.結語(yǔ)
　　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(xiàn)性關(guān)系好、優(yōu)良的熱穩定性、價(jià)格便宜的優(yōu)勢加之防氧化已得到解決，以及相關(guān)的實(shí)用的開(kāi)發(fā)成功，使其推廣應用并取代鉑銠熱電偶進(jìn)行工業(yè)妒窯連續測溫，將會(huì )取得明顯的經(jīng)濟和社會(huì )效益。浮漂式鋼水連續測溫探頭及分體組裝式熱電偶結構，所開(kāi)發(fā)的鋼水連續測溫用金屬陶瓷外保護管及難熔金屬防氧化內保護管，以及鎢錸偶連續測溫專(zhuān)用儀表的特殊補正功能等相關(guān)實(shí)用的應用，對深入開(kāi)發(fā)鋼水連續測溫，經(jīng)濟有效、正確靈敏地進(jìn)行測溫將會(huì )起到不可忽視作用，具有相當大的開(kāi)發(fā)、應用前景。