鎢錸熱電偶鋼水連續(xù)測溫實用技術(shù)

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)用井取代鉑銠熱電偶進(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: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，可測范圍寬(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(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)測溫關(guān)鍵
　　鋼水連續(xù)測溫是一項難度很大的前沿，鎢錸熱電偶的應(yīng)用，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,在使用過程中，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)
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一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觖點: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
(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。金屬陶瓷管，具有以下特性:
①測溫靈敏度高、滯后時間小于30 s。
　　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。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30 s。
②金屬陶瓷保護(hù)管抗熱震效果好試驗表明，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
　　Cr2O3 熔點高(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(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
　　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1.0 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，測溫靈敏，也便于熱電偶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)諞差在±5℃以內(nèi)。此補正功能的重要作用，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1萬用表(精密4位半，分辨率:1/100mV),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，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。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。
　　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初始漯移。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)勢加之防氧化已得到解決，以及相關(guān)的實用的開發(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)測溫，將會取得明顯的經(jīng)濟(jì)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)實用的應(yīng)用，對深入開發(fā)鋼水連續(xù)測溫，經(jīng)濟(jì)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。