熱電偶保護管材質(zhì)

時間：2016/8/19閱讀：6285

耐磨熱電阻/熱電偶保護管材質(zhì)

熱電偶保護管的研制：熱電偶保護管按其材質(zhì)可分為金屬、非金屬及金屬陶瓷三類。金屬材料雖然堅韌，卻不耐高溫，易受腐蝕；陶瓷則相反，耐高溫抗腐蝕，然而，質(zhì)脆強度低。為此，人們用粉末冶金的方法將金屬與陶瓷結(jié)臺，集中兩者優(yōu)點，得到了一種既耐高溫、抗腐蝕，又抗熱震、強度較高的復(fù)合材料——金屬陶瓷。新型保護管的研究，一直是高溫測試領(lǐng)域中富于挑戰(zhàn)性的課題。

表1 保護管的主要性能

陶瓷保護管：MCPT-4型(Mo-A1203-Cr2O3-Ti02)MCPT-6型(Mo-CrAl203-Cr203-TiO2-Mg0)及MCPT-3型(Mo-MgO-Cr2O3)，其主要性能見表1。此外：還開發(fā)A1203-C質(zhì)、Al2O3-Cr2O3質(zhì)等陶瓷保護管CPT型)，MPT型金屬或合金保護管等，已在國內(nèi)推廣用。

2. 高溫鹽浴爐連續(xù)測溫

通常采用接觸法直接測量高溫熔體的真實溫度，熱電偶保護管有：

a.金屬保護管

鹽浴爐測溫通常采用不銹銅管或高溫合金管。美國常用Inconel或446耐熱鋼管，使用壽命約為7～20日(約500h)。

b.金屬陶瓷管

國產(chǎn)MCPT-4型保護管(見表1)在高溫鹽浴爐中應(yīng)用；其壽命達(dá)1,400h以上(60日)經(jīng)美國現(xiàn)場使用證明，其壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過446等耐熱鋼。

3. 鋁液及鋁電解質(zhì)連續(xù)測溫

a.鋁液連續(xù)測溫

鋁液連續(xù)測溫用保護管有金屬、si3N4及Sialon等。金屬管的強度高，但壽命短，Si3N4管耐腐蝕但強度低，Sialon材料在性能上較理想。作者研制的MPT-I型合金管，用于沈陽電纜廠從意大利引進的鋁連軋生產(chǎn)線，連續(xù)使用壽命超過四個月，比引進設(shè)備中同類溫度傳感器的使用壽命提高5-6倍。

b.鋁電解質(zhì)連續(xù)測溫

鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度的連續(xù)測量，國內(nèi)外尚未找到適合的耐蝕材料，美國研制的保護管，使用壽命只有72h。國產(chǎn)MPT-2型合金管經(jīng)工業(yè)試驗表明，其壽命均過400h。

4. 間斷測溫——浸入式測溫儀的研制

新型浸人式測溫儀是由熱電偶、保護管及數(shù)字顯示儀表構(gòu)成的，已成功地用于鋁冶金及加工行業(yè)中氟化物電解質(zhì)及鋁液溫度測量，既可以間斷測溫，又能在一定時間內(nèi)連續(xù)測溫。

5. 銅液連續(xù)測溫

對于銅加工行業(yè)中銅液連續(xù)測溫用高鉻鋼管及金屬陶瓷(LT-1型)管。后者使用效果較好，但價格昂貴。作者采用金屬陶瓷作外保護管(MPCT-6型)，內(nèi)插高性能熱電偶(K型)，兩者之間充填惰性物質(zhì)，在使用過程中保護管燒成實體。該種實體型傳感器()具有如下優(yōu)點：熱電偶的熱電性能穩(wěn)定，使用壽命長，響應(yīng)速度快，安全可靠。

6. 鋼水連續(xù)測溫

關(guān)于鋼水連續(xù)測溫，目前只在帶有等離子加熱調(diào)溫裝置的連鑄中間包中試用，尚未普及。工業(yè)試驗結(jié)果表明：

a.可行性

新研制的溫度傳感器和上插安裝方式用于中間包連續(xù)測溫是可行的。

b.可靠性

連續(xù)測溫精度與傳統(tǒng)的點測方式相比，只要兩者插入位置相同，偏差在±2℃以內(nèi)。

c.實用性

	MCPT-4	MCPT-6	MCPT-3	MPT-1	MPT-2
使用溫度℃	0～1,300	0～1,300	0～1,700	0～1,000	0～1,000
使用介質(zhì)	BaC12	銅及銅合金	鐵與鋼	鋁液	冰晶石熔體
使用壽命(h)	≮1,400	≮1,000	10-20	1,400	400
抗熱震性	1,280℃5℃ 反復(fù)30次不炸裂	1,200℃15℃ 反復(fù)10次不炸裂	1,600℃15℃ 反復(fù)5次不炸裂

金屬保護管

材質(zhì)名稱牌號	長期使用溫度℃	特點
不銹鋼304	800℃	主要用于化工、食品、塑料、石油工業(yè)。耐熱、耐腐蝕性能優(yōu)良，主要用于氧化性氣氛。
不銹鋼SUS310	1035℃	主要用于發(fā)電廠鍋爐，可達(dá)980℃
不銹鋼SUS316	900℃	適用范圍與304相同，在氧化氣氛下可用于930℃。耐熱、耐酸、耐堿性能優(yōu)良。
不銹鋼SUS316L	850～1000℃	耐晶尖腐蝕性好。
不銹鋼SUS347	800℃	耐腐蝕性與SUS相同，在400～800℃連使用，也難引起脆化和晶間腐蝕。
不銹鋼446	1082℃	具有優(yōu)異的耐高溫腐蝕及抗氧化能力。主要適用于淬火、氮化和退火爐、鹽浴爐及鉛、錫、巴氏合金熔體、含硫氣氛。還可用于均熱爐鋅熔體、廢氣鍋爐、水泥窯爐等不適合于含碳?xì)夥铡?/span>
Inconel600	1000℃	在氧化性氣氛下使用溫度可到1150℃，在還原性氣氛下高使用溫度降至1040℃。在含硫氣氛下使用溫度不能超過540℃。主要用語滲碳爐、退火爐、鹽熔爐、平爐煙道、高爐熱風(fēng)管煅燒爐、玻璃窯爐
Inconel601	1200℃	使用用途同600，但高溫下抗氧化、抗硫能力強，使用溫度可達(dá)1200℃
Inconel800	1000～1100℃	在氧化性氣氛下，可用到1090℃，與600相似但不適用于氧化、氫氧化物熔體、抗硫腐蝕能力超過600型
哈氏B	760℃	適用于各種濃度及溫度的鹽酸，對硫酸、磷酸也有耐蝕性，在空氣下使用溫度為760℃
哈氏C	1000℃	可用于氧化性、還原性氣氛中，使用高溫度為1090℃870～890℃抗應(yīng)力作用、抗熱沖擊性強，具有良好的耐熱性，并對潮濕的氯氣、次氯酸水溶液等的腐蝕。抗氯化鐵、氯化銅性能優(yōu)良，在空氣中使用溫度為1000℃
鎳200	700～800℃	在還原性氧化下使用溫度為800℃，在還原性氣氛下高可用到540℃，當(dāng)有硫存在時，也不能超過540℃，主要用于鹽浴爐等
鈦	500℃	耐化學(xué)腐蝕性能較不銹鋼好，在低溫下耐蝕，尤其耐海水具有較高的熱強度，在550度下，表面形成致密的氧化膜，故不容易氧化，鈦合金強度高，高溫下強度高。對堿、海水、氯化物、鹵素氣體、硝酸等具有很好的耐蝕性。
鑄鐵	700～800℃	在氧化性氣氛下，使用溫度可達(dá)700℃，主要用于有色金屬熔體，在還原氣氛下可用到870℃
鉭	1600～2100℃	具有優(yōu)良的耐高溫性能，使用在真空氣氛，真空爐測溫。
鉑與鉑銠合合金	1600℃	耐熱性能強，可用于熔融玻璃。

非金屬保護管

材質(zhì)	特點
石英	使用溫度可達(dá)1090℃，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性能強，響應(yīng)速度快，耐酸性能好，耐堿性能能差，可透過氫及還原性氣體，用于金、銀熔體或高溫火焰測量。
莫來石（3Al₂O₃.2SiO₂）	使用溫度可達(dá)1510℃，機械強度低，抗熱震性能較強，在BaCl₂熔體中可用到1200℃，耐熔融金屬及可燃性氣體腐蝕，耐金屬氧化物及堿腐蝕性能差，應(yīng)垂直安裝，水平安裝時，要有支撐，適用于高溫陶瓷、熱處理及玻璃行業(yè)。
氧化鋁（90%）	使用溫度可達(dá)1760℃，機械強度和抗震性中等?？捎糜谡婵崭袘?yīng)爐，其它用途同莫來石。
剛玉（Al₂O₃）	在有支撐的條件下，使用溫度可達(dá)1870℃。耐熔融金屬腐蝕，氣密性好，抗熱震性能較差。適用于高溫加熱爐及各種耐火材料窯等。
碳化硅（SiC）	抗熱震、耐化學(xué)腐融性能好，熱導(dǎo)率大，高溫下變成導(dǎo)體，因氣密性不好，使用時要加不透氣的內(nèi)保護管構(gòu)成復(fù)合管。高溫氧化是影響壽命的主要問題?？捎糜诓Ａ垠w、高爐渣及有色金屬熔體。
氮化硅（Si₃N₄、BN）	使用溫度為1000℃，耐酸式鹽腐蝕，抗熱震性能優(yōu)異，機械強度低。耐有色金屬腐蝕，如鋁、黃銅、鉛、錫、鋅。還可用于化工企業(yè)及鹽浴爐。
氧化鋯（ZrO₂）	使用溫度為1900℃，在高溫下成為導(dǎo)體。耐堿、堿性碴及特殊的玻璃熔體腐蝕。
硼化鋯	使用溫度為1600℃，氣密性好，良好的導(dǎo)熱，導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性、抗熱震性能較純氧化物有所改善。
氧化鈹（BeO₂）	使用溫度為2100℃，熱傳導(dǎo)、抗熱震性能好。但有毒，在空氣、H₂、CO及真空中于1700℃以下均很穩(wěn)定。在鹵素氣體中不穩(wěn)定，有水蒸汽存在時，于1200℃蒸發(fā)。
氧化釷（ThO₂）	放射性物質(zhì)，使用溫度為2200℃，抗渣性強、高溫下在鹵素、含硫、含碳?xì)夥罩胁环€(wěn)定，高溫下低電阻。
氧化鎂（MgO）	在空氣中到1700℃仍很穩(wěn)定，高溫下，蒸汽壓大，在還原性氣氛中，使用溫度要低于1700℃，1800℃以上受鹵素及含硫氣氛腐蝕，金屬熔體腐蝕性能較氧化鋁差。
二硅化鉬（MoSi₂）	使用溫度為1600℃，抗氧化、耐高溫、抗熱震、氣密性好。在還原性氣氛及腐蝕介質(zhì)中，亦具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性。

金屬陶瓷保護管的特性

名稱	常用溫度℃	高溫度℃	特性	直徑
名稱	常用溫度℃	高溫度℃	特性	直徑
金屬陶瓷	1600	2200	抗熱震性強，適用于液態(tài)金屬，不能用于氧化性氣氛	12×6
金屬陶瓷LT-1	1300	1400	適用于非金屬熔體	28×16

金屬陶瓷保護管的主要性能

材料	熔點 ℃	特點
MgO-Mo	1400 （高連續(xù)使用溫度）	MgO基金屬陶瓷保護管，采用接力方式，150噸LD轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用，已成功實現(xiàn)全爐段連續(xù)測溫。由于含有大量的金屬鉬，很容易氧化，因此，不宜在氧化性氣氛中應(yīng)用。
72%Cr- 28%Al₂O₃	1300 （高連續(xù)使用溫度）	Cr-Al₂O₃基金屬陶瓷保護管，從1035～20℃空氣瞬時噴吹1000次而不損壞。適用于在氧化氣氛中工作。也可在含腐蝕氣體（SO₂，SO₃）的銅冶煉煙道中使用，在溫度為1200℃硫磺燃燒爐、平爐蓄熱室及水泥窯中連續(xù)使用。Cr-Al₂O₃基金屬陶瓷保護管很疏松脆弱。
30%Cr- 70%Al₂O₃	1300 （高連續(xù)使用溫度）
80%TiC- 20%Ni（I151a）	1200 （高連續(xù)使用溫度）	碳化鈦系金屬陶瓷保護管，常作硬質(zhì)合金，具有相當(dāng)高的硬度與強度，HRC值在70左右，使用溫度為600～1000℃。作為高溫耐磨熱電偶保護管，用于冶金、建材行業(yè)是很有前途的。但此類保護管目前還處于研制中，預(yù)計不久可問世。

各行業(yè)保護管材料的選用實例

工業(yè)部門	被測介質(zhì)或使用場所	被測溫度（℃）	保護管材料
冶金工業(yè)	鉛熔液	300～400	碳鋼
	錫熔液	200～300	因科內(nèi)爾合金、0Cr25Ni20
	鋅熔液	400～500	因科內(nèi)爾合金、0Cr25Ni20
	鋁熔液	900～1000	氮化硅
	銅熔液	1000～1100	金屬陶瓷
	鋼水	1600～1700	金屬陶瓷
	鋼板加熱爐	800～900	1Cr18Ni9Ti
	鍛造爐	1100～1200	因科內(nèi)爾合金、GH3039
	高爐爐頂	1000～1300	碳化硅
	鋼錠加熱爐	1300～1400	氧化鋁、剛玉質(zhì)
熱電站	主蒸汽管道	400～600	1Cr18Ni9Ti
熱電站	普通蒸汽管道	300～500	1Cr18Ni9Ti
食品工業(yè)	糖液	200～300	1Cr18Ni9Ti
	食品罐頭	100～200	黃銅鍍鎳
	面包爐	100～200	1Cr18Ni9Ti
化肥	造氣爐	1200～1300	金屬陶瓷
	煤氣管道	300～500	1Cr18Ni9Ti
	合成塔	300～500	1Cr18Ni9Ti
建材工業(yè)	陶瓷窯	1300～1500	氧化鋁、碳化硅
建材工業(yè)	玻璃窯	1000～1300	氧化鋁、因科內(nèi)爾合金
石油工業(yè)	原油加熱	400～500	1Cr18Ni9Ti
石油工業(yè)	蒸餾塔	100～200	1Cr18Ni9Ti
化學(xué)工業(yè)：酸類	酸液10-50% 50% 90%	20 90 20～90	1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti 2Cr13
	硫酸5-50% 90% 96-	20～90 90 90	鎳鉬合金（B）鎳鉬合金（D）普通鋼
	硝酸5-50% 50% 65%以上	20 90 90	1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti
	鹽酸1-5% 1-5% 25%	20 90 90	鎳鉬合金（C）或含14~16%硅的高硅鑄鐵鎳鉬合金（B）鎳鉬合金（C）
	磷酸1-5% 10% 10% 30-85%	20 20 90 20～90	1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti 鎳鉬合金（C）鎳鉬合金（B）
	乳酸5% 5% 5%	20 60 90	1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti 含鉭不銹鋼
	檸檬酸15% 　　15%	20 90	1Cr18Ni9Ti Cr18Ni12Mo2Ti
	鉻酸10-50	90	Cr18Ni12Mo2Ti
化學(xué)工業(yè)：鹽類	*10%以上 75%以上	90 100	1Cr18Ni9Ti 普通鋼
	LHN5%以上	20～90	Cr18Ni12Mo2Ti
	碳酸鈉5%以上	20～90	1Cr18Ni9Ti
	*5%以上	20	Cr18Ni12Mo2Ti
	亞*5%以上	20	1Cr18Ni9Ti

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