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耐磨熱電阻/熱電偶保護(hù)管材質(zhì)
熱電偶保護(hù)管的研制： 熱電偶保護(hù)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(jiān)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(qiáng)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(diǎn)，得到了一種既耐高溫、抗腐蝕，又抗熱震、強(qiáng)度較高的復(fù)合材料——金屬陶瓷。新型保護(hù)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(hù)管的主要性能
陶瓷保護(hù)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(hù)管CPT型)，MPT型金屬或合金保護(hù)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(shí)溫度，熱電偶保護(hù)管有：
a.金屬保護(hù)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(hù)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(hù)管有金屬、si3N4及Sialon等。金屬管的強(qiáng)度高，但壽命短，Si3N4管耐腐蝕但強(qiáng)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(jìn)的鋁連軋生產(chǎn)線，連續(xù)使用壽命超過四個(gè)月，比引進(jìn)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(hù)管，使用壽命只有72h。國產(chǎn)MPT-2型合金管經(jīng)工業(yè)試驗(yàn)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(hù)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(shí)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(jià)格昂貴。作者采用金屬陶瓷作外保護(hù)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(hù)管燒成實(shí)體。該種實(shí)體型傳感器()具有如下優(yōu)點(diǎn)：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(yàn)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(diǎn)測方式相比，只要兩者插入位置相同，偏差在±2℃以內(nèi)。
c.實(shí)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℃ | 1,200℃15℃ | 1,600℃15℃ |
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金屬保護(hù)管
材質(zhì)名稱牌號 | 長期使用溫度℃ | 特 點(diǎn) |
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(qiáng)，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(qiáng)，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?？孤然F、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(shí)，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(qiáng)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(qiáng)度高，高溫下強(qiáng)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(qiáng)，可用于熔融玻璃。 |
非金屬保護(hù)管
材 質(zhì) | 特 點(diǎn) |
石英 | 使用溫度可達(dá)1090℃，熱膨脹系數(shù)小，抗熱震性能強(qiáng)，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(jī)械強(qiáng)度低，抗熱震性能較強(qiáng)，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(shí)，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(jī)械強(qiáng)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(shí)要加不透氣的內(nèi)保護(hù)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(jī)械強(qiáng)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(shí)，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(qiáng)、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(hù)管的特性
名稱 | 常用溫度℃ | 高溫度℃ | 特 性 |
直 徑
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金屬陶瓷 | 1600 | 2200 | 抗熱震性強(qiáng)，適用于液態(tài)金屬，不能用于氧化性氣氛 | 12×6 |
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金屬陶瓷LT-1 | 1300 | 1400 | 適用于非金屬熔體 | 28×16 |
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金屬陶瓷保護(hù)管的主要性能
材 料 | 熔點(diǎn) ℃ | 特 點(diǎn) |
MgO-Mo | 1400 （高連續(xù)使用溫度） | MgO基金屬陶瓷保護(hù)管，采用接力方式，150噸LD轉(zhuǎn)爐上的應(yīng)用，已成功實(shí)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(hù)管，從1035～20℃空氣瞬時(shí)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(hù)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(hù)管，常作硬質(zhì)合金，具有相當(dāng)高的硬度與強(qiáng)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(hù)管，用于冶金、建材行業(yè)是很有前途的。但此類保護(hù)管目前還處于研制中，預(yù)計(jì)不久可問世。 |
各行業(yè)保護(hù)管材料的選用實(shí)例
工業(yè)部門 | 被測介質(zhì)或使用場所 | 被測溫度（℃） | 保 護(hù) 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 |
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 |
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 |
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 |
