铠装廉金属热电偶校准方法的研究

摘要：本文结合高炉实际，探讨了对使用寿命、抗高温、耐腐蚀、耐湿热能力有特殊要求的高炉炉基铠装廉金属热电偶非常规检定方法,并用实验数据证明了新方法在识别质量优劣方面的效果。
1前言
　　高炉炉体的温度监测事关热工过程的自动调节和安全生产。由于高炉恶劣环境的影响和特殊要求的制约,使得置于炉身保护管(可更换)或直接砌埋在炉基中的铠装热电偶不但具有体形细长、热响应时间快、气密性好、耐震动,便于弯曲等优点，而且具有较强的抗高温、耐腐蚀、耐湿热能力,避免早期失效,提高工作寿命。
　　如何检测和鉴定高炉这一特殊场合使用铠装热电偶的技术性能,我们认为除了采用常规的检定方法外,还应探究模拟现场湿热条件下新的检测方法。为高炉专用铠装热电偶品质优选提供技术支持和决策依据。
2高炉炉基专用铠装热电偶结构(见图1)
 
　　铠装热电偶是将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中,三者经组合加工成可弯曲的坚实组合体。
　　高炉专用铠装热电偶外径φ3mm~φ5mm,热容量小;不锈钢护套属镍-铬合金.抗高温、耐腐蚀材质;壁薄0.8mm,并进行过退火处理,具有很好的可挠性;电偶丝直径φ0.6mm，由氧化镁绝缘粉料填充实芯于不锈钢护套内。
3高炉专用铠装热电偶使用要求及非常规检测方法简介
　　在湿热环境下,铠装热电偶不能因焊接和机械密封渗漏造成绝缘材料失效,进而引起热电偶测温数据偏差。因此要求像炉基专用铠装热电偶埋置于高炉炉基四层碳砖中随一次炉役工作15年不能定期检定更换,还要保证性能可靠稳定,的确给铠装热电偶制造和使用提出了一个目前还很难确保的难题，那么事先识别铠装热电偶耐用性能的优劣，以延长有效工作寿命为目的的非常规检测方法,就显得十分重要。但目前国家颁布的检定规程是在相对标准的实验室条件下进行的，即常规检定方法。能否模拟现场湿热条件,把被检电偶置于水中侵泡或高温、激冷等试验后再进行常规热电特性检定,并用理化技术分析金属材质的耐蚀性,用无损探伤检查焊接渗漏缺陷,是--种针对性较强,而且值得探索的新方法。
4实验电偶样品及检测方法
4.1实验电偶样品
　　高炉铠装热电偶性能鉴定,按技术保证项目的要求(其中工作寿命要求--代炉役15年以上),将不同厂家(分别命名为1#~5#)送检的铠装热电偶规格为k分度,直径φ5mm,长1~20m,各家2~6支样品共计20支,根据高炉对铠装热电偶的特殊要求,试验研究了常规检定与非常规检测相结合的检测方案。
4.2常规检定
　　包括外观质量、热电势检定、绝缘电阻测试。
4.2.1热电势检定
　　检定设备:RZJ热工全自动检定装置;
方法:室温补偿法;
标准器:一等铂铑10-铂热电偶S203-1-187;
检定范围:0~1400℃;
检定点:400℃,600℃、800%;
　　检定精度说明:k分度I级为精度最高级，,400±1.6℃,600±2.4℃,800±3.2℃;k分度II级为精度普通级,400±3.0℃,600±4.5℃,800±6.0,工业使用II级以上为合格。
4.2.2绝缘电阻测试
　　绝缘电阻测试设备:兆欧表;
　　绝缘电阻测试方法:兆欧表一极接偶丝引线,另一极接铠装不锈钢护管。
4.3模拟现场湿热条件下的检定
4.3.1渗漏实验
　　将试样电偶整体浸入80℃软水中保温96h降至55℃。绝缘电阻测试:渗漏试验后进行绝缘电阻测试。从水中取出擦干，在室温下放置24h后,进行偶丝对外不锈钢护管的绝缘电阻测试。考察铠装热电偶焊接和机械密封是否符合防水绝缘要求。
　　热电势检定:继渗漏绝缘电阻测试后,直接进行电偶热电势检定。
4.3.2激冷干燥实验
　　继渗漏试验热电势检定项目完成后,电.偶从热电势检定炉(800℃)中取出,直接用0~4℃自来水冲刷，快速冷却后擦去水珠,将电偶置人80±1℃的鼓风恒温烘箱内干燥18h。
　　绝缘电阻测试:从鼓风恒温烘箱取出冷却至室温,进行偶丝对外不锈钢护管的绝缘电阻测试。考察铠装外护管电偶合金丝冷热交换后渗漏和金相组织特性(整个实验过程电偶热电势复检三次,等于退火三次、淬火两次,中温干燥一次,考察试验温度和碳化物数量改变对生成裂纹的临界应力σk以及对屈服强度σ的影响,σk、στ值委托技术中心理化检验室测定)。.
热电势检定:继激冷干燥后绝缘电阻测试项后,再人热电偶检定炉进行热电势检定。4.3.3电偶测量端焊口焊接质量测试(探伤)着色渗透无损探伤。检定方法:(1)着色渗漏无损探伤;(2)用金相法、电子显微镜法以及断口观测法。
4.3.4铠装外护管不锈钢材质分析
5性能检测结果与分析判定
(1)电偶试样都符合工业使用二级以上的标准,绝缘电阻>1000MA。
(2)渗漏实验和激冷干燥实验后表面都无开口缺陷及热处理塑性变性造成的冲击韧性破裂。
(3)热电势检定精度和绝缘电阻测试在渗漏实验和激冷干燥实验变化趋势上无明显关联。说明电偶试样耐湿热性能较好。
(4)从本次试样的电镜能谱分析从表1成分对比可判定。5#为镍基一镍铬铁合金，柔韧性、耐蚀性和机械强度优良;1#、2#、4#三家为镍基--一镍铬合金(GH3030),柔韧性、耐蚀性较304不锈钢和3#的321不锈钢要好。
 
6结论
　　常规检定方法适用于使用可更换和定期检定的铠装热电偶(检定周期半年);实践证明对于--次性、长期使用的炉基铠装热电偶在埋置前进行焊接和机械密封的渗漏检验以及外护管材质理化性能分析,并在实验后应用常规检定方法检测热电特性(热电势、电绝缘)变化趋势及对电偶耐湿热性、耐蚀性、耐高温性优劣识别,推断其工作寿命,是一种实用有效的电偶质量检验方法。