钨铼热电偶在空气中的热电动势稳定性

摘要：钨铼热电偶用于钢水连续测温的开发前景:阐明其推广应用取代铂铑热电偶进行连续测温的五个关键向题:动态响应时间、精度，稳定性、使用寿命及综合的实用性能.特别是与之相关的实用技术;以及所研制的钨铼热电偶连续测温专用仪表的特殊补正功能.
1.前言
1.1钨铼热电偶的开发优势
　　钨铼热电偶具有耐高温，热电势大，热电势与温度的线性关系好，热稳定性好，价格便宜，可测范閨宽(0~2000℃)等特点，并适合于真空、还原和隋性气氛中测温。近年来，随着钨铼偶丝防高温氧化技术(如采用偶丝防氧化涂层，抽真空密封保护的防氧化.偶丝密封于充有保护气体的保护管内,保.护管内充填专用粉剂等)的不断发展与完善，使钨铼热电偶在氧化气氛中亦可长期使用。况且，当前本来昂贵的铂铑热电偶丝价格日益猛涨，安全管理也极为困难，迫切需要用廉价、实用的钨铼热电偶来替代。
1.2采用钨铼热电偶钢水连续测温的技术关键.
　　钢水连续测温是一项难度很大的前沿技术，钨铼热电偶的应用，使这项技术用于生产实际成为可能。但是，推广应用钨铼热电偶，还必须解决以下人们所关注的五个关键向题。其一，动态响应时间(测温的灵敏度)。过去由于热电偶保护管选材和偶的组装尺寸不当，导热性能差，致使温变滞后时间长达数分钟，即动态响应时间长，无法使用;其二，测温精度。这是测温的最关键所在，为了保证测温的正确度，还必须注意偶丝的质量、保护管的选材、热电偶的组装、测温方式的选择等:其三，稳定性。热电偶在测温过程，其测温值要与对应的分度表保持相对的稳定，如果随时间的延长两者的偏离值过大,就失去了它的使用价值:其四，使用寿命。如果寿命短，造成成本增加，同样没有实用价值;其五，综合的实用性。前四个技术关键的解决与综合实用性直接相关;除此之外.钨铼热电偶还要便于定期检测,在用过程中，由于种种原因造成热电势的变化所带来测温偏差也越来越大，因此钨铼偶安装及外径尺寸要便于定期检测。
2.钨铼热电偶钢水连续测温的主要相
关技术
2.1浮漂式钢水连续测温
　　浮漂式钢水连续测温是一种新颖的简而易行的钢水连续测温装置(如图1)，用抗渣浸的耐火材料作成浮漂，其密度介于钢渣之间在浮漂的下方安装有金属陶瓷保护管,浮漂靠配重使金属陶瓷管下部插入钢水一定深度,测温热电偶置于金属陶瓷外保护管内并通过补偿导线与测温仪表相连接实现钢水连续测温，采用浮漂式钢水连续测温技术具有很多优点。
 
(1)测温正确。它是用同一个测温探头.连续定深地测定钢水温度，从而消除了快速热电偶因插入深浅不--等因素而造成的测温偏差。因此，浮漂式钢水连续测温正确，稳定性好、而且，由于温度值连续测定和显示,便于精炼钢包或中间包调温过程钢水温度实现计算机过程自动控制。
(2)连续测温探头使用寿命长。在正常情况下探头在1500~1700℃的钢水里可连续工作10h以上。
 
2.2分体组装连续测温热电偶装配技术故名思意，热电偶测温探头是采用分体组装而成的。如图2所示。它可以将热电偶插入外保护装置里，也可以单独取出、具有如下优点:
(1)提高测温探头综合使用寿命。一旦热电偶发生故障,或者外保护装置侵蚀薄弱,.都可以单独更换，避免了实体型热电偶因个别部件损坏而导致整体报废的情况;
(2)实用性强。当它用于炉窑连续测温时可将外保护装置埋入测温点的炉衬内,热电偶在使用过程中可以定期抽出检测或更换，消除了实体型热电偶难以从炉衬里拔出检测的缺点:当用于钢水浮漂式连续测温时，可将外保护装置改变为浮漂式测温探头的结构、将热电偶插入浮漂探头内即可进行钢水浮漂式连续测温，简便、灵活、适用。
2.3热电偶金属陶瓷外保护管及难熔金属内保护管的应用技术开发
(1)连续测温热电偶金属陶瓷外保护管为了能将钢水的温度信号迅速正确地取出送入二次仪表.其关键部件是热电偶外的保护管,要求其具有耐高温.抗钢渣熔蚀、耐冲刷、抗热震性好等特性。东北大学自行研制“1)的MC3G型金属陶瓷管，具有以下特性:
①测温灵敏度高，滞后时间小于30s。
　　测温滞后时间的长短是衡量测温效果好坏的关键标志。金属陶瓷管，以导热性能良好的金属材料Mo为主体、以Al2O,为陶瓷相并掺加少量其它材料Cr2O3.均匀混合.在等静乐机的高压作用下成型.在1800℃以上的高温下焙烧而成。它不仅导热性良好、而且有强度高、密度大、耐磨、耐高温等优点。为了使测温更加灵敏、制品壁厚仅为3.5mm。实验室和工业试验表明，在1500~1700℃的范围内测温，温度滞后时间不大于30s.
②金属陶瓷保护管抗热震效果好
　　反复从1500~1700℃的钢水.中取出和插入达10次以上不炸裂。
③抗蚀损能力强
　　Cr2O3熔点高(2265C),它与Al2Os属同晶系并能形成连续固溶体，添加一定量的Cr2Os能阻止Al2Os晶粒长大，提高制品的密度和强度。因此，控制Cr2Os的加入量能使固溶体(Cr2O3-Al2O3)的密度和强度达到佳值，有效改善其抗高温蚀损能力。采用Al2O:中性材料制作的金属陶瓷管，对于出钢脱氧后浮于钢水面上.的低碱度(R=1.0左右)熔渣来说，其抗侵蚀的能力较强，远远优于用MgO碱性材料制作的金属陶瓷管的抗渣侵能力。
(2)热电偶内保护管实用开发
　　在试验初期。分体组装式钢水连续测温热电偶下部所用的内保护管是刚玉质的，其抗热震性较差，易脆断，后研制成以难熔金属Mo为基的薄壁(厚度为1.0mm)细管(φ8)，经防氧化处理后，其使用性能大大改善,不仅耐高温、抗热震,温度激变不脆断，而且导热良好，测温灵敏，也便于热电傌使.用过程的定期检测。
2.4钢水及炉窑连续测温专用仪表
　　钨铼热电偶连续测温专用仪表功能齐全，其主机是以单片微机为机芯，兼有远程显示，连续测温曲线打印记录，上、下极限设定及越限报警，断偶报警,掉电保护,年、月、日、时、分显示，抗千扰能力强等功能，并有与计算机联网的标准信号输出接口，还有特殊的温度偏移值补正功能，保证测温系统偏差在±5℃以内。此补正功能的重要作用，以下例说明;
其一，用W-3Re/W--25Re热电偶(内保护管里充填专用防氧化粉剂)，将它插人装有70kg熔钢的100kW中频感应炉里,插入钢水深度为100mm,所研制的钨铼热电偶专用连续测温仪表，通过补偿导线与钨铼热电偶相连。为对比分析，在线路中接有万用表(精密4位半,分辨率1/100;mV),试验所得数据如表1。钨铼偶测得的热电势查相应的分度表的温度值，与测温仪表所显示温度值对照，在1500~1670℃范围内正偏差4~8℃。如果采用专用仪表的补正功能,其偏差为±2℃，补正后的温度值达到满意的精度，很有实用价值。
其二，更重要的是，试验发现，钨铼热电偶由于受其材质均匀度所限，当达到热稳定温度后，所测温度与标准温度值之差值基本恒定，这一恒定值也可以通过专用仪表的.软件补正,使其达到接近标准值的正确温度。
其三，该专用仪表对于钨铼热电偶使用过程中定期检验温度值与标准信号的偏差也具有有效的补正功能，使其在某一个时间阶段内使用，不会出现严重的温度偏差。
 
2.5钨铼热电偶高温稳定化退火及检测装置的开发
　　为配合用钨铼热电偶连续测温技术的推广应用，检测钨铼偶高温热稳定性及钨铼热电偶稳定化退火处理设备。它是用从铬酸镧高温炉，该设备有正确的温控设备控温，适合于高温段连续测温用钨铼热电偶的稳定化退火处理，热电偶热点的消除应力退火，并能检测钨铼热电偶的热稳定值。
　　钨铼热电偶的钨铼合金丝事先必须进行稳定化退火处理，消除热电偶的热电势初始漂移。这是因为钨铼合金丝在拉拔过程中，它的纵断面呈纤维状组织,强度和硬度均很高,应力分布不均匀,经过适当时间和温度退火，使其硬度和强度逐渐降低，显微组织发生明显的变化，其热电势值也达到稳定状态。退火温度要适当高于使用温度才能使钨铼热电偶在使用过程中热电势漯移甚微。另外，钨铼热电偶热点氩弧焊接后的退火也相当重要，这是因为在氩弧的高温下焊接的钨铼偶的热点焊.后脱离高温区立即冷却下来，产生很大的热应力，使用过程中容易脆断，因此也须进行相应的退火，消除热应力。
3.结语
　　钨铼热电偶以其耐高温、热电势大、测温灵敏、热电势与温度线性关系好、优良的热稳定性、价格便宜的优势加之防氧化技术已得到解决，以及相关的实用开发成功，使其推广应用并取代铂铑热电偶进行工业炉窑连续测温，将会取得明显的经济和社会效益。浮漂式钢水连续测温探头及分体组装式热电偶结构，所开发的钢水连续测温用金属陶瓷外保护管及难熔金属防氧化内保护管，以及钨铼偶连续测温专用仪表的特殊补正功能等相关实用技术的应用，对深入开发钢水连续测温，经济有效、正确灵敏地进行测温将会起到不可忽视作用，具有相当大的开发、应用前景。