摘要：探討滲碳爐應銅、鋁連軋生產過程中，在線檢測用熱電偶國產化問題。著重介紹了筆者研制的復合管型特種實體熱電偶及銅水、鋁洼連續測溫用的熱電偶的成功應用。指出自行開發的溫度傳感器不僅可替代進口設備中的溫度傳感器，還可進入國際市場。

美鍵詞：溫度傳感器實體熱電偶工業爐在線檢測

Abstract The paper investigates the localization of the thermocouples for on ?C line detection in carbonizing fumace and copper or aluminum rolling processes. It is cmphasized the successful applications of the thermocouples developed by the autbor. These thermocouples are the special solidified thermocouple with composed tube and the thermocouples for continuous temperature measurement in liquid copper or aluminum.

The home made temperature transducers can not only replace the transducers in imported, but also be exported into imitational market.

Key words: Temperature transducer Solidified thermocouple Industrial furnace On-line detection

0引言

我國工業爐的溫度檢測技術隨著國民經濟建設的騰飛，取得長足的發展。多年來，為指導生產、強化管理、節能降耗發揮了極其重要的作用。本文著重探討了滲碳爐等高溫氣體，鐵、銅、鋁等高溫熔體，流動粉體等實用測溫技術及溫度傳感器國產化問題。

1新型溫度傳感器

1.1 熱電偶保護營

熱電偶保護管按其材質可分為金屬、非金屬、金屬陶瓷三類，作者曾研制出三種鉬基金屬保護管，主要性能見表1。此外還開發出Al2O3-C質及陶瓷保護管(CPT型)、金屬或合金保護管(MPT型)，以及采用等離子噴涂等手段研制出耐磨熱電偶用表面改性保護管。

表 1 保護管的主要性能

1.2 黑體光纖紅外輻射溫度計(WFHT)

作者開發的在線式紅外輻射溫度計是將光纖技術、接觸式與非接觸式測溫技術結合起來，即將套管、透鏡及光纖組成一體，再與顯示儀表連接，構成接觸式輻射溫度計，也稱黑體傳感器式輻射溫度計。WFHT采用碳化硅等套管，插入熱電偶測溫的相應位置，形成黑體空腔，再用紅外輻射高溫計，通過光纖瞄準黑體空腔底部(靶面)，由于黑體空腔靶面近似于黑體輻射。因此本溫度計可測得真實溫度。

1.2.1特點

該測溫儀是由黑體空腔(SiC管)、光纖及輻射溫度計組成。其兼有接觸式、非接觸式兩種溫度計的優點。具有測量溫度高、響應速度快、抗干擾能力強、安裝使用方便等優點，適于加熱爐的溫度測量。如用于取代鉑銠熱電偶，可減少測溫費用，具有節能、降耗等優點，現已在國內鋼廠應用。

1.2.2技術指標

測溫范圍：600～1300℃，800～1600℃，

1000～2000℃；

標定精度：O.5%～l.0%；

響應時問：<0.5s；

檢測波長：0.65-0.9μm；

黑體空腔材料：SiC、Al2O3及耐熱合金管；

輸出信號：I型4位數碼顯示：

Ⅱ型4位數碼顯示，并有4～20mA以

及1～5V標準信號輸出；

光纖材質：多組分玻璃。

2工業爐窯測溫技術

2.1 連續滲碳爐溫度測量

2.1.1復合管型實體熱電偶

由金屬或陶瓷或金屬陶瓷保護管、高性能熱電偶及填充劑等構成的熱電偶稱復合管型實體熱電偶[1]（以下簡稱實體熱電偶）是一種專利產品[2]。由于結構緊密、殘留的空氣少而不流動，可使K型熱電偶正極中鉻的選擇性氧化極大地減少，從而提高了廉金屬熱電偶的長期穩定性。

2.1.2實體熱電偶在滲碳爐中的應用

瓦房店軸承廠引進的電輻射加熱滲碳爐，用于車輛軸承滲碳。工藝溫度為930±5℃，每臺爐共分5個溫區，用熱電偶測量各部位的溫度。熱電偶安裝在由爐蓋上方垂直插入的10個測溫孔內(見圖1)。過去存在的問題是熱電偶腐蝕嚴重，壽命短、偏差大，運行時間僅l～2間，遠不能滿足生產需要。自1994年6月1O日起，在滲碳爐內陸續安裝10支實體熱電偶。4年多的應用結果表明，平均使用壽命均達26個月，用戶很滿意。現在東北大學傳感器廠已定型生產，并逐步推向汽車行業等，擴大其應用范圍。

1-外套管；2-特種熱電偶；3-爐殼(耐火磚)；4-爐門；5-料盤； 6-料盤滑道

圖 1電輻射加熱滲碳爐測溫樂統示意圖

2.2 高溫熔體連續測溫

2.2.1鋁液及鋁電解質連續測溫

a.鋁液連續測溫

鋁液連續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，然而價格昂貴。作者研制的MPT-1型合金管、K型鎧裝熱電偶構成的連續測溫傳感器，用于沈陽電纜廠引進的鋁連軋生產線，連續使用壽命超過4個月，比引進設備中同類溫度傳感器的壽命提高2～3倍，而且，價格便宜，已在國內推廣，具有廣闊的前景。

b.鋁電解質連續測溫

鋁電解槽內電解質溫度的連續測溫，對鋁電解生產至關重要，但到目前為止，國內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。作者開發的MPT-2型合金管在撫鋁、包鋁進行工業實驗，其壽命均超過400h，近期可望達到720h。

2.2.2鋁液與鋁電解質問斷測溫——便攜式浸人型測溫儀

鋁液與鋁電解質問斷測溫從40年代起已廣泛應用浸入式測溫儀。可是，以前的測溫儀具有如下缺點：①不斷地更換保護管及插頭；②頻繁地切斷偶絲，制作新的測量端。

作者與撫順鋁廠聯合開發的浸入型測溫儀完全克服上述不足。它是由熱電偶、保護管及數字顯示儀表構成的。已成功地用于鋁冶金及加工行業中氟化物電解質及鋁液溫度測量。該種測溫儀博得用戶好評，已在國內鋁廠推廣應用。

a.特點

① 測槍與顯示儀表一體化，同普通熱電偶相比，體輕且響應速度快(1～2min)；

② 復合型保護管耐腐蝕、更換方便，使用壽命長(100～500次)，測溫費用低；

③ 溫度數碼顯示，直觀且準確，并有峰值保持功能(特殊需要可增加記憶存儲功能)；

④ 簡化操作，單人即可測量。

b.技術指標

① 3位半數碼顯示；

② 準確度1.O％；

③ 使用溫度范圍0～1200℃；

④ 重量約1kg；

⑤ 電池供電；

⑥ 測槍長度：1000～3000mm。

c.結構

① Ⅱ型熱電偶、顯示儀表與測槍形成一體，保護管可更換；

② Ⅲ型熱電偶、保護符、槍體采用分解組合式，熱電偶及保護管均可更換。

2.2.3銅液連續測溫

關于銅冶煉過程中熔體連續測溫用傳感器，目前仍在研究。對于銅加工行業中銅液連續測溫，作者采用金屬陶瓷保護管，內插高性能熱電偶(K型)，制成實體熱電偶。自1985年以來，經現場使用證明具有如F優點：耐高溫，使用壽命長(在1000h以上)；熱電性能穩定；響應速度快；安全可靠。

沈陽電纜廠引進的銅連軋生產線，原設備所帶的銅水連續測溫用熱電偶為R型，采用耐熱合金作保護管，其壽命僅一周左右。作者開發的熱電偶保護管，是在耐熱合金管的外部增加保護涂層。該種新型熱電偶安裝位置如圖2。兩年來的實踐結果表明，新型熱電偶的使用壽命可大于1年，較引進設備的熱電偶，其壽命提高50倍。

1-熱點偶接線盒；2-固定件；3-保護管；4-爐體；5-銅水；6-耐高溫材料

圖 2 銅水連續測溫用熱電偶安裝示意圖

3流動粉體溫度測量

對于輸煤系統、流化床、水泥熟料及耐火材料等流動粉體的溫度測量，尤其是對增壓流化床(PFB)的床溫測量。由于流動粉體對保護管磨損及腐蝕均很嚴重，因此一直是高溫測試領域中富于挑戰性課題之一。

對于使用溫度低于500℃的流動粉體，可采用高強鋼或表面改性技術，噴涂WC或Ni-Cr-B，其硬度可達到60～70(HRe)[3]。如果常用溫度在1000℃左右，可采用鈷基合金保護管(商品名為 UMC050)，該種保護管具有優異的耐熱沖擊、耐磨性能及高溫強度，對硫化物及釩具有良好的耐蝕性能4，但價格昂貴。為降低成本，有的研制者采用雙金屬復合管型結構用于PFB現場。結果表明：在溫度為l000℃的情況下，使用壽命≮l000h[5]。除此之外，還有人在保護管的形狀上下工夫，有助于延長使用壽命。

4結束語

為了解決引進設備中溫度傳感器國產化問題，東北大學的教師與現場工程技術人員結合，研究開發出復合管型特種實體熱電偶、鋁液與銅水連續測溫用熱電偶，在引進的連續滲碳爐、鋁銅連軋生產線上應用，取得良好效果，其使用壽命提高50倍，博得用戶好評。幾年來的實踐表明，作者開發的新型溫度傳感器，不僅可以替代進口設備中的溫度傳感器，節約大量外匯；還可以走向世界，進入國際市場。