關(guān)于鋼鐵高爐提高熱電偶使用壽命的研究

概 述：

下文主要由上海自動化儀表有限公司自儀三廠著重介紹了高爐熱風(fēng)爐混風(fēng)溫度檢測用熱電偶損壞故障分析以及如何提高混風(fēng)溫度檢測用熱電偶的使用壽命（本文原標(biāo)題：提高熱電偶使用壽命的研究）。

1 概述
      高爐混風(fēng)熱電偶，是一種檢測高爐熱風(fēng)溫度的熱電偶。目前高爐生產(chǎn)中，測量高爐熱風(fēng)溫度的方法主要有接觸式和非接觸式兩種測量方式。混風(fēng)電偶測溫屬于接觸式測量，采用混風(fēng)電偶直接插入熱風(fēng)管道進(jìn)行測量。在高溫、高速、高壓熱風(fēng)沖擊下，熱電偶保護(hù)套管極易損壞，使熱風(fēng)從保護(hù)管損壞處逸出，可以對電偶和外部設(shè)備造成嚴(yán)重破壞，影響了電偶使用壽命，迫使高爐休風(fēng)，影響了高爐正常生產(chǎn)。

2 熱電偶的劣化熱電偶的使用壽命與其劣化有關(guān)，所謂熱電偶的劣化，即熱電偶經(jīng)使用后，出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶，在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長大。同時合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化，而且，對周圍環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。伴隨上述變化，熱電偶的熱電動勢也將極其敏感地發(fā)生變化。因此熱電偶的劣化現(xiàn)象是不可避免的。
        熱電偶的劣化是一個量變過程，對其定量很困難，將隨熱電偶的種類、直徑、使用溫度、氣氛、時間的不同而變化。熱電偶的使用壽命是指熱電偶劣化發(fā)展到超過允許誤差，甚至斷線不能使用的時間。

2.1 裝配式熱電偶的壽命。我國標(biāo)準(zhǔn)中僅對熱電偶的穩(wěn)定性有要求。即規(guī)定在某一溫度下經(jīng)200h，使用前后熱電動勢的變化。但是，尚未發(fā)現(xiàn)對使用壽命有規(guī)定。日本有關(guān)熱電偶使用壽命的要求，是依據(jù)日本JIS(C-1602-1995) 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的熱電偶連續(xù)使用時間。對B、R、S 型熱電偶而言為2000h, K、E、J、T型熱電偶為10000h。
        在實際使用時，裝配式熱電偶通常有保護(hù)管，只有在特殊情況下才呈裸絲使用。因此，在多數(shù)場合下，保護(hù)管的壽命決定了熱電偶壽命。對熱電偶的實際使用壽命的判斷，必須是通過長期收集、積累實際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，才有可能給出較準(zhǔn)確的結(jié)果。

2.2 鎧裝熱電偶的壽命。由于鎧裝熱電偶有套管保護(hù)與外界環(huán)境隔絕，因此套管材質(zhì)對鎧裝熱電偶壽命影響很大，須根據(jù)用途選擇熱電偶絲及金屬套管。當(dāng)材質(zhì)選定后，其壽命又隨著鎧裝熱電偶直徑的增大而增加。鎧裝熱電偶同裝配式熱電偶相比，雖有許多優(yōu)點，但使用壽命往往低于裝配式熱電偶。
         熱電偶是科研、生產(chǎn)最常用的溫度傳感器，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但若使用中不注意仍然會產(chǎn)生較大測量誤差。作者針對使用中容易出現(xiàn)的問題，詳細(xì)探討了測溫點的選擇，熱電偶的插入深度、響應(yīng)時間、熱輻射及熱阻抗等產(chǎn)生誤差的主要原因，并指出熱電偶不均質(zhì)、使用氣氛、絕緣電阻，K 型熱電偶選擇性氧化、K 狀態(tài)及鎧裝熱電偶分流誤差等使用中的注意事項。對提高測量精確度，延長熱電偶使用壽命有一定幫助。

3 安裝方式
        普通的固定法蘭式拱頂電偶構(gòu)造簡單安裝簡便，長期以來我們一直在大量使用固定法蘭式的電偶。但其伸入爐內(nèi)部分由于高溫及熱風(fēng)氣流的原因，其硬度隨著燃燒的時間而不斷降低，發(fā)生電偶深入爐內(nèi)部分前段下墜、管徑彎曲、內(nèi)部剛玉細(xì)管斷裂，電偶絲在震動的情況下會發(fā)生接觸或者纏繞現(xiàn)象，影響測量的準(zhǔn)確性。如果電偶燒蝕情況嚴(yán)重，前段會產(chǎn)生破損，而爐內(nèi)壓力較大，熱風(fēng)會從電偶破損處露出，直接將電偶設(shè)備燒毀。此時，只能停止熱風(fēng)爐的燃燒，進(jìn)行燜爐處理。電偶本身由于變形彎曲，在進(jìn)行更換時也不能順利的從電偶預(yù)埋管中抽出，更換極為不變。

4 延長電偶壽命探究
        普通的固定法蘭式拱頂電偶構(gòu)造簡單安裝簡便，長期以來我們一直在大量使用固定法蘭式的電偶。但其伸入爐內(nèi)部分由于高溫及熱風(fēng)氣流的原因，其硬度隨著燃燒的時間而不斷降低，發(fā)生電偶深入爐內(nèi)部分前段下墜、管徑彎曲、內(nèi)部剛玉細(xì)管斷裂，電偶絲在震動的情況下會發(fā)生接觸或者纏繞現(xiàn)象，影響測量的準(zhǔn)確性。如果電偶燒蝕情況嚴(yán)重，前段會產(chǎn)生破損，而爐內(nèi)壓力較大，熱風(fēng)會從電偶破損處露出，直接將電偶設(shè)備燒毀。此時，只能停止熱風(fēng)爐的燃燒，進(jìn)行燜爐處理。電偶本身由于變形彎曲，在進(jìn)行更換時也不能順利的從電偶預(yù)埋管中抽出，更換極為不變。后來改進(jìn)型的法蘭式拱頂電偶，在深入部分使用了剛玉或者碳化硅等材質(zhì)的外管，雖然解決了耐熱性不好及內(nèi)管變形不好更換的問題，但當(dāng)電偶前段在使用壽命完結(jié)時，前段破裂產(chǎn)生熱風(fēng)跑風(fēng)的問題時，還是只能停止生產(chǎn)，進(jìn)行燜爐操作。如果此電偶安裝在混風(fēng)管道上，那只能將其堵死，直到高爐休風(fēng)檢修時再處理，中間無法再看到混風(fēng)的具體溫度，高爐操作人員不能準(zhǔn)確判斷爐溫，只能依照經(jīng)驗操作，嚴(yán)重影響高爐順行。

5 混風(fēng)用熱電偶的改造
         經(jīng)過長時間的研究和反復(fù)試驗，我們對熱風(fēng)爐的拱頂點偶法蘭進(jìn)行了改造（如下圖1、圖2）。我們將安裝的電偶完全密封在法蘭以內(nèi)，法蘭內(nèi)部管徑上鉆有兩孔，用以內(nèi)部的電偶絲通過雙頭螺栓式接線柱與外界的補(bǔ)償導(dǎo)線相連接。為了保證其密封性與絕緣性，在雙頭式螺栓接線柱中間串上高溫絕緣墊片（如圖3），其中外側(cè)的一邊可以從法蘭外包裹著雙頭式螺栓接線柱穿到法蘭內(nèi)側(cè)，與內(nèi)側(cè)的墊片相接，并通過雙頭式螺栓接線柱兩頭的密封螺母壓緊。
         因為法蘭內(nèi)外壁均為弧形，所以密封螺母在密封式中間會有細(xì)縫，從而影響法蘭電偶的密封性，引起熱風(fēng)漏風(fēng)現(xiàn)象。所以，我們在法蘭后端管徑的管壁上焊接一塊平面鐵板（如圖2），使之與法蘭弧面相切，這樣，外部的密封螺栓就實現(xiàn)了接線柱的完全密封性。
         熱電偶法蘭外面通過螺栓連接密封蓋，電偶法蘭與法蘭蓋之間有金屬或者石墨墊片，以增加其密封性能。由于電偶法蘭完全密封電偶于爐內(nèi)，保證了其嚴(yán)實的密封性，即使電偶完全在內(nèi)部損壞，也不會引起漏風(fēng)，跑風(fēng)的問題，保證了高爐的運行順暢。

下面結(jié)合附圖和實施例對電偶進(jìn)一步說明。
圖1 是密封式法蘭座的正面構(gòu)造圖。
圖2 是密封式法蘭座的側(cè)面構(gòu)造圖。
圖3 是高溫絕緣墊片。
圖4 為外部法蘭密封蓋，在密封時中間加一層金屬纏繞密封墊，通過四組螺栓將電偶完全密封在法蘭內(nèi)

6 使用情況
         全新的密封安裝結(jié)構(gòu)，使電偶兩端的壓力差降低，消除了已有技術(shù)的不足。具有設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單實用，封裝可靠的優(yōu)點。降低了電偶保護(hù)管的損壞率，避免了熱風(fēng)的逸出。即使電偶套管損壞但偶絲未斷的情況下仍能準(zhǔn)確測量，延長了電偶使用壽命。使用全封閉型混風(fēng)電偶后，維護(hù)量大為減少，維修勞動強(qiáng)度明顯降低，高爐生產(chǎn)效率大大提高。電偶法蘭外面通過螺栓連接密封蓋，電偶法蘭與法蘭蓋之間有金屬或者石墨墊片，以增加其密封性能。新型的法蘭結(jié)構(gòu)應(yīng)經(jīng)在萊鋼集團(tuán)廣泛使用，取得了不錯的效果。由于電偶法蘭完全密封電偶于爐內(nèi)，保證了其嚴(yán)實的密封性，即使電偶完全在內(nèi)部損壞，也不會引起漏風(fēng)，跑風(fēng)的問題，保證了高爐的運行順暢。