CN1170323C - 单芯稀土复合套管热电偶 - Google Patents

Abstract

一种单芯稀土复合套管热电偶，其特征是：正极是镍铬钇合金保护管，负极是穿在保护管内的MgO柱的中心孔的镍硅合金偶丝。保护管外部套有与其同材质的外套管。其优点是：可在1300℃以下替代铂铑热电偶使用，延长了使用寿命，提高了测温精度，节省了大量稀贵金属铂，节省了一根正极，降低了成本。

Description

单芯稀土复合套管热电偶

本发明涉及一种单芯稀土复合套管热电偶

冶金、玻璃、陶瓷等工业部门在1300℃以下使用的测温材料一直是一大技术难题，国内外资料对此探索出许多途径。

目前市场上的K型热电偶，φ3.2mm在1300℃连续加热100多小时后，因Cr的择优氧化，引起热电势变化而超差了。在1300℃连续加热300小时后，基体缩径到原来的3/5，氧化皮增厚，已与基体完全脱落，基体内部完全氧化，晶界处变成空洞而使基体龟裂。

国际电工委员会(IEC)推荐的N型热电偶，采用提高Cr和Si含量的途径，来提高其高温抗氧化性和高温热电势稳定性，但含Cr16％的镍铬合金(NP极)在1300℃加热300小时后，基体心部Cr已消耗到11.6％，基体边缘Cr已消耗到5.8％，而且，其负极(NN极)的高温抗化性较正极(NP极)还差，随着Si含量的增高(如4.0％以上)，其热加工性能也随之变坏，说明N型热电偶在1300℃下的高温性能，也不十分理想，对其化学组成，尚须重新设计。

目前，市场上的套管热电偶通常用不锈钢做保护管，其最高使用温度不超过700℃，限制了这种套管偶在高温下的使用。

国外资料介绍的厚壁粗丝套管热电偶和复合管型的套管热电偶，在绝缘材料MgO柱的双孔中分别穿有正、负极两根偶丝，受到管内空间的限制，正负极偶丝间距以及同管壁的间距都很近，造成在高温下长期使用，其氧化镁柱的绝缘电阻下降，引起分流误差，降低了测温精度。(图2)

本发明旨在克服公知技术的某些不足，而提供一种单芯稀土复合套管热电偶。

本发明的目的是这样实现的：

1、正极是用添加稀土钇的镍铬合金材料制成保护管，其化学组成重量百分比为Cr9.0～16.0％、Si0.1～0.4％、Ni+Co8.33～90.8％、Y0.1～0.3％和不可避免的杂质；2、负极是穿在MgO柱中心单孔含Si2.5～4.0％的镍硅合金偶丝；3、在保护管的外部套有与其同材质的外套管。

本发明的优点：偶丝更粗，且正负极间距更大，可在1300℃以下替代铂铑热电偶使用，延长了使用寿命，提高了测温精度，节省了大量稀贵金属铂；集保护管和正极于一体，节省了一根正极用料，降低了成本。

附图说明：

图1为本发明的单芯稀土复合套管热电偶；

1、正极管1；2、正极管2；管1和管2为同一镍铬钇合金材料；3、负极镍硅合金偶丝。

图2为现场通常应用的普通结构的套管热电偶。

在保护管内的MgO柱双孔中穿有正极和负极偶丝。

图3所示套管热电偶的结构和图1所示相似，只是有MgO层4夹在管1和管2之间。

下面结合附图详细说明依据本发明提出实施例的细节。

从图1可知：只有耐热钢保护管内的MgO柱穿有正、负两根偶丝改为一根偶丝时，才能扩大管内偶丝周围的空间；只有被省去的那根偶丝改变原来的形状——由偶丝而变成管材，同时又要起到耐热钢保护管的作用，才能达到目的。

通过大量实验表明：在正极镍铬合金添加稀Y元素后，长期在高温下使用，表面形成仔密的氧化薄膜，Y元素离散分布于合金基体内，它是化学性质极为活泼的元素，与氧的亲合力很大，优先于Cr的氧化，故减缓了Cr的内外氧化，以夹杂物的形式分布在基体晶界上，如树的根须一样由犬牙交错的氧化薄膜——基体界面伸向基体，这些夹杂物和根须状物均由富集的Y₂O₃和少量Cr₂O₃·NiO(尖晶石结构)所构成，而Y₂O₃的熔点高达2400℃，这既强化了晶界，又将氧化膜和基体牢固地锁在一起，从而大大提高了镍铬钇合金的高温抗氧化性和高温热电稳定性。

在这方面，加入稀土元素Y的效果要比单纯提高Cr、Si含量的效果好，又加入稀土元素Y，又提高Cr含量，效果更好，见下表：

在1300℃加热500小时左右发生的热电势偏差对比表

φ3.2mm加Y的K型偶在1300℃在空气中连续恒温加热800～1000

小时热电势偏差不超过被测温度的±0.75％，而加Y又提高Cr含量的热电偶在1300℃连续加热1000小时，热电势偏差为+60μv，低于+2℃。

这表明，用镍铬钇合金材料制成的管材，替代耐热钢保护管的使用，其耐热性能更优异。

这样，穿在管内MgO柱中心单孔中的负极镍硅偶丝，可以加粗，提高了高温下的使用寿命。

而且，正极管1材料和负极偶丝材料间距较图2普通结构的套管热电偶正、负极间及其与管壁的间距明显增大，增大了绝缘电阻，提高了测温精度。

为了进一步提高单芯稀土套管热电偶的高温稳定性，在该单芯稀土套管偶管1的外部套有与管1同材质的管2，这样，既增大了该偶的强度，又使该偶材料在高温下成长的晶界，在管1和管2的边界面上是不连续的，防止污染向内部渗透，阻止热电偶材料的劣化，不但具有优异的抗氧化性能，还具有优异的还元性能。

为了消除串膜效应，在保护管和外套管之间夹有MgO层。

(图3)之4

实施例：

1、按镍铬钇合金的化学成份，熔炼成园锭，锻造成管坯，加工成所要求规格的耐高温保护管(简称管1和管2)。

2、将管1的一端封成半园头。在此半园头的中心钻成小孔，其孔径与负极偶丝的直径相同。

3、将负极偶丝穿入管1的未封头的一端，并从封成半园头的中心孔穿出，在该处，用氩弧焊将偶丝与管1焊牢。

4、在该管1内填充MgO粉，并在该管1内的偶丝上，穿入单孔的MgO柱，并将此MgO柱轻轻推入管内，依此类推，直到管1内填满MgO柱为止。

5、用旋锻锤将上述填满MgO柱的管1缩紧到所要求的规格。

6、将管2一端封成半园头套在上述被缩紧的管1外部后，再用旋锻锤缩紧。

7、退火、测量。

使用规格

外径φmm	25.0	22.0	18.0	16.0	10.0	8.0	5.0
								单芯线径φmm	3.2	2.5	2.3	2.2	2.0	1.8	1.2
壁厚φmm	5.0	4.0	3.0	2.0	1.5	1.2	1.0
								最高使用温度℃	1280	1250	1200	1150	1100	1000	900

Claims (4)

1、一种单芯稀土复合套管热电偶，其特征是：正极是用添加稀土钇的镍铬合金材料制成的保护管，其化学组成重量百分比为Cr9.0～16.0％、Si0.1～0.4％、Ni+Co 83.3～90.8％、Y 0.1～0.3％和不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述一种单芯稀土复合套管热电偶，其特征在于：负极是穿在MgO柱中心单孔含Si2.5～4.0％的镍硅合金偶丝。

3、根据权利要求1所述一种单芯稀土复合套管热电偶，其特征在于：在保护管的外部套有与其同材质的外套管。

4、根据权利要求3所述一种单芯稀土复合套管热电偶，其特征在于：在保护管和外套管之间夹有MgO层。

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