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關于鋼鐵高爐提高熱電偶使用壽命的研究

來源:鋼鐵高爐提高熱電偶選型作者:鋼鐵高爐提高熱電偶技術網址:http://www.shhzY3.cn

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爐混風溫度檢測用熱電偶損壞故障分析以及如何提高混風溫度檢測用熱電偶的使用壽命(本文原標題:提高熱電偶使用壽命的研究)。

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

2 熱電偶的劣化熱電偶的使用壽命與其劣化有關,所謂熱電偶的劣化,即熱電偶經使用后,出現老化變質的現象。由金屬或合金構成的熱電偶,在高溫下其內部晶粒要逐漸長大。同時合金中含有少量雜質,其位置或形狀也將發生變化,而且,對周圍環境中的還原或氧化性氣體也要發生反應。伴隨上述變化,熱電偶的熱電動勢也將極其敏感地發生變化。因此熱電偶的劣化現象是不可避免的。
        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。我國標準中僅對熱電偶的穩定性有要求。即規定在某一溫度下經200h,使用前后熱電動勢的變化。但是,尚未發現對使用壽命有規定。日本有關熱電偶使用壽命的要求,是依據日本JIS(C-1602-1995) 標準中規定的熱電偶連續使用時間。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管,只有在特殊情況下才呈裸絲使用。因此,在多數場合下,保護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、積累實際使用狀態下的數據,才有可能給出較準確的結果。

2.2 鎧裝熱電偶的壽命。由于鎧裝熱電偶有套管保護與外界環境隔絕,因此套管材質對鎧裝熱電偶壽命影響很大,須根據用途選擇熱電偶絲及金屬套管。當材質選定后,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,雖有許多優點,但使用壽命往往低于裝配式熱電偶。
         熱電偶是科研、生產最常用的溫度傳感器,雖然結構簡單,但若使用中不注意仍然會產生較大測量誤差。作者針對使用中容易出現的問題,詳細探討了測溫點的選擇,熱電偶的插入深度、響應時間、熱輻射及熱阻抗等產生誤差的主要原因,并指出熱電偶不均質、使用氣氛、絕緣電阻,K 型熱電偶選擇性氧化、K 狀態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。但其伸入爐內部分由于高溫及熱風氣流的原因,其硬度隨著燃燒的時間而不斷降低,發生電偶深入爐內部分前段下墜、管徑彎曲、內部剛玉細管斷裂,電偶絲在震動的情況下會發生接觸或者纏繞現象,影響測量的準確性。如果電偶燒蝕情況嚴重,前段會產生破損,而爐內壓力較大,熱風會從電偶破損處露出,直接將電偶設備燒毀。此時,只能停止熱風爐的燃燒,進行燜爐處理。電偶本身由于變形彎曲,在進行更換時也不能順利的從電偶預埋管中抽出,更換極為不變。

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

5 混風用熱電偶的改造
         經過長時間的研究和反復試驗,我們對熱風爐的拱頂點偶法蘭進行了改造(如下圖1、圖2)。我們將安裝的電偶完全密封在法蘭以內,法蘭內部管徑上鉆有兩孔,用以內部的電偶絲通過雙頭螺栓式接線柱與外界的補償導線相連接。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側,與內側的墊片相接,并通過雙頭式螺栓接線柱兩頭的密封螺母壓緊。
         因為法蘭內外壁均為弧形,所以密封螺母在密封式中間會有細縫,從而影響法蘭電偶的密封性,引起熱風漏風現象。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,保證了其嚴實的密封性,即使電偶完全在內部損壞,也不會引起漏風,跑風的問題,保證了高爐的運行順暢。

下面結合附圖和實施例對電偶進一步說明。
圖1 是密封式法蘭座的正面構造圖。
圖2 是密封式法蘭座的側面構造圖。
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


6 使用情況
         全新的密封安裝結構,使電偶兩端的壓力差降低,消除了已有技術的不足。具有設計合理,結構簡單實用,封裝可靠的優點。降低了電偶保護管的損壞率,避免了熱風的逸出。即使電偶套管損壞但偶絲未斷的情況下仍能準確測量,延長了電偶使用壽命。使用全封閉型混風電偶后,維護量大為減少,維修勞動強度明顯降低,高爐生產效率大大提高。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。新型的法蘭結構應經在萊鋼集團廣泛使用,取得了不錯的效果。由于電偶法蘭完全密封電偶于爐內,保證了其嚴實的密封性,即使電偶完全在內部損壞,也不會引起漏風,跑風的問題,保證了高爐的運行順暢。