关于钢铁高炉提高热电偶使用寿命的研究

概 述：

下文主要由上海自动化仪表有限公司自仪三厂着重介绍了高炉热风炉混风温度检测用热电偶损坏故障分析以及如何提高混风温度检测用热电偶的使用寿命（本文原标题：提高热电偶使用寿命的研究）。

1 概述
      高炉混风热电偶，是一种检测高炉热风温度的热电偶。目前高炉生产中，测量高炉热风温度的方法主要有接触式和非接触式两种测量方式。混风电偶测温属于接触式测量，采用混风电偶直接插入热风管道进行测量。在高温、高速、高压热风冲击下，热电偶保护套管极易损坏，使热风从保护管损坏处逸出，可以对电偶和外部设备造成严重破坏，影响了电偶使用寿命，迫使高炉休风，影响了高炉正常生产。

2 热电偶的劣化热电偶的使用寿命与其劣化有关，所谓热电偶的劣化，即热电偶经使用后，出现老化变质的现象。由金属或合金构成的热电偶，在高温下其内部晶粒要逐渐长大。同时合金中含有少量杂质，其位置或形状也将发生变化，而且，对周围环境中的还原或氧化性气体也要发生反应。伴随上述变化，热电偶的热电动势也将极其敏感地发生变化。因此热电偶的劣化现象是不可避免的。
        热电偶的劣化是一个量变过程，对其定量很困难，将随热电偶的种类、直径、使用温度、气氛、时间的不同而变化。热电偶的使用寿命是指热电偶劣化发展到超过允许误差，甚至断线不能使用的时间。

2.1 装配式热电偶的寿命。我国标准中仅对热电偶的稳定性有要求。即规定在某一温度下经200h，使用前后热电动势的变化。但是，尚未发现对使用寿命有规定。日本有关热电偶使用寿命的要求，是依据日本JIS(C-1602-1995) 标准中规定的热电偶连续使用时间。对B、R、S 型热电偶而言为2000h, K、E、J、T型热电偶为10000h。
        在实际使用时，装配式热电偶通常有保护管，只有在特殊情况下才呈裸丝使用。因此，在多数场合下，保护管的寿命决定了热电偶寿命。对热电偶的实际使用寿命的判断，必须是通过长期收集、积累实际使用状态下的数据，才有可能给出较准确的结果。

2.2 铠装热电偶的寿命。由于铠装热电偶有套管保护与外界环境隔绝，因此套管材质对铠装热电偶寿命影响很大，须根据用途选择热电偶丝及金属套管。当材质选定后，其寿命又随着铠装热电偶直径的增大而增加。铠装热电偶同装配式热电偶相比，虽有许多优点，但使用寿命往往低于装配式热电偶。
         热电偶是科研、生产最常用的温度传感器，虽然结构简单，但若使用中不注意仍然会产生较大测量误差。作者针对使用中容易出现的问题，详细探讨了测温点的选择，热电偶的插入深度、响应时间、热辐射及热阻抗等产生误差的主要原因，并指出热电偶不均质、使用气氛、绝缘电阻，K 型热电偶选择性氧化、K 状态及铠装热电偶分流误差等使用中的注意事项。对提高测量精确度，延长热电偶使用寿命有一定帮助。

3 安装方式
        普通的固定法兰式拱顶电偶构造简单安装简便，长期以来我们一直在大量使用固定法兰式的电偶。但其伸入炉内部分由于高温及热风气流的原因，其硬度随着燃烧的时间而不断降低，发生电偶深入炉内部分前段下坠、管径弯曲、内部刚玉细管断裂，电偶丝在震动的情况下会发生接触或者缠绕现象，影响测量的准确性。如果电偶烧蚀情况严重，前段会产生破损，而炉内压力较大，热风会从电偶破损处露出，直接将电偶设备烧毁。此时，只能停止热风炉的燃烧，进行焖炉处理。电偶本身由于变形弯曲，在进行更换时也不能顺利的从电偶预埋管中抽出，更换极为不变。

4 延长电偶寿命探究
        普通的固定法兰式拱顶电偶构造简单安装简便，长期以来我们一直在大量使用固定法兰式的电偶。但其伸入炉内部分由于高温及热风气流的原因，其硬度随着燃烧的时间而不断降低，发生电偶深入炉内部分前段下坠、管径弯曲、内部刚玉细管断裂，电偶丝在震动的情况下会发生接触或者缠绕现象，影响测量的准确性。如果电偶烧蚀情况严重，前段会产生破损，而炉内压力较大，热风会从电偶破损处露出，直接将电偶设备烧毁。此时，只能停止热风炉的燃烧，进行焖炉处理。电偶本身由于变形弯曲，在进行更换时也不能顺利的从电偶预埋管中抽出，更换极为不变。后来改进型的法兰式拱顶电偶，在深入部分使用了刚玉或者碳化硅等材质的外管，虽然解决了耐热性不好及内管变形不好更换的问题，但当电偶前段在使用寿命完结时，前段破裂产生热风跑风的问题时，还是只能停止生产，进行焖炉操作。如果此电偶安装在混风管道上，那只能将其堵死，直到高炉休风检修时再处理，中间无法再看到混风的具体温度，高炉操作人员不能准确判断炉温，只能依照经验操作，严重影响高炉顺行。

5 混风用热电偶的改造
         经过长时间的研究和反复试验，我们对热风炉的拱顶点偶法兰进行了改造（如下图1、图2）。我们将安装的电偶完全密封在法兰以内，法兰内部管径上钻有两孔，用以内部的电偶丝通过双头螺栓式接线柱与外界的补偿导线相连接。为了保证其密封性与绝缘性，在双头式螺栓接线柱中间串上高温绝缘垫片（如图3），其中外侧的一边可以从法兰外包裹着双头式螺栓接线柱穿到法兰内侧，与内侧的垫片相接，并通过双头式螺栓接线柱两头的密封螺母压紧。
         因为法兰内外壁均为弧形，所以密封螺母在密封式中间会有细缝，从而影响法兰电偶的密封性，引起热风漏风现象。所以，我们在法兰后端管径的管壁上焊接一块平面铁板（如图2），使之与法兰弧面相切，这样，外部的密封螺栓就实现了接线柱的完全密封性。
         热电偶法兰外面通过螺栓连接密封盖，电偶法兰与法兰盖之间有金属或者石墨垫片，以增加其密封性能。由于电偶法兰完全密封电偶于炉内，保证了其严实的密封性，即使电偶完全在内部损坏，也不会引起漏风，跑风的问题，保证了高炉的运行顺畅。

下面结合附图和实施例对电偶进一步说明。
图1 是密封式法兰座的正面构造图。
图2 是密封式法兰座的侧面构造图。
图3 是高温绝缘垫片。
图4 为外部法兰密封盖，在密封时中间加一层金属缠绕密封垫，通过四组螺栓将电偶完全密封在法兰内

6 使用情况
         全新的密封安装结构，使电偶两端的压力差降低，消除了已有技术的不足。具有设计合理，结构简单实用，封装可靠的优点。降低了电偶保护管的损坏率，避免了热风的逸出。即使电偶套管损坏但偶丝未断的情况下仍能准确测量，延长了电偶使用寿命。使用全封闭型混风电偶后，维护量大为减少，维修劳动强度明显降低，高炉生产效率大大提高。电偶法兰外面通过螺栓连接密封盖，电偶法兰与法兰盖之间有金属或者石墨垫片，以增加其密封性能。新型的法兰结构应经在莱钢集团广泛使用，取得了不错的效果。由于电偶法兰完全密封电偶于炉内，保证了其严实的密封性，即使电偶完全在内部损坏，也不会引起漏风，跑风的问题，保证了高炉的运行顺畅。