测量金属熔液温度用的热电偶制造技术

一种测量金属熔液温度用的热电偶，在一端封闭而另一端敞开的保护管内填充有由耐热多孔型陶瓷的填充材料，并且在该填充材料中配置有组成成分彼此不同的一对Ｗ－Ｒｅ热电偶丝。保护管具有由以Ｍｏ为主相的金属陶瓷层，和由Ｃ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］和／或ＺｒＯ↓［２］构成的层交替叠层构成的叠层结构。金属陶瓷层形成为最外层，并且由热膨胀系数小且难以与铁相反应的Ｍｏ－ＺｒＮ、Ｍｏ－ＺｒＢ↓［２］、Ｍｏ－ＺｒＯ↓［２］和／或Ｍｏ－ＺｒＣ构成。该保护管由纤维沿圆周方向嵌埋的层和减弱各层间的结合力的分界层构成。该热电偶可反复使用且使用寿命长。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对铁等金属的熔液实施温度测量的、具有保护管的测量金属熔液温度用热电偶。现有的对大约1700℃的钢冶炼熔液实施温度测量用的热电偶，所使用的结构通常为采用其熔点比材料熔点高、在空气中稳定的铂(Pt)-铑(Rh)作为热电偶丝，并且将这种Pt-Rh热电偶丝固定在由矾土硅石纤维制成的管中。这种热电偶在对钢冶炼熔液实施一至两次的温度测量之后，便不再能够用于正确地进行温度测量，而要将其废弃，因此目前的热电偶不能反复地多次重复使用，这使得热电偶的使用成本非常昂贵。目前己知的一种铠装型热电偶是以钨-铼(W-Re)为热电偶丝，以可在高温下使用的金属铠壳型部件作为保护管，并且是采用不锈钢(SUS)等金属实施制作的。这种SUS铠装型热电偶可以在1000℃以上的温度环境中使用，而且在这种场合中，它是用包含有铬和铁的镍基合金(铬镍铁耐热合金(Inconel))等的特殊耐热合金制作的。目前已知的另一种热电偶的结构是用金属陶瓷制作保护管，用Pt-Rh材料制作设置在保护管内部的热电偶丝。日本特开平6-160200号公报中公开了一种具有气密型端子的铠装型热电偶。这种热电偶为了能够在由于温度变化的过渡状态而在端子部产生有温度梯度时，也不会产生测量误差，而将由镍铝合金丝和镍铬耐热合金丝等特种金属丝构成的CA型热电偶的热电偶丝，与无机绝缘材料一起以相互绝缘的方式收装在不锈钢制作的铠壳内，并且在该铠壳的基端侧用气密型端子部实施封口。在安装于气密型端子部处的陶瓷端板上的两根科瓦铁镍钴合金(Kovar)(铁-镍-钴合金)制造的贯通管的内部还插入有绝缘套管，各热电偶的热电偶丝由其内部穿过，并且以不与贯通管直接接触的方式引出至外部。然而，金属陶瓷(cermet)保护管的耐热冲击强度为Si3N4保护管的1.5倍，而且将具有Si3N4保护管的热电偶直接浸入在超过1700℃的铁熔液中时，保护管会在比较短的时间里产生裂纹，甚至会产生破损。而且，Pt-Rh型热电偶不能在惰性气体环境中使用，它在空气中可使用的极限温度为1500℃。W-Re型热电偶可以在空气中和惰性气体环境中使用，它在空气中可使用的极限温度为400℃，在惰性气体环境中可使用的极限温度为2300℃。而且，使用Pt-Rh作为热电偶丝的PR(铂铑-铂)型热电偶的热电动势仅为CA(铬镍-铝镍)型热电偶的大约1/15，为W-Re型热电偶的大约1/7，所以和这些热电偶相比，它存在有温度测量精度低，灵敏度差等问题。在现场操作时，为了用如上所述的热电偶对炼铁炉中的熔液实施温度测量，操作者要来到熔炉附近，而且在直到温度稳定前的大约8秒钟里要一直待在该测量位置处。而且，原有的热电偶还存在有下述问题。即在对熔液实施温度测量时，铁熔液容易附着在其上，而使其响应性降低的问题。当有熔溶态的铸铁附着在热电偶的Pt-Rh热电偶丝和保护管上时，将其去除所需的工作相当麻烦复杂，而且目前使用的制品的寿命仅能进行两次左右的温度测量，所以还存在有需要麻烦地对热电偶进行更换作业等问题。而且热电偶中的W-Re热电偶丝在空气中容易氧化，因而不能用来对铸铁熔液实施温度测量。而且还存在铁熔液容易附着在外侧保护管上的问题。本专利技术的目的就是要解决上述问题，提供一种响应性好且使用寿命长的测量金属熔液温度用的热电偶，这种测温热电偶采用钨-铼丝作为热电偶丝，并且具有由难以与铁反应的材料钼为主相的金属陶瓷层和对铁的抗衡力比较大的层叠层构成的保护管，从而使这种热电偶具有良好的耐热冲击强度，并且可以反复多次的使用。本专利技术的另一目的在于提供一种耐热性纤维在构成保护管的叠层构造的各层中沿圆周向方向、即沿产生热应力和拉伸应力的方向配置，从而使保护管具有良好的耐热冲击强度，进而构成可以反复多次使用的测量金属熔液温度用的热电偶。为此，本专利技术提供了一种测量金属熔液温度用的热电偶，它具有一端封闭而另一端敞开的保护管，填充在所述保护管内的填充材料，以及配置在所述填充材料内且构成为与其前端部相结合的温度测量部的、组成成分彼此不同的一对温度测量用合金热电偶丝，而且所述保护管的结构为使相对于其中心轴呈同心圆形形状的、由不同材料构成的层按交替叠层方式构成的叠层结构形式。而且，所述温度测量用合金热电偶丝还可以采用钨-铼(W-Re)热电偶丝，这种钨-铼丝的熔点在2300℃以上，利用保持密封状态的方式便可以提高耐热温度，从而使其可以承受炼钢时的铁熔液温度。而且，还可以使构成所述保护管的叠层结构的所述层，由以钼(Mo)为主相的金属陶瓷层和至少由C、MgO、CaO、Al2O3、ZrO2中的一种以上材料构成的层构成，使所述填充材料由耐热多孔型陶瓷构成，并且使所述保护管上的开口部由致密的耐热部件和玻璃部件实施封口。这样，由于保护管中的叠层结构是由对铁的抗衡力比较大的碳、或氧化镁和氧化钙等构成的，所以即使受到热冲击而使最外层发生裂纹或称龟裂，这种裂纹也不能直接连续地向内层延伸，由于设置有由C、MgO、CaO等构成的层，而这些部分可使裂纹的延伸方向发生偏转，所以可以增大到破损为止所需要的损坏能量，提高保护管的强度，延长保护管的使用寿命，进而可以提高热电偶的耐用性，使得热电偶可以被重复使用。而且，由于所述保护管中的所述金属陶瓷层至少形成为最外层，并且是由热膨胀系数小且难以与铁相反应的Mo-ZrN、Mo-ZrB2、Mo-ZrO2、Mo-ZrC中的某一种或它们的复合物构成的，所以可以防止铁熔液的附着，提高测温性能。特别是钼基金属陶瓷的熔点温度在2000℃以上，故具有良好的耐热冲击性，从而可以承受炼钢时的铁熔液温度所产生的耐热冲击温度。而且，还可以使所述填充材料中的所述耐热多孔型陶瓷为添加有钛(Ti)的反应烧结氮化硅类材料。因此，由于所述填充材料中的所述耐热多孔型陶瓷为添加有Ti的反应烧结氮化硅类材料，所以不会产生烧结收缩，故不会在所述保护管的内面与W-Re热电偶丝之间产生间隙，这也有助于提高其耐用性。而且，还可以使所述填充材料中的所述耐热多孔型陶瓷是由包含有Si3N4粉末的有机硅类聚合物转化而成的无机物和耐热型陶瓷粉末的混合物构成的材料。而且，还可以在构成耐热多孔型陶瓷用的所述混合物中包含有碳或氮化硼(BN)中的至少一种材料。这样，由于和钨-铼丝相比，碳和BN更容易与氧气相化合，所以包含在所述混合物中的氧气将不会使钨-铼丝氧化，而是与碳和BN发生氧化而生成气体，并且以这种气体状态残存在所述耐热多孔型陶瓷中，因而这可以防止钨-铼丝的氧化，提高热电偶的耐用性。而且，还可以使所述填充材料中的所述耐热多孔型陶瓷由含有Zr、O、Al、P等材料构成。这种测量金属熔液温度用的热电偶如上所述，保护管由叠层结构构成，因而由于热冲击所产生的裂纹不能直接连续地向内部延伸，而是在由碳等构成的分界层部分产生方向偏转，从而可以增大损坏能量而使其难以被损伤，因此这种结构构成可以改善保护管的使用寿命。而且，这种测量金属熔液温度用的热电偶还如上所述，保护管呈由以Mo为主相的金属陶瓷层和至少由C、MgO、CaO、Al2O3、ZrO2中的一种以上材料构成的交替叠层形成的叠层结构，所以铁不会附着在热电偶的外表面处，保护管上出现的裂纹不能直接连续地向内部延伸，从而使得它可以高精度地对金属熔液进行500次以上的重复温度测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量金属熔液温度用的热电偶，它具有呈一端封闭而另一端部敞开的保护管（１、２１），填充在所述保护管（１、２１）内的填充材料（８、２５），以及配置在所述填充材料（８、２５）内且构成为与其前端部相结合的温度测量部（９、２９）的、组成成分彼此不同的一对温度测量用合金热电偶丝（６、７、２６、２７），而且所述保护管（１、２１）的结构为相对于其中心轴呈同心圆形状的、由不同材料构成的层（２、３、２２、２３）交替叠层构成的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：北英纪，铃木隆元，
申请(专利权)人：株式会社五十铃硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]