便携式新型在线测温仪在铝液、铝电解质温度的应用

　　准确测量与控制铝电解槽温度，是保证电解槽热平衡稳定性，实现生产过程自动化，科学化管理的必要条件。但由于氟化物在高温下对热电偶保护管蚀损严重，实现连续测温难度很大，这是国内外长期以来迫切需要解决的难题。目前仅有法国采用间歇式测温方式实现了在线检测。作者也同沈阳铝镁院、包铝合作开发出“铝电解质温度间歇式在线测量装置”，现已申请专利[1]，并在包铝投入运行。铝液连续测温用热电偶在贵铝、沈阳电缆厂、包铝等成功应用多年[2]。作者开发的铝电解质连续测温专用热电偶，使用寿命可达1100h,现已申请专利[3]。本文将着重探讨铝电解、加工及碳素行业用新型温度传感器及实用测温技术。

　　新型温度传感器：热电偶保护管

　　温度传感器有接触式与非接触式两类。在接触式中多采用热电偶测温，其使用寿命的关键是保护管。因此，新型保护管的研制一直是富于挑战性的课题。热电偶保护管按其材质分为金属、陶瓷及金属陶瓷3类。陶瓷材料耐高温、抗腐蚀，但质脆、强度低、抗热冲击性能差；金属管强度高、韧性好，但不耐高温、易腐蚀；金属陶瓷是一种复合材料，既耐高温、抗腐蚀，又有一定强度与韧性，并可加工。兼有金属与陶瓷

　　两种材料的优点。为了获取复合材料特性，还可以采用表面改性方法，如金属保护管喷涂陶瓷材料等。总之，作者可依据用户要求，有针对性的提供各种保护管，取得较为满意的效果[4]。

　　新型热电偶

　　a. 镍铬硅—镍硅镁热电偶（N型）

　　①镍铬硅—镍硅镁热电偶（分度号为N）的特点在1300℃以下，高温抗氧化能力强；热电动势的长期稳定性及短期热循环的复线性好；耐核辐射能力强，耐低温性能也好。

　　②N型与K热电偶性能对比

　　N型与K热电偶性能在550～1050℃范围内，两者几乎无差异，但在30～1500K的温度范围内，有可能全部替代其他廉金属热电偶，并有部分取代S型热电偶的趋势。正在引起人们高度重视。

　　b. 复合管型铠装热电偶

　　最近美国Hoskins公司开发出一种复合管型铠装热电偶型，据报导[5]它的特点是：耐高温（可用至1260℃的高温），抗氧化，使用寿命长，即使在含H2的还原性气氛中也可使用。为了验证此种专利产品性能，作者曾从美国进口10支该种热电偶（Φ6.4×1300?L），在1200℃下使用结果表明：美国专利产品在高温下绝缘性能欠佳，存在高温漏电等问题，使用寿命很短，与报导的性能相差甚远。作者在美国产品的基础上，又开发出大直径的复合管型铠转热电偶，其规格较HoskinsΦ6.4?L更多，直径达到Φ8～Φ22?L，在1260℃下，仍具有良好的高温稳定性及使用寿命。

　　铝液及铝电解质连续测温

　　铝液连续测温

　　对于铝锭熔化炉、铝液保持炉、铸造炉及精炼炉中铝液温度的连续测量与控制，是保证产品质量，节能降耗的重要条件。由于铝液温度较高，腐蚀性强，在熔化或精炼过程中要添加精炼剂、除气剂和覆盖剂等。其腐蚀性也很强，而且还有机械或电磁搅拌，机械扒渣等工艺操作，因此，常规陶瓷管是无能为力的。针对上述情况，参照进口传感器，作者开发出拥有自主知识产权的铸造合金保护管。

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　　a. 新型铸造合金（MPT-1型）保护管

　　新型铸造合金（MPT-1型）保护管为铁基铸造合金。它的特点是强度高、韧性好、耐腐蚀，在有机械扒渣的情况下，也不易碰断。MPT-1型保护管规格为：Φ16～45?L，L=300～1200?L。研制初期只能生产500?L长的保护管。用户订购1000?L长的保护管只能用两根500?L

　　的保护管焊接，因此，焊接处成为保护管的薄弱环节。在此基础上，作者又开发出1米长整体保护管。该种材料还可加工，因此可将MPT-1型管延长。贵州铝厂及包头铝厂保持炉连续测温用热电偶的规格为Φ35～45×2000?L。其中MPT-1型保护管规格为Φ35～45×1000?L。用于从意大利进口的铝连轧生产线，替代进口产品，不仅价格便宜，而且在性能上也能达到进口产品水平。

　　b. 陶瓷管——氮化硅结合碳化硅或表面改性SiC管

　　铝轮毂等行业对铁杂质要求很严，上述铁基合金管不能用，必须采用陶瓷管。Si3N4管虽然耐铝液腐蚀，但强度低，塞龙管强度高，耐腐蚀，然而价格昂贵，无实用价值。作者采用表面改性SiC管及氮化硅结合SiC管，其规格为Φ25～50×1200?L。用于三洋公司、戴卡轮毂、大长江集团、大连利优比公司等，替代进口产品效果也很好。

　　铝电解液连续测温

　　关于铝电解液连续测温，早在70年代就有人选用SnO2+2%Fe2O3氧化物陶瓷作保护管，浸入铝电解液中进行连续测温，但此种保护管抗热震性不好，容易炸裂；80年代初，前苏联将热电偶埋在炉衬内间接测量铝电解液温度。但是，测量结果可靠性差，温度信号严重滞后，难以准确反映电解液温度。1985年丘竹贤院士等又采用锌铁尖晶石涂层法，使其热电偶在铝电解液中的使用寿命达1个月，但涂层工艺不够稳定，寿命较短而未实用化。

　　为了攻克铝电解液连续测温难关，作者又开发出MPT-2型铁基合金保护管，并采用整体嵌合式，一次浇铸成形连续测温用热电偶，规格为Φ35×500?L它有以下特点：

　　①强度高、韧性好；

　　②寿命长、不粘电解质；

　　③灵敏度高，响应速度快。

　　今后将努力提高热电偶使用寿命，使其尽早用于铝电解槽温度控制。

　　铝电解质温度间歇式在线测量装置

　　由于铝电解质温度连续在线测量方式尚不能满足生产要求，因此，国内外多采用人工间歇式测温，所得数据对于控制系统是离线数据，需要人工输入，不能对电解槽进行实时监控。电解槽是一个大滞后系统，并不是每次进行槽况解析时都需要采集温度参数，只有在发现电解槽热平衡可能出现变化时，才需要采集和处理温度信号。这种需要是随机的，因此，作者同沈阳铝镁院、包铝合作开发出一种间歇式测温装置，在槽控机控制下进行在线测温。法国类似间歇式测温装置已用于生产过程的在线控制。