* Содержание алюмянин 2,9...3,9 % (по массе). I - коррозионпостойкля, П - жаростойкая. III- жаропрочная

термопреобразователей при высоких температурах в средах, содержащих растворы хлоридов и щелочей, наблюдается коррозионное растрескивание защитной арматуры, изготовленной из сталей 12Х18НЮТ и 08Х 18Н10Т,

В работе [G] ук.зано, что коррозионное растрескивание сталей в энергетике чаще всего связано с накоплением хлоридов. Проточная, циркулирующая, нодпиточная вода служит источником главным образом хлоридов натрия, калия, кальция и магния, являющихся 0С1Ювными хлоридны-ми комноиеитани исходной воды (речной, озер1ЮЙ или морской). Их количество и соотиошеиие сильно изменяются в зависимости от источника воды и применяемой системы очистки,

Разрутепию защитно!! арматуры кабельных термопреобразователей способствует па.чич1уе влаги п засыпке из периклаза (MgO). Гидрокснд магния Мц (OHjo, образующиГюя в результате взаимо.тействия периклаза с водой, во-первых, имеет удельный ofii-eM в 1 5 раза больший, чем периклаз, и создает повышеиное давле!Н1е на степки защитной трубки, и, во-вторых, наличие свободной щелочности вызывает щелочное растрескивание [6],

Химический анализ засыпки из периклаза показал наличие ионов хлора (0,004 ?о) и гидроксида магния (0,07 %), а также воды (0,01 % (по массе)). Таким образом, вследствие высокой гигроскопичности периклаза в процессе изготовления кабельных термопреобразователей необходимы сушка (прокаливание) и тщательная герметизация кабеля,

В качестве заменителя стали марки 12Х18Н10Т для изделий, не подвергающихся действию ударных нагрузок, рекомендуется сталь 15Х15Т; однако эксплуатировать ее в диапазоне 400 ,700° С не рекомендуется.

Сталь 10Х17Н13М2Т работоспособна в кипящей фосфорной, серной, 10 %-нон уксусной кислотах и сернокислых средах.

Сталь 0817Н15МЗТ применяют в этих же условиях, но она обладает более высокой стойкостью к точечной коррозии в средах, содержащих ионы хлора.

Введение алюминия в железохромистые сплавы повышает их жаростойкость. Защитное действие алюминия обусловлено тем, что на поверхности металла или сплава образуется очень прочный слой оксидов алюминия, который защищает лежащий под ним слой железа от действия нагретых газов.

железа, используемых в качестве защитной арматуры

(по массе)

Не более

Прочие элементы

Группа **

0,15

0,08

0,12

0,08

0,08

0,10

0,12

0,12

0,08

1,0 0,08 0,8 2,0...3,0 0,08 0,8 0,5 0,8 1,0 0,8

0,08

0,025 0,025 0,02 0,025

0,035 0,0,30 0,035 0,035

0,020 0,035

0,020 0,020 0,020

0,035 0,025 0,035

0,25.,.0,1 0,10 .0,03

-I- +

Железохромоалюмиииевые сплавы коррозиоппостойки при температурах до 1250 °С не только в атмосфере воздуха, ио и в среде сернистых газов и основных оксидов, кроме щелочей. Однако восстановительная среда, содержащая пары воды или оксида углерода, и особенно среды, содержащие

Таблица 9.42. Технические характеристики сталей и сплавов, используемых в термометрии

* Сплавы, неустойчивые в серосодержащих средах.

хлор и его соединения, неблагоприятно сказываются на эксплуатационных свойствах этих сплавов. Азот и чистый водород не влияют на сплавы. И коррозионная стойкость при высоких температурах зависит от защитной оксидной пленки. Ее целостность может нарушаться под действием оксидов железа, кремнезема и щелочей,

Температура рекристаллизации этих сплавов - 700...750 °С. Интенсивный рост зерна происхо.инг при указанных температурах и вызывает охрупчивание сплавов при комнатной температуре. Они становятся непригодными для деформирования в холодном состоянии.

Наибольшее распространение для защитных чехлов получил сплав Х23Ю5, применяемый часто в качестве нагревательных элементов электропечей. Его механические свойства ирииедепы на рис. 9.30.

Рекомендуемая максимальная рабочая температура защитной арматуры из этого сплава в зависимости от толщины стенки следующая.

Толщина стенки, мм 0,2 0,4 1,0 3,0 > 6,0

Температура, X 950 1025 1100 1150 1200

Применение защитной арматуры из сплава Х23Ю5 вместо стали 15Х25Т в 18 раз увеличивает срок слул{бы термопреобразователей типа ТХА в

цементационных печах в углеродсодержащей среде.

Более высокотемпературным является сплав ХН45Ю (табл. 9.43), арматура из которого работоспособна в течение длительного времени до 1300 °С и кратковременно до 1400 С. В сплаве подобран оптимальный состав железа, хрома, никеля и алюминия, обеспечивающий высокую жаростойкость, обусловленную защитными свойствами окалины и хорошую технологическую пластич!юсть, позволяющую изготав.ливать из него трубы [607]. Структура сплава ХН45Ю представляет собой Однофазный твердый раствор на основе никеля, железа и хрома [460].

Жаростойкость сплава ХН45Ю при 1200... 1350 °С в среде спокойного воздуха, при 900... 1050 °С в потоке продуктов сгорания природного газа и серосодержащих сред намного лучше, чем сплавов иа хромоникелевой основе.- Сплав ХН45Ю рекомендуется для длителыюй эксплуатации при температурах до 1250 °С и кратковременной до 1350 °С в среде продуктов

Таблица 9.43. Коэффициенты линейного расширения (о с

ХЮ, К *) и теплопроводности (X, Вт К м~) сплава ХН45Ю при различных температурах

200 Ш 600 800 1000 iC

Рис. 9.30. Зависимость временного сопротивления и относительного удлинения сплавов Х23Ю5 и ХН45Ю от температуры

сгорания углеводородных топлив с избытком воздуха продолжительностью до 2000 ч.

Никелевый сплав ХН78Т благодаря хорошему сочетанию жаростойкости, удовлетворительных механических характеристик и высокой тех-

нотогичности, позволяющей изготавливать из него тонкостепные трубки малых диаметров, используют для создания кабельных тсрмопрсобразо-в 1 гелей.

Рекомендуемые максимальные рабочие температуры и области применения сталей и сплавов, используемых за рубежом, приведены в табл. 9.44.

Таблица 9.44. Рекомендуемые рабочие температуры и области применения сталей и сплавов, используемых в качес1ве защитной арматуры и зарубежных термопреобразователей

Нержавеющие стали 304, 316, 347 (США)

Нержавеющие стали 309, 310, 446 (США)

Инконель; 72 % N1, 14... 17 % Сг, 6... 10 % Ре, <10 % Мп (США, ФРГ, Япония) Х10СгА124 (ГДР) Инконель 702 (США) Х10СгА118 (материал № 1.4742, ФРГ) XlOCrNiMoT 1810 (материал № 1.4571, ФРГ)

X15CrNiSi2419 (материал № 1.4841, ФРГ) Х10СгА124 (материал № 1.4762, ФРГ)

X15CrNiSi2520 (материал № 1.4841, ФРГ)

Хромоникелевый сплав NiCr6015 (материал № 2.4867, ФРГ)

X10CrSi29 (материал № 1.4772, ФРГ)

Мегапир (65 % Ре, 30 % Сг, 5 о/о А1) (материал № 1.4765, ФРГ)

X15CrNiSi 25.20 (ГДР) XSCrNiTi 18.10 (ГДР)

900 1093 1150

1200 1316 1000

1050 1100

1200 1000 1050 1200

1200

1300 1250 1200

900 1000

1200 850

Окислительная и нейтраль-

ная среды То же

Горячее дутье в доменных печах

Установка для отжига в окислительных серо- и углеродсо-держащих средах Печи для отжига кирпича Воздухонагреватель купола доменной печи Отходящие газы перед или за регенератором. Хлоридсодержащие ванны термических цехов Установка для отжига в окислительных, восстановительных, серо- и углеродсо-держащих средах Хлоридсодержащие ванны; свинцовые ванны термических цехов Ванны хлорида барня Расплав меди

Отжиг и закалка в окислительной среде Расплав латуни Дымовые газы на тепловых станциях

Кабельные термопреобразователи То же

Новые типы жаростойких сплавов на основе никеля описаны в работе [606]. Наиболее жаростойкий из них - хромоникелевый сплав инконель 702, который по составу соответствует сплаву Х15Н78103. Предел его длительной прочности после 10 тыс. ч составляет 24,5 МПа [233].

При температурах свыше ЮОО С в качестве защитных чехлов в вакууме или HuepTiion среде моиию использовать рений, вольфра.м, тантал, молибден, сплавы вольфрама с рением илп ниобием. Рекомендуемые максимальные рабочие температуры применения рения и тантала 2500 °С,

вольфрама 2700 °С, молибдена 2200 °С, ниобия 2000 °С, Изменение с пературой коэффициента линейного расширения, теплопроводности,

тем-ско-

WOO то 20001,°С

Рис. 9,31. Зависимость линейного расширения тугоплавких металлов от температуры [472]

Рис, 9,32. Зависимость коэффициента теплопроводности металлов от температуры [472]

рости испарения и временного сопротивления этих металлов показано на рис, 9,31,..9.34,

Керамика. В металлургии - одной из основных отраслей потребления термоэлектрических преобразователей - применяют в зависимости от требований производства и условий измерений непрерывный или дискрет-

исп,кг/Хм-с)

fz/Mcym) 1мг/(см-мес)

иЦ м-год)

1500

2000

2500

3000

Рис, 9,33, Зависимость скорости испарения v тугоплавких металлов от температуры [472]

ный (разовый) контроль температуры, В термопреобразователях разового действия в качестве защитной арматуры используют трубки из кварцевого стекла SiOj, Этот материал имеет очень высокую термическую устойчивость: выдерживает не менее 15 теплосмен при 1000 С (муфельная печь, 15 мин) - 20 °С (вода, 5 мин).

Длительная эксплуатация платинородиевых термопар в защит-

ной арматуре из SiO, при высоких температурах нежелательна вследствие значительных измене1П!Й термоЭДС охрупчивапня и разрушения нз-за загрязнения термоэлектродов кремнием. Кремнезем при высокой температуре в соприкосновении с серой, углеродом и водородом восстанавливается до активных соединений, образующих силициды типа PtsSij. Зги силициды, располагаясь на границах зерен, образуют с платиной эвтектику, температура плавления которой около 850 °С, Поэтому кварцевые защитные оболочки применяют в высокотемпературных термопреобразователях кратковременного действия в основном для измерения температуры расплавленных металлов (например, ТВР-301-01, ТВР-2075, ТПР-2075, ТПР-1408М, ТПР-1418М), Трубки из кварцевого стекла, используемые в этих приборах, из-за чрезвычайно низкого коэффициента лннеЙ1юго расширения отличаются высокой термической устойчивостью. Прозрачность кварцевых защитных оболочек - важная их особенность, способствующая сокращению инерционности термопреобразователя, так как при высоких температурах теплота передается главным образом в ви/е лучистой энергии. Кроме того, в прозрачной оболочке легче проверить правильное положение рабочего спая.

Защитная арматура термопреобразователя ТВР-301-01, изготовленная из кварцевой трубки диаметром 3 и толщиной стенки 0,8 мм, выдерживает 10 и более погружений в жидкий чугун при температуре до 1550 °С.

Следует отметить, что кварц успешно применяют в термопреобразователях разового действия для измерения температуры расплавленных металлов (2100 ,2400°С), которая намного выше, чем температура плавления кварца (1710 °С), Объясняется это тем, что расплавленная кварцевая оболочка, вследствие адгезионных сил, не успевает отделиться от термоэлектродов и создает тонкую защитную шлаковую оболочку. Для длительных непрерывных измере!1нй температуры выше 1650 °С, особенно в восстановительных средах, квар.-цевые наконечники использовать нельзя.

Основным материалом защитных чехлов термопар для измерения температуры различных сред в черной металлургии является корунд (оксид алюминия AljOg), из которого можно получать плотные, стойкие в расплавах и достаточно термопрочные изделия. Добавка к корунду 1 % диоксида титана TiOj улучшает термостойкость чехлов. Для большинства серийных высокотемпературных платинородиевых термопреобразователей в качестве защитной арматуры используют чистый высокоплотный корунд марки КВП или с добавкой TiOj марки КВПТ. Из-этих материалов изготовляют наконечники диаметром 6...22, толщиной стенки 1...2,-длиной 10...400 мм. Трубки и чехлы изготавливают диаметром 12...220, толщиной стенки 1,5... 10, длиной до 1000 мм. Открытая пористость этих материалов не более 5 %, стрела прогиба не более 1 % длины. Оксид алюминия до температуры 1700 °С не взаимодействует с воздухом, водяным паром, водородом, окси-.-Дом углерода.

Некоторыми преимуществами по сравнению со всеми разновидностями огнеупорных материалов на основе AI2O3 обладает монокристаллический оксид алюминия. В работе [196] сообщено о применении лейкосапфира

500 1000 1500 2000 2500 i;C

Рис. 9.34. Зависимость временного сопротивления тугоплавких металлов от температуры [472]