в качестве защитного чехла иридийродиевой термопары. Испытания проводили в высокотемпературной (до 1780 °С) струе аргона,

Существенный недостаток лейкосапфира - плохая термостойкое 1ь. Нагрев он выдерживает хороню, но при последующем быстром охлаждении поверхность образца покрывается сетью трещин, что ведет к разрушению. Причина этого явления - термические напряжения, возникающие в образце между поверхностными и внутренними слоями.

Фирма ФЕБ Порцеллаиверк Ауме (ГДР) иа основе AljO и SiOj выпускает защитные керамические трубки типа кавенита (табл. 9 45), Наружный диаметр трубок 8...GO, длина до 1630 мм, допустимый прогиб 5 мм м~. При конструировании высокотемпературных терлшпреобразо-

Таблица 9.45. Керамические материалы типа кавенита, применяемые за рубежом (ФРГ, ГДР, ЧССР) для изготов,тения защитных чехлов высокотемпературных термопреобразователей

* Кавенит KER 710 применяют в ФРГ, где защитные чехлы из керамических материалов выпускают по DIN 40 685.

вателей целесообразно применять наружную защитную трубку из термостойкого пористого материала кавенит IN KER 631 и внутреннюю защитную трубку из газонепроницаемого материала кавенита 1R-KER 630 или кавенита S-KER 710. По отношению к воздуху кавенит 1R остается непроницаемым до 1450 °С, а кавенит S - до 1600 °С.

Трубки из кавенита S-KER 710 благодаря диэлектрическим свойствам позволяют широко применять их в высокочастотной технике. Чрезвычайно высокая стойкость к излучеы1к1 и.небольшое поглощение нейтронов дают возможность использовать этот материал в ядерных реакторах в непосредственном соприкосновении с его топливом.

В ЧССР на основе А1.Рз и SiOj выпускаются защитные чехлы из луни та 73 и лунита 20, технические характеристики которых приведены i табл. 9.47. Внешний диаметр трубок 15 и 26, толщина стенки 2 и 4, длина 530... 1630 мм. Образцы керамических изделий из лунита 73 и лунита 20 испытывали иа термостойкость в стеклоплавильной печи в газовой среде (9,7 % СО2, 4,3 % О2 и 86 % N2) при 1400... 1460 °С; в электроду!, вой печ над поверхностью стали в среде, содержащей 7,5 % СО2, 1,4 % О, 82 % Ng-,-

% Со, 0,2 % На при 1500... 1570 °С; в жидких стали и чугуне. Уста1юв-icho, что при резких изменениях температуры, вследствие мпювенного ввода чехлов в печь, выдержки 0,3...5 мин при 1500... 1570 С и охл;!ждсння на воздухе количество погружений до разрушений составило одно для двенадцати образцов из лунита 83 и трех образцов из лунита 20, по три образца выдержали 8 (лунит 73), 10 (лунит 20) н 34 (лунит 20) погружений. Замечено, что чем меньше время выдержки в печи, тем большее число погружений выдерл<ивают чехлы. Очевидно, за короткое время (до 1 мин) они не успевали хорошо прогреться. При медленном (в течение 10 мин) вводе чехлов в печь с температурой 1400... 1570 С, выдержке 10 мип и медленном выводе из печи в течение 10 мип число теплосыен до разрушения составляло 10 (для 6 образцов из лунита 20 и 6 образцов нз лунита 73) н 3 (для 6 образцов из лунита 73). Чехлы из лунита 20 выдерживали до 22 ч в стеклоплавильной печи и до 8 ч в электродуговой печи. Испытания подтвердили, что керамические чехлы из лунита 20 более термостойкие.

Для измерения температуры жидких стали и чугуна чехлы из лунита 73 непригодны; после погружения в расплав они разрушаются - рас-стрескиваиие происходит на границе металл - воздух.

До 1300 °С работоспособны фарфоровые чехлы, содержащие до 40 % Al20g. Их применяют для длительного измерения температур до 1100... 1200 °С в доменных воздухонагревателях. В доменном производстве используют также муллито-кремнеземистые и корундовые чехлы (табл. 9.46). Однако при 1200... 1280 °С эти чехлы выдерживают всего 20...30 сут [868], тогда как чехлы из плавленого кварца имеют среднюю стойкость 6 мес.

В последнее время во многих доменных цехах темнература в воздухонагревателях повышена до 1450 °С. При этом стойкость корундовых чехлов упала до 3 сут. В связи с этим были проведены исследования чехлов [869], характеристики которых приведены в табл. 9.47.

Карборундовые и карбофраксовые чехлы не использовали из-за несо-ответогвия их диаметров размерам отверстий в кожухе и футеровке. При испытаниях на газоплотность путем окрашивания видным раствором органического красителя на всех чехлах из карбида кремния на питридной связке были обнаружены многочисленные продольные трещины, свидетельствующие об их непригодности. Дальнейшим испытаниям подвергали изделия четырех видов: кварцевые, корундовые и муллито-кремнеземистые с толщиной стенки 2 и 5 мм. Условия испытаний: газовая среда с температурой 1350... 1450 °С, которую регулярно снижали до 800 °С; избыточное давление 0,3...0,35 МПа; в газе всегда присутствует пыль, в нем содержится 30 % Со, 25 % СО2 и до 10 % Hj. Максимальную стойкость (28 сут) имели муллито-кремнеземистые чехлы с утолщенной стенкой. Однако такую стой-, кость нельзя признать удовлетворительной и для ее дальнейшего повышения в их состав ввели 5 % оксида циркония. В материале содержалось 51,4 % AI2O3 и 1,0 % FejOg, огнеупорность превышала 1750 °С, водопоглощение составляло 0,1 %. Термическая стойкость чехлов марки МКРЦ повысилась в 1,5 раза и составляла 7... 17 теплосмен. Стойкость в воздухонагревателях 2,5 мес, что в 2,5 раза выше стойкости обычных муллито-крем-неземистых чехлов.

При измерении температуры расплавленных металлов используют корундовые защитные чехлы, установленные в футеровке сталеразливочного ковша на контакте с жидкой сталью и выдерживающие 15...20 разливок. На основе оксида алюминия также созданы многослойные или однослойные конструкции защитных чехлов и наконечников термопреобразователей для непрерывного измерения температуры различных сред в черной металлургии [867]. При измерении температуры металла в мартеновских печах и двухванных сталеплавильных агрегатах в период доводки, продолжающейся соответственно 1...4 и 0,5...1,0 ч, используют сборный наконечник НСК (табл. 9.48) многослойной конструкции. Для измерения более высоких температур (до 1750 °С) используют наконечники НСК повышенного

12 9-т

Таблица 9.46. Защитные чехлы окислительных газовых сред [521)

термопреобразователей для

Параметры

Воздухонагреватели доменных печей

Материал изделия

Содержание AljOg, %, не менее

Температура эксплуатации, °С

Длительность эксплуатации, сут Инерционность, мин Размеры, мм Стоимость, руб. Завод-изготовитель

Муллнто-крем-

неземистые

1200... 1250 90

Муллито-крем-

неземистые

МКРЦ

1400... 1500

Кварцевые

1300... 13.50

2000 Х20Х 10 6...8

пзои

90 1,0

2000

0,5 20Х 15 8...12 ГСЗ

Примечание: ПЗОИ - Подольский завод огнеупорных изделий, ГСЗ - Гусь-хру

качества. Эксплуатация таких изделий в течение полугода в 100-тонной электропечи показала, что изделия имеют достаточно высокую надежность (90 % измерений удается довести до конца).

В качестве защитной арматуры термопреобразователей для измерения температуры жидкого чугуна, а также медных и алюминиевых расплавов

Таблица 9.47. Характеристика защитных чехлов для термопар в воздухонагревателях доменных печей

* Перед косой - наружный диаметр, за косой - внутренний диаметр, умноженный иа длину.

применяют графитооксидную композицию [997], Для изготовления наконечников используют следующий состав, % (по массе): графит природный (чистый) 20...40, шамот 20...30, глина огнеупорная 40...50, смола термореактивная 5... 12. Чехлы изготовляют методом термокаталитического отверждения. Как показали испытания, стойкость защитной арматуры из гра-фитооксидной композиции в жидком чугуне с температурой 1350... 1400 °С

непрерывного измерения температуры

Установки порционного вакуум иро-вания

Нагревательные печи

Муллито-крем- Корундовые Кварцевые

неземистые МКР

1400,.,1550 1200...1350 1200. 1350

в режиме длительного непрерывного измерения составляет 50 ч и более при 15,..20 погружениях. При этом разрушение всегда происходит в зоне контакта с жидким шлаком. Графит наружной поверхности части наконечника, погруженной в чугун, постепенио растворяется, оставляя сплавленную решетку зерен шамота. В части наконечника, находящейся над расплавом, графит выгорает, а шамот остается несплав-ленным.

Для измерения температуры расплавленной бронзы в диапазоне 1200... 1300 °С предложены и успешно прошли экспериментальную проверку в производственных условиях на машинах непрерывного литья заготовок графитовые наконечники из материала МГ-1, покрытые нитридом бсра из газовой фазы [75]. Нитрид бора в процессе напыления вступает в химическое взаимодействие с графитом и образуется трехслойное покрытие: нитрид бора, карбонитрид бора, карбид бора. Общая толщина покрытия 2,0...2,5 мм.

Таблица 9.48. Защитные наконечники термопар для непрерывного измерения жидкой стали [520]

120 0,5

1000X26X21 6...8 ПЗОИ

180 1.0

1000X26X21 8...10 ПЗОИ

2000X20X 8...12 ГСЗ

стальпийский стекольный завод.

Прижчание: МП - мартеновские печи. ЭП - электропечи, ПК - промежуточный ковш МНЛЗ, РК - разливочный ковш, К - конвертер, р - число разливок,

В процессе эксплуатации при резких колебаниях температуры покрытие нитрида бора не отслаивалось, так как при 20... 1700 °С коэффициенты линейного расширения его и графита близки и составляют (0,8.., 6,4) 10 К~, Графитовые чехлы, покрытые оксидом алюминия плазменным методом при 2000 °С, оказались непригодными для работы в среде

12- 355

жидкой бронзы; после 5...7 теплосмен покрытие отслаивалось из-за отсутствия химической связи между ним и подложкой.

Оригинальная ко}1струкпия защитного чехла АБМ из слоистого композитного материала (чередующихся тонких слоев оксида алюминия и молибдена толщиной 5... 10 мкм) предложена в работе [290]. Стенка чехла толщиной 2...4 мм содержит 30...50 слоев. Керамические слои обеспечивают коррозионную стойкость чехла, высокое сопротивление эрозии, замедляя диффузию кислорода к металлическим слоям. Последние обеспечивают высокие химические свойства чехла: термостойкость, ударную вязкость, прочность, сопротивление ползучести и повышают предельную рабочую температуру.

Технология изготовления таких чехлов заключается в следующем. Пленки толщиной 150...250 мкм отливают от суспензии тонкодиснсрсно!о порошка безводного оксида алюминия AljOg с добавкой ВаТЮ., с молярной долей 3,5 и 8 % (по массе) в пересчете па сухое вещество каучуковой связки (5 %-ный бензино-ацетоповый раствор каучука СК26НТ), а также из суспензии порошка молибдена с так(и1 же каучуковой связкой (2 % (по массе)). Оксидные и металлические пленки укладывают, чередуя по 10 слоев, в пакеты толщиной 2...3 мм, которые затем прокатывают в ленту толщиной 0,7... 1,0 мм. Трубку чехла формируют, наматывая ленту по спирали на металлическую оправку, нодпрессовывая в желобчатой пресс-форме под давлением 100 МПа. В трубку запрессовывают дно, затем заготовку спекают в течение 1 ч при 1900 °С в вакууме. Усадка составляет 12 %.

Вольфрамренневые термопары в чехлах АБМ применяли для длительного измерения температуры жидкой стали. Чехлы выдерживали по 12... 13 мин в сталях 48НХ и 80НХС; разрушение чехлов происходило на границе металл - шлак. Более длительно (60...90 мин) работали чехлы в жидкой стали 12Х25Н16Г7АР (/ = 1530... 1560 °С) и в расплаве технически чистого железа (200 мин) при 1600 °С.

Длядлительного измерения температуры жидкой стали в конвертерах японской фирмы Кавасаки сэйтецу установлены датчики, в которых наружная часть защитного чехла изготовлена из слоев керамики на основе нитрида, а внутренняя - из оксида алюминия. Чехол имеет хорошую коррозионную стойкость, выдерживает 15 ч непрерывной эксплуатации, 90... 130 повторных неоднократных измерений и может работать до 2200 °С.

Оксид алюминия используют и в качестве покрытия вольфрамренневых термопар, которые могут работать иа воздухе и в агрессивной среде. Термопару с защитной оболочкой из оксида алюминия можно получать методом напыления, а также наливным методом шликерного литья в гипсовую форму с последующим обжигом при 1900... 1950 °С. Такая термопара отличается высокой механической прочностью и выдерживает 120 ч (80 теплосмен) в углеродсодержащей среде.

Отечественная промышленность изготовляет чехлы из тугоплавких соединений (дибориды циркония с молибденом и вольфрамом, дисилицид молибдена, самосвязанный карбид кремния) методом порошковой металлургии (табл. 9,49). Технология получения изделий из тугоплавких соединений описана в работах [429, 430). Чехлы выпускают длиной до. 1000 и диаметром 14...32 мм с толщиной cfennn 2,5...4,0 мм. Кривизна чехлов не превышает 0,7 % их длины. Пористость чехлов при комнатной температуре для ДЦМ, ДЦВ, ДМ не более 10 % и для СКК 5 %. Чехлы газонепроницаемы при комнатной температуре и давлении 10 кПа. Для обеспечения работоспособности при температурах до 1000 °С в окислительной среде чехлы из днсилицида молибдена изготовляют с окисленной поверхностью.

Термическая стойкость чехлов, определяемая количеством теплосмен, которое выдерживают чехлы до появления на их поверхности трещин, после мгновенного погружения в электропечь (/= 1200 °С), 15-минутной

Таблица 9.49. Чехлы из тугоплавких соединений для

ДЦМ Диборид циркония с молибденом

ДЦВ Диборид циркония с вольфрамом

ДМ Дисилицид молибдена

СКК Самосвязанный карбид кремния

Сталь 1800 3.5

Чугун 1450 12

Науглероживающая и 2200 1000 восстановительная газовая

Чугун 1550 140

Науглероживающая и 2200 1000 восстановительная газовая

Окислительная газовая 1700 - Расплавленное стекло 1450 - Продукты сгорания твер- 1800 1000 дых и газообразных топлив

Криолито-глиноземный 1000 - расплав, алюминий, силумин, цинк, цинковые сплавы и шлаки

Медь, медные сплавы 1200 500 Расплавы хлоридов 1000 500

Таблица 9.50. Удельное электросопротивление р, теплопроводность и временное сопротивление а, тугоплавких соединений, применяемых