Защитный чехол термопары погружения

 

Изобретение относится к области термометрии, преимущественно для измерения температуры электролита при электролизе алюминия. Защитный чехол термопары погружения представляет собой корпус с нанесенным на его наружную и внутреннюю поверхности покрытием в виде окисла материала корпуса. Корпус выполнен из материала, содержащего вольфрам, хром, алюминий, кобальт, молибден и углерод. Технический результат: повышение ресурса работы термопары. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области термометрии преимущественно для измерения температуры электролита при электролизе алюминия.

Известна термопара ТХА-191 (Куритнык И.П. и др. Материалы высокой термометрии, М. : Металлургия, 1986, стр.139), предназначенная для измерения температуры алюминиевого электролита, имеющая защитный чехол из карбида кремния.

К ее недостаткам следует отнести низкую скорость измерения ввиду малой теплопроводности карбида кремния и невысокую механическую прочность, требующую изготовления чехла с большой толщиной стенок, что значительно увеличивает время измерения.

Наиболее близким аналогом является защитный чехол термопары (А.С. СССР 489698, МКИ G 01 K 7/02). Этот чехол выполнен из двух различных материалов: на вольфрамовый корпус нанесено покрытие из нитрида циркония или титана.

Измерение температуры жидкого электролита при электролизе алюминия (950-1050^oС) имеет следующие особенности эксплуатации: 1. Чехол термопары при измерении испытывает воздействие фтор-хлористых соединений, присутствующих в электролите при высокой плотности тока, в результате чего происходит процесс разрушения окислов и химически стойких соединений.

2. Чехол термопары между извлечением из электролита предыдущего электролизера и погружением в электролит последующей ванны (в цехе более 100 электролизеров) контактирует с атмосферным кислородом.

3. Чехол термопары подвергается механическим воздействиям в момент погружения в электролит и в момент снятия образовавшегося корсажа (закристаллизовавшегося электролита) с поверхности чехла.

4. На внутреннюю поверхность чехла воздействуют агрессивные газы, выделяемые при электролизе, которые в сочетании с высокой температурой разрушают корпус термопары изнутри.

Перечисленные факторы определяют недостаток прототипа - небольшой срок эксплуатации (40-50 измерений).

Под действием фтор-хлористых соединений и механических ударов покрытие из нитрида циркония или титана разрушается, вскрывается поверхность корпуса из вольфрама, который подвергается электролитической коррозии, и при переносе термопары корпус интенсивно сгорает.

Задачей изобретения является повышение ресурса работы термопары.

Поставленная задача решена тем, что в защитном чехле термопары, состоящем из корпуса и покрытия, корпус выполнен из материала, содержащего вольфрам, хром, алюминий, кобальт, молибден и углерод при следующем соотношении компонентов, вес. % Вольфрам - 2-15 Хром - 1-10 Алюминий - 0,1-2,2 Кобальт - 2,2-10 Молибден - 2-9 Углерод - 0,5-1 Железо - Остальное На наружную и внутреннюю поверхности корпуса нанесено покрытие в виде окисла материала корпуса.

На чертеже представлен защитный чехол термопары.

Защитный чехол состоит из герметичного с одного торца корпуса 1 и покрытия 2, нанесенного на наружную и внутреннюю поверхности корпуса.

Чехол изготавливают следующим образом. Заготовку из материала заявляемого состава подвергают электрохимическому окислению по известной технологии (Мороз И. И. и др. Электрохимическая обработка металлов. - М.: Машиностроение, 1969 г., с.28-37) с образованием окисного покрытия на наружной и внутренней поверхностях корпуса.

При замере температуры жидкого алюминиевого электролита нанесенное наружное окисное покрытие, обладающее высоким сопротивлением, защищает корпус от электролитической коррозии. Со временем восстановительная среда электролизера частично разрушает окисную пленку, но при контакте с атмосферным кислородом (во время переноса термопары от одного электролизера к другому) окисная пленка восстанавливается.

Внутреннее окисное покрытие защищает корпус от химической коррозии агрессивных газов.

Наружное (регенерируемое) окисное покрытие защищает корпус чехла от разрушительного воздействия контролируемой среды, внутреннее покрытие препятствует химической коррозии, что в совокупности увеличивает более чем в десять раз по сравнению с прототипом ресурс работы термопары.

В таблице приведены данные по составу материала корпуса и количеству проведенных измерений до разрушения корпуса.

Из таблицы видно, что при максимальном содержании вводимых элементов в материал (состав III) ресурс работы минимальный и составляет 200 измерений. Это объясняется тем, что увеличение количества легирующих элементов снижает скорость окисления и регенерация окисной пленки за время переноса от одной ванны к другой прекращается.

При минимальном содержании легирующих элементов (состав I) увеличивается скорость окисления, корпус чехла покрывается толстым слоем окисной пленки (окалиной), которая при механических воздействиях и термоударах интенсивно разрушается. Оптимальным по химическому составу является состав II, при котором достигается максимальное количество замеров и быстродействие, что подтверждается актом промышленных испытаний.

Механическая прочность материала, предлагаемого состава при температуре 950-1050^oС позволяет изготавливать тонкостенный корпус с малым диаметром, что повышает быстродействие термопары.

Формула изобретения

Защитный чехол термопары погружения, состоящий из корпуса и покрытия, отличающийся тем, что корпус выполнен из материала, содержащего вольфрам, хром, алюминий, кобальт, молибден и углерод при следующем соотношении компонентов, вес.%:
Вольфрам - 2-15
Хром - 1-10
Алюминий - 0,1-2,2
Кобальт - 2,2-10
Молибден - 2-9
Углерод - 0,5-1
Железо - Остальное
а покрытие в виде окисла материала корпуса нанесено на его наружную и внутреннюю поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 27.11.2007

Извещение опубликовано: 27.11.2007        БИ: 33/2007

---