耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管及其生产方法

技术领域

本发明涉及测温元件保护套管技术领域，是一种耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管及其生产方法。

背景技术

在废硫酸再生装置中，为保证产品质量，需对裂解炉炉膛温度在线监测控制。但以上工况温度高、腐蚀性强，热电偶的使用存在以下问题：

炉膛内温度高、腐蚀性气体浓度高，热电偶套管极易被腐蚀、烧坏，需定期检查更换，维护成本居高不下；热电偶损坏后造成重要工艺参数失控，装置非计划停车，废硫酸再生装置不能长周期平稳运行。

发明内容

本发明提供了一种耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管及其生产方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决热电偶套管极现有存在易被腐蚀、烧坏且维护成本高的问题。

本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管，材料中各成分组成按照质量百分比包括0.2%至0.8%、锰0.8%至1.5%、硅0.2%至0.6%、钛1.5%至2.5%、镍0.5%至1.6%、铬1.2%至2.4%、钼0.3%至1.2%、铌0.01%至0.2%、钒0.01%至0.1%，其余为铁。

下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：

上述耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管按照下述步骤生产得到：第一步，合金熔炼：向熔炼炉中加入废钢、铬铁，升温至1450℃进行熔化，当废钢、铬铁完全熔化后，升温至1450℃至1480℃，再依次加入锰铁、硅铁、钛铁、镍铁、钼铁、铌钒合金，得到铁水，并升温至铁水温度为1500℃至1550℃；第二步，砂型制备：采用水玻璃砂制造热电偶保护套管成型的砂型型腔；第三步，浇筑套管：将1500℃至1550℃的铁水注入砂型型腔中形成管坯，再将管坯在温度为1250℃至1280℃条件下制成无缝套管，沿无缝套管管长方向切割出4条至8条沿套管周向均匀间隔分布的缝，并将相邻缝之间的套管管壁向套管的内侧挤压；第四步，淬火处理：将无缝套管在800℃至900℃条件下保温1h淬火处理，然后快速出炉空淬，得到耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管。

上述第二步中，砂型型腔内壁涂刷有锆英粉醇基涂料。

上述锆英粉醇基涂料的各成分组成按照质量百分比包括80%至85％的锆英粉、1%至2.5％的粘结剂、2%至2.8％的悬浮剂、0.1%至0.4％的助剂，其余为异丙醇。

上述粘结剂为酚醛树脂，悬浮剂为有机膨润土，助剂为消泡剂。

上述第三步中，浇筑套管时，铁水注入砂型型腔容积的二分之一时，向铁水液面上撒上防氧化剂，然后使用混有氧气的惰性气体自砂型型腔顶部吹管吹入，同时以惰性气体吹入铁水中。

上述加入防氧化剂的重量为铁水重量的0.2%至0.8%。

上述第四步中，空淬过程以40℃/h的温升速度升温至480℃至500℃,保温1.3h至1.5h，然后继续升温至680℃至700℃，保温2h至3h后冷却至常温。

本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管的生产方法，按照下述步骤进行：第一步，合金熔炼：向熔炼炉中加入废钢、铬铁，升温至1450℃进行熔化，当废钢、铬铁完全熔化后，升温至1450℃至1480℃，再依次加入锰铁、硅铁、钛铁、镍铁、钼铁、铌钒合金，得到铁水，并升温至铁水温度为1500℃至1550℃；第二步，砂型制备：采用水玻璃砂制造热电偶保护套管成型的砂型型腔；第三步，浇筑套管：将1500℃至1550℃的铁水注入砂型型腔中形成管坯，再将管坯在温度为1250℃至1280℃条件下制成无缝套管，沿无缝套管管长方向切割出4条至8条沿套管周向均匀间隔分布的缝，并将相邻缝之间的套管管壁向套管的内侧挤压，其中，铁水注入砂型型腔容积的二分之一时，向铁水液面上撒上防氧化剂，然后使用混有氧气的惰性气体自砂型型腔顶部吹管吹入，同时以惰性气体吹入铁水中，防氧化剂的重量为铁水重量的0.2%至0.8%；第四步，淬火处理：将无缝套管在800℃至900℃条件下保温1h淬火处理，然后快速出炉空淬，得到耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管，其中，空淬是以40℃/h的温升速度升温至480℃至500℃,保温1.3h至1.5h，然后继续升温至680℃至700℃，保温2h至3h后冷却至常温。

下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：

上述第二步中，砂型型腔内壁涂刷有锆英粉醇基涂料，锆英粉醇基涂料的各成分组成按照质量百分比包括80%至85％的锆英粉、1%至2.5％的粘结剂、2%至2.8％的悬浮剂、0.1%至0.4％的助剂，其余为异丙醇，其中，粘结剂为酚醛树脂，悬浮剂为有机膨润土，助剂为消泡剂。

本发明有益效果如下：

1.本发明耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管易加工制作，制造成本低，可在化工、发电领域广泛推广使用；

2.本发明可在1000℃高温及强腐蚀工况使用，在废硫酸再生装置裂解炉炉膛使用后热电偶维护更换次数由每月一次，延长到了每6月一次，大幅提升了热电偶的使用寿命，每年节约成本约2.6万元，且降低了检修人员的维护工作量；

3.本发明为工艺控制提供了精准可靠的温度数据，提高了产品质量；

4.本发明为废硫酸再生装置裂解炉长周期平稳运行提供保障，防止因热电偶套管腐蚀、烧坏而发生的安全生产事故。

附图说明

附图1为本发明耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管的生产制造流程框图。

附图2为本发明耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管与热电偶组装后的结构示意图。

附图2中的编码分别为：1为热电偶芯接线端子，2为接线盒，3为连接螺纹，4为热电偶保护套管，5为固定螺丝，6为热电偶偶芯，7为连接法兰。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明，均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品；本发明中的常温、室温一般指15℃到25℃的温度，一般定义为25℃。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：该耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管，材料中各成分组成按照质量百分比包括碳0.2%至0.8%、锰0.8%至1.5%、硅0.2%至0.6%、钛1.5%至2.5%、镍0.5%至1.6%、铬1.2%至2.4%、钼0.3%至1.2%、铌0.01%至0.2%、钒0.01%至0.1%，其余为铁。

实施例2：该耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管，材料中各成分组成按照质量百分比包括碳0.2%或0.8%、锰0.8%或1.5%、硅0.2%或0.6%、钛1.5%或2.5%、镍0.5%或1.6%、铬1.2%或2.4%、钼0.3%或1.2%、铌0.01%或0.2%、钒0.01%或0.1%，其余为铁。

实施例3：作为上述实施例的优化，按照下述步骤生产得到：第一步，合金熔炼：向熔炼炉中加入废钢、铬铁，升温至1450℃进行熔化，当废钢、铬铁完全熔化后，升温至1450℃至1480℃，再依次加入锰铁、硅铁、钛铁、镍铁、钼铁、铌钒合金，得到铁水，并升温至铁水温度为1500℃至1550℃；第二步，砂型制备：采用水玻璃砂制造热电偶保护套管成型的砂型型腔；第三步，浇筑套管：将1500℃至1550℃的铁水注入砂型型腔中形成管坯，再将管坯在温度为1250℃至1280℃条件下制成无缝套管，沿无缝套管管长方向切割出4条至8条沿套管周向均匀间隔分布的缝，并将相邻缝之间的套管管壁向套管的内侧挤压；第四步，淬火处理：将无缝套管在800℃至900℃条件下保温1h淬火处理，然后快速出炉空淬，得到耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管。

实施例4：作为上述实施例的优化，第二步中，砂型型腔内壁涂刷有锆英粉醇基涂料。

本发明通过该锆英粉醇基涂料在砂型型腔内表面形成的致密薄膜，可抵御钢水持续高温的影响，确保铸件的表面质量，同时，锆英粉醇基涂料在砂型型腔内形成的涂层内部会产生内应力，使得涂料层很自然的与铸件表面剥离。

实施例5：作为上述实施例的优化，锆英粉醇基涂料的各成分组成按照质量百分比包括80%至85％的锆英粉、1%至2.5％的粘结剂、2%至2.8％的悬浮剂、0.1%至0.4％的助剂，其余为异丙醇。

实施例6：作为上述实施例的优化，粘结剂为酚醛树脂，悬浮剂为有机膨润土，助剂为消泡剂。

实施例7：作为上述实施例的优化，第三步中，浇筑套管时，铁水注入砂型型腔容积的二分之一时，向铁水液面上撒上防氧化剂，然后使用混有氧气的惰性气体自砂型型腔顶部吹管吹入，同时以惰性气体吹入铁水中。

本发明通过防氧化剂覆盖在铁水上，防止气体进入铁水内，提高防氧化的能力。使用混有氧气的惰性气体自顶吹管吹入，同时以惰性气体吹入铁水中，使铁水产生强烈的搅拌效果，该混有氧气的惰性气体不仅能实现铁水的快速脱碳，同时该脱碳方式能抑制铁水中的铬氧化损失；进一步的，吹炼过程中，顶吹管通入的混合气体中惰性气体的比例逐渐增大而氧气的比例逐渐降低。

在沿无缝套管管长方向切割出缝及将相邻缝之前的管壁向套管的内侧挤压，不仅能提高耐高温、耐腐蚀保护套管套接在热电偶上的紧固程度，同时，该向内挤压的套管管壁形成的缓冲结构确保了耐高温、耐腐蚀保护套管在受到外力冲击时提供很好的缓冲效果，提高了耐高温、耐腐蚀保护套管的抗冲击韧性。

实施例8：作为上述实施例的优化，防氧化剂的重量为铁水重量的0.2%至0.8%。

实施例9：作为上述实施例的优化，第四步中，空淬过程以40℃/h的温升速度升温至480℃至500℃,保温1.3h至1.5h，然后继续升温至680℃至700℃，保温2h至3h后冷却至常温。

实施例10：如附图1所示，该耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管的生产方法，按照下述步骤进行：第一步，合金熔炼：向熔炼炉中加入废钢、铬铁，升温至1450℃进行熔化，当废钢、铬铁完全熔化后，升温至1450℃至1480℃，再依次加入锰铁、硅铁、钛铁、镍铁、钼铁、铌钒合金，得到铁水，并升温至铁水温度为1500℃至1550℃；第二步，砂型制备：采用水玻璃砂制造热电偶保护套管成型的砂型型腔；第三步，浇筑套管：将1500℃至1550℃的铁水注入砂型型腔中形成管坯，再将管坯在温度为1250℃至1280℃条件下制成无缝套管，沿无缝套管管长方向切割出4条至8条沿套管周向均匀间隔分布的缝，并将相邻缝之间的套管管壁向套管的内侧挤压，其中，铁水注入砂型型腔容积的二分之一时，向铁水液面上撒上防氧化剂，然后使用混有氧气的惰性气体自砂型型腔顶部吹管吹入，同时以惰性气体吹入铁水中，防氧化剂的重量为铁水重量的0.2%至0.8%；第四步，淬火处理：将无缝套管在800℃至900℃条件下保温1h淬火处理，然后快速出炉空淬，得到耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管，其中，空淬是以40℃/h的温升速度升温至480℃至500℃,保温1.3h至1.5h，然后继续升温至680℃至700℃，保温2h至3h后冷却至常温。

本发明耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管在实际使用时，其与热电偶的组装（如附图2所示）方法如下：将制成的本发明耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管4与接线盒2通过螺纹3连接，将与本发明耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管4等长的热电偶芯6插入耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管4，热电偶芯接线端子1与接线盒2通过固定螺丝5连接固定，热电偶在生产设备安装时通连接法兰7在设备安装。

综上所述，本发明通过多元素的配置，并研究与之相适应的冶炼工艺、铸造工艺、热处理工艺，使得加工得到的耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管具有耐高温、耐腐蚀的优点，通过回火处理工艺，使耐高温、耐腐蚀热电偶保护套管具有较高的冲击韧性，提高热电偶保护套管在极端条件下的使用寿命。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。