0前言
準(zhǔn)確測量與控制鋁電解槽溫度，是保證電解槽熱平衡穩(wěn)定性，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，科學(xué)化管理的必要條件。但由于氟化物在高溫下對熱電偶保護管蝕損嚴(yán)重，實現(xiàn)連續(xù)測溫難度很大，這是國內(nèi)外*以來迫切需要解決的難題。目前僅有法國采用間歇式測溫方式實現(xiàn)了在線檢測。作者也同沈陽鋁鎂院、包鋁合作開發(fā)出“鋁電解質(zhì)溫度間歇式在線測量裝置”，現(xiàn)已申請[1]，并在包鋁投入運行。鋁液連續(xù)測溫用熱電偶在貴鋁、沈陽電纜廠、包鋁等成功應(yīng)用多年[2]。作者開發(fā)的鋁電解質(zhì)連續(xù)測溫?zé)犭娕迹褂脡勖蛇_1100h,現(xiàn)已申請[3]。本文將著重探討鋁電解、加工及碳素行業(yè)用新型溫度傳感器及實用測溫技術(shù)。
新型溫度傳感器
1.1熱電偶保護管
溫度傳感器有接觸式與非接觸式兩類。在接觸式中多采用熱電偶測溫，其使用壽命的關(guān)鍵是保護管。因此，新型保護管的研制一直是富于挑戰(zhàn)性的課題。熱電偶保護管按其材質(zhì)分為金屬、陶瓷及金屬陶瓷3類。陶瓷材料耐高溫、抗腐蝕，但質(zhì)脆、強度低、抗熱沖擊性能差；金屬管強度高、韌性好，但不耐高溫、易腐蝕；金屬陶瓷是一種復(fù)合材料，既耐高溫、抗腐蝕，又有一定強度與韌性，并可加工。兼有金屬與陶瓷 兩種材料的優(yōu)點。為了獲取復(fù)合材料特性，還可以采用表面改性方法，如金屬保護管噴涂陶瓷材料等。總之，作者可依據(jù)用戶要求，有針對性的提供各種保護管，取得較為滿意的效果[4]。
1.2新型熱電偶
a. 鎳鉻硅—鎳硅鎂熱電偶（N型）
①鎳鉻硅—鎳硅鎂熱電偶（分度號為N）的特點在1300℃以下，高溫抗氧化能力強；熱電動勢的*穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)線性好；耐核輻射能力強，耐低溫性能也好。
?、贜型與K熱電偶性能對比
N型與K熱電偶性能在550～1050℃范圍內(nèi)，兩者幾乎無差異，但在30～1500K的溫度范圍內(nèi)，有可能全部替代其他廉金屬熱電偶，并有部分取代S型熱電偶的趨勢。正在引起人們高度重視。
b. 復(fù)合管型鎧裝熱電偶
zui近美國Hoskins公司開發(fā)出一種復(fù)合管型鎧裝熱電偶型，據(jù)報導(dǎo)[5]它的特點是：耐高溫（可用至1260℃的高溫），抗氧化，使用壽命長，即使在含H2的還原性氣氛中也可使用。為了驗證此種產(chǎn)品性能，作者曾從美國進口10支該種熱電偶（Φ6.4×1300?L），在1200℃下使用結(jié)果表明：美國產(chǎn)品在高溫下絕緣性能欠佳，存在高溫漏電等問題，使用壽命很短，與報導(dǎo)的性能相差甚遠。作者在美國產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，又開發(fā)出大直徑的復(fù)合管型鎧轉(zhuǎn)熱電偶，其規(guī)格較HoskinsΦ6.4?L更多，直徑達到Φ8～Φ22?L，在1260℃下，仍具有良好的高溫穩(wěn)定性及使用壽命。
2鋁液及鋁電解質(zhì)連續(xù)測溫
2.1鋁液連續(xù)測溫
對于鋁錠熔化爐、鋁液保持爐、鑄造爐及精煉爐中鋁液溫度的連續(xù)測量與控制，是保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)能降耗的重要條件。由于鋁液溫度較高，腐蝕性強，在熔化或精煉過程中要添加精煉劑、除氣劑和覆蓋劑等。其腐蝕性也很強，而且還有機械或電磁攪拌，機械扒渣等工藝操作，因此，常規(guī)陶瓷管是無能為力的。針對上述情況，參照進口傳感器，作者開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鑄造合金保護管。
a. 新型鑄造合金（MPT-1型）保護管
新型鑄造合金（MPT-1型）保護管為鐵基鑄造合金。它的特點是強度高、韌性好、耐腐蝕，在有機械扒渣的情況下，也不易碰斷。MPT-1型保護管規(guī)格為：Φ16～45?L，L=300～1200?L。研制初期只能生產(chǎn)500?L長的保護管。用戶訂購1000?L長的保護管只能用兩根500?L 的保護管焊接，因此，焊接處成為保護管的薄弱環(huán)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，作者又開發(fā)出1米長整體保護管。該種材料還可加工，因此可將MPT-1型管延長。貴州鋁廠及包頭鋁廠保持爐連續(xù)測溫用熱電偶的規(guī)格為Φ35～45×2000?L。其中MPT-1型保護管規(guī)格為Φ35～45×1000?L。用于從意大利進口的鋁連軋生產(chǎn)線，替代進口產(chǎn)品，不僅價格便宜，而且在性能上也能達到進口產(chǎn)品水平。
b. 陶瓷管——氮化硅結(jié)合碳化硅或表面改性SiC管
鋁輪轂等行業(yè)對鐵雜質(zhì)要求很嚴(yán)，上述鐵基合金管不能用，必須采用陶瓷管。Si3N4管雖然耐鋁液腐蝕，但強度低，塞龍管強度高，耐腐蝕，然而價格昂貴，無實用價值。作者采用表面改性SiC管及氮化硅結(jié)合SiC管，其規(guī)格為Φ25～50×1200?L。用于三洋公司、戴卡輪轂、大長江集團、大連利優(yōu)比公司等，替代進口產(chǎn)品效果也很好。
2.2鋁電解液連續(xù)測溫
關(guān)于鋁電解液連續(xù)測溫，早在70年代就有人選用SnO2+2%Fe2O3氧化物陶瓷作保護管，浸入鋁電解液中進行連續(xù)測溫，但此種保護管抗熱震性不好，容易炸裂；80年代初，前蘇聯(lián)將熱電偶埋在爐襯內(nèi)間接測量鋁電解液溫度。但是，測量結(jié)果可靠性差，溫度信號嚴(yán)重滯后，難以準(zhǔn)確反映電解液溫度。1985年丘竹賢院士等又采用鋅鐵尖晶石涂層法，使其熱電偶在鋁電解液中的使用壽命達1個月，但涂層工藝不夠穩(wěn)定，壽命較短而未實用化。
為了攻克鋁電解液連續(xù)測溫難關(guān)，作者又開發(fā)出MPT-2型鐵基合金保護管，并采用整體嵌合式，一次澆鑄成形連續(xù)測溫用熱電偶，規(guī)格為Φ35×500?L它有以下特點：
?、購姸雀?、韌性好；
?、趬勖L、不粘電解質(zhì)；
?、垤`敏度高，響應(yīng)速度快。
今后將努力提高熱電偶使用壽命，使其盡早用于鋁電解槽溫度控制。
3鋁電解質(zhì)溫度間歇式在線測量裝置
由于鋁電解質(zhì)溫度連續(xù)在線測量方式尚不能滿足生產(chǎn)要求，因此，國內(nèi)外多采用人工間歇式測溫，所得數(shù)據(jù)對于控制系統(tǒng)是離線數(shù)據(jù)，需要人工輸入，不能對電解槽進行實時監(jiān)控。電解槽是一個大滯后系統(tǒng)，并不是每次進行槽況解析時都需要采集溫度參數(shù)，只有在發(fā)現(xiàn)電解槽熱平衡可能出現(xiàn)變化時，才需要采集和處理溫度信號。這種需要是隨機的，因此，作者同沈陽鋁鎂院、包鋁合作開發(fā)出一種間歇式測溫裝置，在槽控機控制下進行在線測溫。法國類似間歇式測溫裝置已用于生產(chǎn)過程的在線控制。
