Phân tích năm loại vật liệu ống bảo vệ phổ biến để đo nhiệt độ công nghiệp – Kết hợp chính xác để bảo vệ nhiệt độ-Phạm vi cao{1}}

Trong luyện kim, xử lý hóa học, sản xuất điện và sản xuất vật liệu tiên tiến, ống bảo vệ là thành phần cốt lõi của cảm biến nhiệt độ, trực tiếp xác định độ chính xác của phép đo, độ tin cậy của thiết bị và tuổi thọ sử dụng. Hiện tại, năm vật liệu chính bao gồm phần lớn các kịch bản đo nhiệt độ công nghiệp, cung cấp các giải pháp tiêu chuẩn hóa cho các phạm vi nhiệt độ và điều kiện môi trường khác nhau.

Dựa trên các thông số kỹ thuật của ngành, năm loại vật liệu – thép không gỉ 1Cr18Ni9Ti, siêu hợp kim GH3039, gốm sứ, cacbua silic và kim loại chịu lửa – đã trở thành lựa chọn chính cho ống bảo vệ do hiệu suất ổn định và ứng dụng hoàn thiện của chúng. Mỗi vật liệu có một vai trò riêng biệt, bổ sung cho các vật liệu khác để tạo thành một hệ thống bảo vệ hoàn chỉnh, từ nhiệt độ thông thường đến nhiệt độ cực cao và từ khí quyển thông thường đến môi trường ăn mòn nghiêm trọng.

1. 1Ống bảo vệ bằng thép không gỉ Cr18Ni9Ti (Lựa chọn cơ bản cho các điều kiện thông thường)

Là vật liệu cơ bản có mục đích chung, thép không gỉ 1Cr18Ni9Ti là loại được sử dụng rộng rãi nhất, mang lại các đặc tính cân bằng, chi phí thấp và công nghệ xử lý được thiết lập tốt. Nhiệt độ sử dụng lâu dài của nó là 800 độ, với khả năng chịu đựng ngắn hạn lên tới 900 độ. Nó phù hợp với phần lớn các ứng dụng công nghiệp ở nhiệt độ trung bình và thấp, bao gồm lò nung thông thường, thiết bị HVAC và dây chuyền sản xuất hóa chất tiêu chuẩn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trong môi trường tắm muối ở nhiệt độ khoảng 850 độ, tuổi thọ của nó bị hạn chế và cần thận trọng trong môi trường ăn mòn ở nhiệt độ cao.

2. Ống bảo vệ siêu hợp kim GH3039 (Lựa chọn cốt lõi cho điều kiện nhiệt độ trung bình-cao)

Siêu hợp kim GH3039 thể hiện khả năng chống oxy hóa và độ bền nhiệt tuyệt vời, ít biến dạng hoặc không bị oxy hóa ở nhiệt độ cao và độ ổn định nhiệt của nó tốt hơn đáng kể so với thép không gỉ thông thường. Nó được khuyến khích sử dụng lâu dài ở nhiệt độ lên tới 850 độ và có thể chịu được tiếp xúc ngắn hạn ở nhiệt độ 900‑1000 độ (tùy thuộc vào điều kiện cụ thể). Nó được ứng dụng trong các lò nung nhiệt độ cao, lò xử lý nhiệt và dây chuyền luyện kim nhiệt độ trung bình cao, lấp đầy một cách hiệu quả khoảng cách về hiệu suất của thép không gỉ ở nhiệt độ cao hơn.

3. Ống bảo vệ bằng gốm (Dành cho nhiệt độ cực cao và ăn mòn nghiêm trọng)

Đối với điều kiện hoạt động trên 1300 độ có khả năng ăn mòn mạnh, ống gốm alumina (corundum) là lựa chọn hàng đầu. Nhiệt độ sử dụng lâu dài của chúng đạt tới 1600 độ và ngắn hạn lên tới 1800 độ. Chúng có khả năng chống chịu nhiệt độ cao và ăn mòn axit/kiềm vượt trội, khiến chúng thích hợp để đo nhiệt độ trong môi trường ăn mòn ở nhiệt độ cao. Vật liệu có độ cứng cao và chịu được ba chu kỳ sốc nhiệt từ 1300 độ đến nhiệt độ phòng mà không bị nứt, cho thấy khả năng chống sốc nhiệt nhất định. Tuy nhiên, do độ giòn tổng thể và độ bền va đập hạn chế nên vẫn cần tránh sự dao động nhiệt độ nghiêm trọng và tác động cơ học. Hơn nữa, vật liệu này không được áp dụng trong môi trường có chứa hơi nước hoặc trong môi trường có tính khử – việc lựa chọn phải phù hợp chặt chẽ với môi trường hoạt động.

4. Ống bảo vệ bằng cacbua silic (Dành cho kim loại nóng chảy và điều kiện nhiệt độ cao bị mài mòn)

Để đo nhiệt độ trong kim loại nóng chảy và các môi trường mài mòn, nhiệt độ cao khác, cacbua silic mang lại những ưu điểm khác biệt. Nhiệt độ sử dụng lâu dài của nó là 1600 độ, với khả năng hoạt động ngắn hạn lên tới 2000 độ (ổn định trong không khí lên tới 1600‑1650 độ). Trên 1200 độ, một màng oxit SiO₂ bảo vệ hình thành trên bề mặt, mang lại khả năng chống oxy hóa tốt. Vật liệu này kết hợp tính dẫn nhiệt và khả năng chống sốc nhiệt tuyệt vời, chống nứt khi thay đổi nhiệt độ nhanh, đồng thời độ cứng cao và khả năng chống mài mòn vượt trội cho phép vật liệu chịu được sự tiếp xúc kéo dài với dòng chảy tốc độ cao và môi trường nóng chảy. Đây là lựa chọn ống chuyên dụng để đo nhiệt độ kim loại nóng chảy luyện kim và dây chuyền sản xuất dễ bị mài mòn ở nhiệt độ cao.

5. Ống bảo vệ kim loại chịu lửa (Dành cho nhiệt độ cực cao trên 1600 độ)

Đối với điều kiện nhiệt độ cực cao trên 1600 độ trong bầu khí quyển cụ thể, ống kim loại chịu lửa – làm bằng molypden, tantalum hoặc vonfram – là giải pháp khả thi duy nhất. Ống molypden có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ lên tới 1800 độ, với nhiệt độ làm việc tối đa là 2300 độ; ống vonfram lên tới 2500 độ; và ống tantalum lên đến 2200 độ. Những vật liệu này đặc biệt thích hợp cho môi trường chân không, trơ hoặc khí quyển khử ở nhiệt độ cực cao, nơi mà các vật liệu thông thường không thể sử dụng được. Chúng đáp ứng nhu cầu sản xuất vật liệu tiên tiến, luyện kim đặc biệt và xử lý nhiệt chân không. Hạn chế nghiêm trọng: molypden và vonfram rất dễ bị oxy hóa trong môi trường oxy hóa; chúng bị nghiêm cấm sử dụng trong môi trường không khí hoặc chứa oxy. Không khí lò phải được xác minh cẩn thận trước khi lựa chọn.

Bảng tóm tắt lựa chọn

Kiến thức chính xác về giới hạn nhiệt độ, cường độ hiệu suất và các hạn chế áp dụng của từng vật liệu giúp tránh các lỗi lựa chọn có thể dẫn đến hư hỏng cảm biến hoặc đo lường không chính xác. Điều này cải thiện đáng kể độ ổn định và hiệu quả bảo trì của hệ thống đo nhiệt độ công nghiệp, cung cấp sự hỗ trợ đáng tin cậy để kiểm soát nhiệt độ chính xác và sản xuất an toàn.