BE1001249A5 - Structure protectrice pour un pyrometre a immersion. - Google Patents

Abstract

Pyromètre à immersion ayant une enveloppe externe comprenant un mélange de graphite et un oxyde de métal réfractaire pour mise en contact avec un métal fondu, une gaine interne enserrée dans cette enveloppe externe, cette gaine interne comprenant un tube métallique à extrémité fermée dans lequel l'extrémité fermée est en contact pour transfert thermique avec l'enveloppe externe, et un thermocouple à l'intérieur de la gaine interne.

Description

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   STRUCTURE PROTECTRICE POUR UN PYROMETRE A IMMERSION 
Fondement de l'invention
La présente invention concerne des pyromètres à immersion et plus particulièrement des structures pour protéger les éléments de mesure de la température dans les pyromètres utilises pour mesurer les températures des métaux fondus. 



   Plusieurs procédés industriels et scientifiques exigent la mesure et la régulation de températures   extremement   élevées. Par exemple, des mesures de la température des métaux fondus sont essentielles pour obtenir une regulation correcte des procédés dans l'industrie de la mise en oeuvre des métaux. Deux des instruments les plus communément utilisés pour déterminer les températures des métaux fondus sont le pyromètre optique et le thermocouple lance   a   usage unique. 



  Cependant, chacun de ces dispositifs présente des désavantages. Le pyromètre optique n'est pas suffisamment précis et peut seulement mesurer la température superficielle du metal fondu. Le thermocouple lance à usage unique est imprécis, ne permet pas une mesure continue de la température du métal fondu et son emploi implique quelques problèmes de sécurité pour la personne qui l'utilise. 



   A cause des défauts du pyromètre optique et du thermocouple lance à usage unique, des efforts considérables ont été fournis pour développer un pyromètre à immersion qui possède une capacité de lecture continue de longue durée. Dans un type de pyromètre   a   immersion, une jonction thermocouple est logée dans un tube consistant en un métal à température de fusion 

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 J élevée qui est revêtu d'une céramique, telle que A1203 j ou un mélange de   A1203   et de Cr203 qui protège le tube métallique contre le milieu de métal fondu. Cependant, à l'emploi, la couche ou les couches de céramique ont tendance à s'écailler et à permettre au metal fondu d'entrer en contact avec le substrat métallique et de l'attaquer.

   Le tube métallique interne ne peut résister à l'attaque des scories et/ou du métal fondu et, en même temps que   l'element   de mesure qui y est enfer-   me,   il est rapidement détruit. L'élément de mesure, habituellement un thermocouple constitué d'un métal noble, est eher et il est souhaitable qu'il puisse être réutilisé plusieurs fois. Cependant, les structures qui ont été conçues pour protéger les thermocouples présente une faible réponse thermique les rendant substantiellement inefficaces dans de nombreux cas. 
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  La demande de brevet des E. U. A. no. 



  775. 183, déposée le 12 septembre 1985, intitulée PYROMETRE A IMMERSION, décrit une gaine protectrice pour thermocouple, capable de résister à des chocs thermiques importants et présentant une bonne rosistance à la corrosion et à l'erosion par les métaux fondus. Bien que cette gaine ait une durée de service qui est relativement longue, il est souhaitable d'augmenter encore cette durée de service. 
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 Resume de l'invention 
Un but de la présente invention est par conséquent de fournir des moyens pour la protection d'un thermocouple à utiliser de manière intermittente ou continue durant une longue période de temps dans un milieu de métal fondu. 



   Un autre but de cette invention est de fournir un appareil pour mesurer la température des métaux fondus dans lequel des enveloppes protectrices 

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 internes et externes separables sont fournies pour l'élément de mesure de la temperature. 



   Un autre but encore de cette invention est de fournir un appareil pour mesure de la température qui combine plusieurs couches protectrices avec la caractéristique d'une bonne réponse thermique. 



   Un but encore de cette invention est de fournir un appareil pour mesure de la température qui suit rapidement et avec precision les variations de la température des bains de métaux fondus. 



   Selon la presente invention, on fournit un appareil pour mesure de la température comprenant une combinaison d'une gaine enfermant un   é1ément   de mesure de la température, cette gaine comprenant un tube metallique fermé a une extrémité, un element de mesure de la temperature disposé dans cette gaine pres de son extrémité fermée, et une enveloppe ayant une surface externe pour mise en contact avec des milieux fondus à températures élevées et une   cavite   interne pour contenir la gaine, cette cavité ayant une surface interne, une ouverture externe et une extrémité interne fermée, cette enveloppe comprenant un oxyde de metal réfractaire et du graphite,

   ce graphite étant présent en une concentration d'environ 10 à environ 35% en poids pour fournir une bonne   conductivite   thermique entre la surface externe de l'enveloppe et la surface interne de la cavité. 



   L'appareil de mesure de la temperature décrit ici combine une longévité mécanique appropriée avec une bonne résistance à la corrosion et   a   l'erosion en présence de scories et/ou de   metaux   liquides, ainsi qu'une réponse thermique rapide. Par exemple, une durée de service de plus de 100 heures dans un métal fondu peut être atteinte, avec la capacité de passer en huit minutes de la température   ambian te à 2850" F     (1565 C).   



  En outre, ces   proprietés   peuvent être obtenues à un 

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 coût relativement bas puisque, alors que l'élément de mesure peut etre coûteux, spécialement si on utilise un thermocouple constitué d'un   é1ément   noble, l'enveloppe externe protégera le tube métallique de la corrosion dans le milieu à température élevée. Un avantage supplémentaire est que, dans le cas d'une défaillance de l'enveloppe externe, la gaine interne fournira durant une longue période de temps une protection à   l'element   de mesure de la température place dans celle-ci. 



   L'enveloppe externe peut être installés dans une cuve ou dans tout autre récipient contenant le metal fondu et la gaine interne qui contient 1'élément de mesure de la température peut être inséré dans l'enveloppe externe et enlevé de celle-ci au gré de l'opérateur.   S'il   est nécessaire de remplacer le thermocouple alors que du métal fondu est présent dans le-récipient, le thermocouple et la gaine interne peuvent être enlevés de manière sure puisque ces composants ne sont pas en contact avec la masse fondue. A la fin d'une campagne de la cuve, par exemple, la gaine interne peut être enlevée et installée dans une autre cuve. 



   Brève description des dessins
La Figure 1 est une vue en coupe présentant la gaine interne et l'enveloppe externe avec une couche intermédiaire en matériau céramique. 



   La Figure 2 est une vue en coupe présentant des détails d'une gaine interne avec un thermocouple placé dans celle-ci. 



   La Figure 3 est une vue en coupe présentant des détails de couches protectrices de cermet et de céramique pour la gaine interne dans une application préférée de cette invention. 

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   Description détaillée de l'invention
La Figure 1 est une vue en coupe d'un appareil de mesure de la temperature 1 ayant une gaine interne 11 qui contient un element de mesure de la température (non représenté), centrée dans l'enveloppe externe 2, avec une couche intermédiaire de céramique 6 coulée entre la gaine interne 11 et l'enveloppe externe 2. L'appareil de mesure de la température 1 est construit de manière à pouvoir   etre   inséré dans un orifice placé dans les parois ou au sommet d'une cuve contenant les métaux fondus et peut être mis en place au moyen de la bride 4 sur une cuve devant contenir le métal liquide. 



  Gaine interne
La gaine interne 11 doit posséder une grande résistance aux températures élevées, et l'invention propose l'utilisation soit d'un tube métallique ou soit d'un tube métallique revêtu d'une céramique ou d'un cermet. Les tubes métalliques qui peuvent être utilisés comprennent le molybdène et les aciers au nickel-chrome, tels que les aciers inoxydables. Le molybdène est le métal préféré pour les tubes non revêtus puisqu'il semble avoir une réactivité limitée avec le matériau de l'enveloppe externe. 



   Bien que des tubes métalliques non revetus, tels que des tubes en molybdène ou en acier inoxydable puissent être utilisés, la structure préférée pour la gaine interne 11 est un tube revetu de cermet et la . structure la plus indiquée est décrite dans la demande de brevet des Etats-Unis précitée no.   775. 183, déposée   le 12 septembre 1985 et intitulée PYROMETRE A IMMERSION. 



  Comme décrit et comme présenté dans les Figures 2 et 3, un tube métallique 12, qui est de préférence en molybdène, est revêtu de plusieurs couches graduelles 

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 poreuses 14 d'un cermet et d'une couche externe d'une céramique. Comme il sera décrit de manière plus détaillee ci-dessous, les couches de cermet graduelles sont des couches minces contenant A1203-Cr203 et du   molyb-   dène avec une concentration en molybdène décroissante au fur et à mesure que   l'on s'approche   de la couche de céramique externe. 



   Le tube à extrémité fermée 12 délimite la cavité 13 qui contient la jonction thermocouple 54. Les fils 50 et 52 du thermocouple interconnectent la tete terminale 62 avec la jonction thermocouple 54 et sont maintenus en place dans la gaine 11 par un isolant à double perforation, non représenté. La tête terminale 62 peut être garnie de joints, non représentés. 



   Le tube métallique 12 est formé selon des procédés connus dans la pratique à partir d'un métal ou d'un alliage métallique qui possède les propriétés requises,   c. a. d.   un haut point de fusion et une réaistance aux températures élevées. Grace à ses excellentes propriétés mécaniques aux températures élevées, le molybdène est un métal de choix pour des emplois à des températures   extremement   élevées. La conductivité thermique et la chaleur spécifique du métal du tube contrôlent l'augmentation de température à l'intérieur du tube et il en résulte un milieu bénin pour l'assemblage du thermocouple.

   On peut utiliser du molybdène contenant de faibles quantités de titane et de zirconium, et l'avantage de l'alliage résultant est de fournir un tube plus résistant qu'un tube prepare à partir de molybdène pur parce que l'alliage tend à inhiber la recristallisation aux températures concernées. 



   Des tubes constitués d'acier inoxydable sont employés de manière tout   a   fait satisfaisante en tant que gaine interne ou en tant que composant de 

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 gaine interne quand les températures de matières à bas point de fusion, comme par exemple l'aluminium ou le laiton, doivent etre mesurées. Comparé au molybdène, l'acier inoxydable est avantageux du point de vue du 
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 coût et, pour cette raison, 11 peut etre le métal à choisir dans certains cas.

   Bien que, comme indique ci-dessus, des métaux autres que le molybdène ou des alliages de molybdène puissent etre utilisés pour le tube, dans la description suivante le tube sera considéré comme étant un tube en molybdène. 11 est bien entendu que ceci ne limite pas l'invention et les experts en cette matière seront capables de remplacer le molybdène par d'autres matières appropriées. 



   Bien que le molybdène ait une température de fusion   extremement   élevée, il s'oxyde aisément aux températures élevées. Le molybdène est aussi attaqué par les gaz chimiquement aggressifs qui sont présents au voisinage d'une masse métallique fondue. Pour ces raisons, un revêtement protecteur doit être utilisé pour protéger le tube en molybdène de son environnement quand il est soit à l'intérieur ou soit à l'extérieur de l'enveloppe externe 2. 



   Suivant l'application préférée de l'invention et comme décrit dans la demande de brevet des   Etats-Unis, précitee no'. 775. 183 ;-i'ndiquee   ci-dessus le tube en molybdène est protégé contre son environnement par un revêtement comprenant plusieurs couches poreuses d'un cermet, alumine-oxyde de chrome-molybdène, qui sont appliquées sur la surface externe du tube, comme par exemple au moyen d'un procédé de pulvérisation par plasma d'arc. 



   Quand on applique les revêtements   cérami-   ques sur des substrats, tels que ceux constitués de céramique ou de metal, il est de pratique commune d'adapter les coefficients d'expansion thermique du 

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 substrat et du matériau de revetement afin de minimiser les tensions thermiques survenant lors des variations de températures et qui pourraient affaiblir et finalement détruire les revetements. Cependant, l'adaptation des coefficients d'expansion thermique des matériaux de   revetement   et du substrat limite fortement le choix des matériaux qui peuvent etre efficacement utilises pour les revetements.

   Dans la for-ne préférée de la présente invention, on tire avantage des déséquilibres d'expansion thermique entre la céramique et le molybdène pour produire une tension mécanique contrôlée provoquant de fines micro-craquelures bien contrôlées dans le revêtement. Ces micro-craquelures qui sont représentées dans la Figure 3 par le numéro 15, ainsi que la quantité de porosité appropriée dans les couches de revêtement, ont pour résultat un écran protecteur ayant une excellente résistance aux chocs thermiques ainsi   qu'unie   très bonne longévité chimique dans des milieux hostiles. 



   Les couches poreuses d'un cermet comprenant alumine-oxyde de chrome-molybdène peuvent être directement appliquées sur la surface externe du tube métallique 12 qui a été de préférence rendu rugueux, comme par exemple par sablage, afin d'améliorer l'adhérence du revetement protecteur. Cependant, dans le procédé préféré de la présente invention, la surface externe du tube métallique 12 est d'abord revetue d'une couche poreuse de molybdène 16 formée   a   partir de poudre de molybdène, comme par exemple par pulvérisation par plasma d'arc de la poudre sur la surface du tube 12. 



   La Figure 3 illustre le revetement protecteur graduel 14 qui consiste en une couche fixée de molybdène poreux 16 suivie par des couches de cermet poreux 18,20, 22 contenant un mélange alumine-oxyde de chrome-molybdène, le molybdène étant présent en des concentrations décroissantes quand on progresse de la 

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 surface interne vers la surface externe. La couche externe 24 est substantiellement formée de 100 % d'alumine-oxyde de chrome. 



   De manière appropriée, l'alumine-oxyde de chrome contient l'oxyde de chrome en une concentration 
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 d'environ 10 à environ 30 moles %, et la poudre d'alumine-oxyde de chrome préférée contient l'oxyde de chrome en une quantité d'environ 20 moles %. A1203Cr203 contenant environ 20 moles % d'oxyde de chrome a un coefficient d'expansion thermique d'environ 8 parties par million par degré centigrade. 



   Le molybdène a un coefficient d'expansion thermique d'environ 5, 4 parties par million par degré centigrade, ce qui se traduit par une différence de 45 % entre les coefficients d'expansion thermique de la céramique et du molybdène. 



   Bien que l'alumine et l'oxyde de chrome puissent être préparés par mélange mécanique de poudre d'alumine et dioxyde de chrome, le matériau préféré est une poudre que   l'on   a fait complètement réagir par une seconde cuisson. 



   Dans la forme de gaine interne préférée, la première couche poreuse qui est adjacente au substrat de molybdène est formée à partir de poudre de molybdène. 



  Les couches suivantes ont une concentration en molybdène décroissante et une concentration croissante en céramique, et la couche externe est constituée de 100 % de céramique. Bien que le degré des variations réalisees dans les compositions d'une couche à l'autre ne soit pas critique, dans le procédé préféré de l'invention, la variation de la concentration du molybdène en volume pourcent suit une relation linéaire en progressant de la couche interne   ä   la couche externe. 



   Bien que le nombre de couches de cermet puisse être compris dans une gamme de 2 à 10 ou plus, 

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 I de préférence de 3 à 9, 11 y a peu d'avantage   ä   aller au-delà d'environ 5 couches et le coût de fabrication de la gaine interne augmente avec le nombre de couches utilisées. Dans le procédé de fabrication préféré de la gaine interne, le   revetement   protecteur graduel 14 consiste en cinq couches débutant avec 100 % de molybdène pour la première couche, 75-25 % de céramique pour la seconde couche, 50 % de molybdène et 50 % de céramique pour la troisième couche, 25 % de molybdène et 75 % de céramique pour la quatrième couche et 100 % de céramique pour la cinquième couche. 



   L'épaisseur totale des diverses couches peut etre de manière appropriée comprise dans une gamme d'environ 0, 020 pouce   (0, 5 mm) ä   environ   0, 040 pouce   (1, 0 mm). Dans le procédé préféré de l'invention, la couche de molybdène poreuse est adjacente au tube de molybdène et chaque couche successive de cermet poreux a une épaisseur d'environ 0, 002 pouce (0,05 mm) à environ 0, 004 pouce (0, 10 mm) et la couche de céramique externe a une épaisseur d'environ   0, 015   pouce (0, 38 mm)   ä   environ 0, 025 pouce   (0, 63 mm).   Un contrôle précis de l'épaisseur des diverses couches   n'est   pas essentiel pour produire une gaine interne qui résiste aux chocs thermiques.

   Cependant, dans le procédé préféré de l'invention, chaque couche de molybdène et de cermet a approximativement la   mêrne   épaisseur, par exemple environ, 0, 003 pouce (0, 08 mm). 



   11 est essentiel que les couches de cermet aient une porosité d'environ 4 à environ 33 %. La gamme de porosité préférée est d'environ 15-30 % et 1'optimum est d'environ 20-25 %. Bien que la fonction des pores ne soit pas totalement expliquée, on pense que les pores adaptent l'expansion du matériau dans les couches quand celui-ci est soumis a un milieu   ä   temperature élevée. Les valeurs de la porosité données ici sont 

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 déterminées par microscopie optique en utilisant des techniques   stéréo1ogiques   standards. 



   Le procédé préféré pour obtenir la porosité souhaitée s'effectue en appliquant les couches de molybdène, de cermet et de céramique par un procédé par plasma d'arc. Ce procédé s'est révélé   etre   particulièrement intéressant car il permet de controler les paramètres critiques de la structure superficielle et de la porosité des couches. Le degré de porosité d'une couche de métal, de cermet ou de céramique déposée par un procédé de revêtement par pulverisation en plasma d'arc est essentiellement déterminé par la grandeur des paramètres opératoires, à savoir : (1) la puissance donnée à l'arc, (2) le débit d'alimentation de la poudre, (3) l'angle et la distance entre la surface du substrat et le bec du pulvérisateur, et (4) la vitesse de passage du bec du pulvérisateur au-dessus de la surface du substrat. 



   La puissance peut   etre   comprise de manière appropriée dans une gamme d'environ 15 à environ 45 kW et le niveau préféré de puissance est d'environ 30   a   environ 40 kW. Une diminution de la puissance a pour résultat une augmentation de la porosité de la couche de revêtement. 



   Le débit d'alimentation de la poudre peut   etre   compris dans la gamme d'environ 6 livres (2, 7 kg)   AL   environ 10 livres (4, 5 kg) par heure. Une diminution du débit d'alimentation de la poudre a pour résultat une diminution de la porosité de la couche de revêtement. 



   Le bec du pulvérisateur est de préférence maintenu à une distance d'environ 2 pouces (50 mm) à environ 6 pouces (150 mm) de la surface du substrat. 



  La porosité de la couche de revêtement crolt avec l'augmentation de la distance entre le bec du 

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 I pulvérisateur et le substrat. 



   L'angle que les particules pulvérisées font par rapport à une ligne perpendiculaire à l'axe de l'élément à traiter par pulvérisation peut atteindre 300 ; cependant, l'angle préféré est d'environ 00 à environ 100. Si l'angle de l'impact augmente, la porosite augmente. La vitesse de passage du bec du pulvérisateur le long de la surface du substrat peut   etre   comprise de manière appropriée dans une gamme d'environ 4 pouces (10 cm) à environ 12 pouces (30 cm) par seconde. La porosité augmente si la vitesse de passage augmente. 



   Dans le procédé préféré, le substrat est soumis A rotation lors de la pulvérisation. Une vitesse de rotation caractéristique est d'environ 600 révolutions par minute pour un substrat tubulaire de 1/2 pouce (12, 7 mm). 



   Pour effectuer le procédé de revêtement, le substrat doit être chauffé, de préférence à une tempé- 
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 rature comprise dans la gamme d'environ 200OF (930C) à environ 500 F   (2600C).   Bien qu'une modification de la température du substrat puisse modifier le degré de porosité jusqu'à un certain point, cet effet reste cependant mineur. 



   Le type et la force des gaz du plasma ont aussi un léger effet sur la régulation du degré de porosité. Des gaz utiles sont un   melange   d'azote et d'hydrogène en un rapport volumétrique de l'azote à l'hydrogène d'environ 4 : 1 à environ 8 : 1. Des debits utiles caractéristiques sont de 2, 5 pieds cubes standards (71 dm3) à 5 pieds cubes standards (142    dom 3   par minute pour l'azote et de 0, 3 pied cube standard   (8, 5 dm3) à 0, 6   pied cube. standard. (17    dm3)   par minute pour l'hydrogène. 

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 I Enveloppe externe
Comme indique à la Figure'l, l'enveloppe externe 2 est prévue pour protéger l'assemblage interne contre le metal fondu et la couche de scories.

   L'enveloppe externe 2 est constituée d'un mélange de graphite et d'un oxyde de métal, et des mélanges utiles   caracté-   ristiques sont alumine-graphite-silice, zirconegraphite, magnésie-graphite ou une quelconque de leurs combinaisons. La concentration du graphite est choisie de façon à conférer une bonne conductivité thermique à l'enveloppe et peut être comprise dans la gamme d'environ 10 % à environ 35 % en poids. La concentration du graphite est de préférence dans la gamme d'environ 
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 25 % à environ 35 %. 



   L'enveloppe externe 2 est fermée à une de ses extrémités afin de fournir une cavité 3 pour la gaine interne 11. La cavité 3, ayant une extrémité inférieure 7 et une extrémité supérieure 9, est dimensionnée de façon à s'adapter avec frottement doux autour de l'extrémité de la gaine interne 11 pour fournir ainsi une faible résistance à la chaleur vers la gaine 11 et la jonction thermocouple 54. 



   Les dimensions des parois qui forment la cavité 3 sont choisies de façon à fournir une bonne réponse thermique durant une longue période de temps. 



  Si les parois sont trop minces, la durée de vie est courte et si les parois sont trop épaisses, la réponse thermique est faible. Une épaisseur de paroi d'extrémité inférieure à 1/4 pouce (6, 5 mm) est trop fragile et une épaisseur de paroi d'extrémité de   1   pouce (25, 4 mm) ou plus a pour resultat une faible réponse thermique. 



  L'épaisseur préférée pour la paroi d'extrémité est de 1/4 pouce   (6,5 mm) à   1/2 pouce (12, 7 mm) et l'épaisseur optimum est d'environ 1/2 pouce   (12,7 mm). L'épaisseur   de la paroi latérale ne doit pas etre inférieure à 

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1/2 pouce (12, 7 mm) et elle est de préférence d'environ 1/2 pouce   (12,7 mm) à   environ 1 pouce (25, 4 mm). 



   La cavité 3 doit s'étendre suffisamment loin de l'extrémité de l'enveloppe 2 pour entourer le thermocouple 54, et plus grande est la profondeur de la cavité meilleure est la réponse thermique. Une profondeur d'environ 12 pouces (30 cm) de l'extrémité inférieure 7   ä   l'extrémité supérieure 9 peut être la   , limite superieure   pratique si   llon   considère les coûts de fabrication de cavités longues et fines, et une gamme de profondeurs appropriées est d'environ 1/2 pouce (12, 7 mm) à environ 12 pouces (300 mm). La profondeur préférée est d'environ 2 pouces (50   mm).   



   Bien que la cavité interne 3 soit conçue de façon   ä   s'adapter avec frottement doux autour de l'extrémité de la gaine 11, dans une application préférée de l'invention, la partie extérieure 5 de la cavité dans l'enveloppe 2 a un diamètre plus grand que celui de la gaine et, mieux encore, a un diamètre d'environ 1/8 pouce (3 mm)   ä   environ 1 pouce (25, 4 mm) plus grand que le diamètre de la gaine. 



   La gaine interne 11 est maintenue dans l'enveloppe 2 et est écartée de celle-ci par une alumine coulable 6. Une cavité de dimensions appropriées pour la gaine interne peut etre formée en insérant dans la cavité de l'enveloppe externe 2 un mandrin de coulée qui a la meme dimension et la même forme que la gaine interne. Une matière réfractaire coulable telle que de l'alumine est ensuite chargée dans la cavité annulaire jusqu'à ce que le vide soit complètement comblés Le mandrin est ensuite enlevé et l'assemblage thermocouple est installé dans la cavité laissée par l'enlèvement du mandrin.

   Pour obtenir une réponse thermique adequate, il est essentiel que l'extrémité de la gaine interne soit en contact thermique direct avec l'enveloppe 

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 externe ; par consequent, la matière réfractaire coulable 6 ne doit pas remplir le fond de la cavité 3 de l'enveloppe externe. 



   Le graphite sert à augmenter la conductivité thermique de l'enveloppe et sa présence dans le mélange a pour résultat une bonne réponse thermique. La concentration du graphite peut dépendre, jusqu'à un certain point, de l'environnement auquel l'enveloppe est exposée. Par exemple, le zircone est un excellent oxyde de métal pour emploi au contact des scories, et afin de tirer un avantage complet des propriétés du zircone, la concentration du graphite peut être maintenue relativement basse, c. a. d. d'environ 10 % à environ 20 %. De manière caractéristique, la concentration du graphite dans le mélange oxyde de métal-graphite peut être comprise dans la gamme d'environ 20 % à environ 35 %, et de préférence d'environ 25 % à environ 30 %. 



   Les oxydes de métaux alumine, zircone ou magnésie ou leurs mélanges peuvent substantiellement constituer le reste du mélange, ou bien d'autres matériaux pour températures élevées tels que, par exemple, SiC et   SiOp, peuvent etre presents   en des quantités s'elevant jusqu'à environ 15 à 20 %. 



   Des structures réfractaires possédant les compositions indiquées plus haut, sont commercialement disponibles et plusieurs de ces structures peuvent   etre   modifiées pour emploi selon la présente invention. Le Tableau suivant présente la composition chimique de quelques unes de ces matières réfractaires. 

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  I Composition % 
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<tb> 
<tb> Composant <SEP> I <SEP> 11 <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII
<tb> Al <SEP> 203 <SEP> 42-46 <SEP> 43-47 <SEP> 38-42 <SEP> 49-53 <SEP> 52 <SEP> ZrO-3-5 <SEP> 6-8 <SEP> 4-6-65-69 <SEP> 75-79
<tb> C <SEP> libre <SEP> 27-29 <SEP> 28-30 <SEP> 24-26 <SEP> 27-29 <SEP> 31 <SEP> 16-18 <SEP> 11-13
<tb> SiO <SEP> 19-23 <SEP> 13-17 <SEP> 17-19 <SEP> 3-5 <SEP> 13 <SEP> - <SEP> SiC <SEP> 4-6 <SEP> 4-6 <SEP> 8-10 <SEP> 8-10-9-11 <SEP> 5-7
<tb> Autre----5--
<tb> 
 
Comme indiqué ci-dessus, un tube en molyb-   dène   non revêtu peut être utilisé comme gaine interne. 



  Un tube en molybdène non revêtu, comparé aux tubes revêtus, présente l'avantage d'un coût moindre, et son attaque dans l'environnement de l'enveloppe externe contenant du graphite, comme   par exemple pres   de l'extrémité qui est insérée dans la cavité 3, est limitee. Un contact entre un tube en molybdène et la composition réfractaire oxyde-graphite de l'enveloppe externe a pour resultat une carburation bien régulée de la surface du tube en molybdène. La formation d'une surface carbure-oxyde sur le tube en molybdène ralentit la dégradation ultérieure du tube, fournissant ainsi une couche superficielle "auto-curative" qui permettra une longue durée de vie de surface, par exemple de plus de 100 heures.

   Le procédé préféré, par conséquent, est l'utilisation d'un revetement céramique protecteur puisque meme si l'enveloppe externe est défaillante, l'élément de mesure lui-même est protégé du métal fondu par le revetement céramique. 



   Après cette description de 1'invention, celle-ci est illustrée de manière plus détaillée   a   l'aide de l'Exemple suivant. 

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  Exemple
Un tube en molybdène d'épaisseur de paroi 0, 11 pouce (2, 8 mm), de diamètre 1/2 pouce (12, 7 mm) et longueur 12 pouces (305 mm) est nettoyé, dégraissé et sa surface externe est sablée avec de la poudre d'alumine. Le tube résultant, qui est prêt pour le revêtement, est préchauffé   a   une température d'environ   300OF     (149OC)   et, tout en le faisant tourner à 600 tpm, il est soumis à pulvérisation par plasma d'arc avec de la poudre de molybdène pour former une couche poreuse de 0, 003 pouce   (0,075 mm) d'épaisseur.   La pulvérisation est effectuée en alimentant la poudre de molybdène à un débit de 8 livres (3, 6 kg) par heure dans un arc formé à partir d'un   melange   de 85 % d'azote et de 15 % d'hydrogène et ayant une puissance de 35 kW.

   Le bec du pulvérisateur est maintenu à 4 pouces (101 mm) de la surface externe du tube en rotation et est déplacé parallèlement à l'axe du tube à une vitesse de 8 pouces (203 mm) par seconde. Le bec est maintenu à un angle tel que les particules de molybdène fondues frappent la surface externe du tube avec un angle de 100 par rapport à une ligne perpendiculaire à son axe. 



   Le tube revêtu de molybdène poreux résultant est à nouveau chauffe jusqu'à une température de 300 F   (149 C)   et est soumis à pulvérisation pour former une couche de céramique poreuse sur la couche de molybdène poreux, en utilisant comme matériau une poudre consistant en 75 % en volume de molybdène, et 25 % en volume de Al2O3-Cr2O3. Le rapport molaire entre   A1203   
 EMI17.1 
 et Cr203 est 4 : 1. 



   Une couche de 0, 003 pouce (0, 075 mm) d'épaisseur consistant en 50 % en volume de molybdène et 50 % en poids de Al2O3-Cr2O3, puis une couche de 0, 003 pouce   (0, 075 mm) d'épaisseur   de 25 % de molybdène et de 75 % de   A1203-Cr203 et enfin   une couche de 0, 020 

 <Desc/Clms Page number 18> 

 pouce   (0, 5 mm) d'épaisseur   de   A1203-Cr203 substantiel-   lement pur sont pulvérisées par plasma d'arc sur le tube en rotation sous des conditions substantiellement identiques à celles utilisées pour former les couches poreuses précédentes. Chaque couche poreuse a une porosité comprise dans la gamme de 20 à 25 %. Le tube est réchauffé à 300 F   (149OC)   entre chaque étape de   revetement.   



   Une enveloppe externe pour la gaine interne résultante est formée à partir d'un   melange   en poudre consistant en alumine-graphite-silice en des quantités de 52 % d'alumine, 31 % de graphite et 13 % de silice. 



  Le mélange, qui contient un agent liant, est   presse   isostatiquement autour d'un mandrin pour former un montage ayant la forme de l'élément 2 comme indique dans la Figure 1. Après la compression, le monolithe vert résultant est cuit afin de fuser ensemble les matériaux, et, après la cuisson initiale, la surface externe de l'enveloppe est revêtue d'un   melange   de verre fritté et de silice, puis est ensuite à nouveau cuite pour former un revêtement vitreux. Ce revêtement sert à inhiber l'oxydation du graphite.

   Un mandrin de coulee qui est légèrement plus large que la gaine interne est inséré dans la cavité et de l'alumine coulable est ensuite chargée dans la cavité annulaire résultante jusqu'à ce que le vide soit complètement rempli.   11   faut veiller à ce que l'alumine coulable ne remplisse pas la cavité située au bas de l'enveloppe externe. Le mandrin, qui avait été revêtu d'un agent de dégagement est ensuite enlevé. L'enveloppe est laissée à l'air pour prise durant 24 heures et est ensuite cuite à 675 F   (357 C)   durant 24 heures supplémentaires. 



  L'assemblage thermocouple est ensuite installé dans la cavité laissée par l'enlèvement du mandrin.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS l. Appareil pour mesure de la temperature, caractérise en ce qu'il comprend, en combinaison : a) une gaine pour enfermer un é1ément de mesure de la température, cette gaine comprenant un tube métallique ferme à l'extrémité; b) un element de mesure de la temperature placé à l'intérieur de cette gaine près de son extrémité fermée ;

   et c) une enveloppe ayant une surface externe pouvant entrer en contact avec des milieux fondus à temperature élevée, et une cavité interne pour maintenir la gaine, cette cavité interne ayant une surface interne, une ouverture extérieure et une extrémité interne fermée, cette enveloppe comprenant un oxyde de metal réfrac- taire et du graphite, et ce graphite étant présent en EMI19.1 une concentration d'environ 10 à environ 35% en poids pour fournir une bonne conductivite thermique entre la surface externe de l'enveloppe et la surface interne de la cavité.
2. 2. Appareil pour mesure de la température suivant la revendication l, caractérisé en ce que l'extrémité fermee de la gaine est en contact intime avec une partie de la surface interne de la cavité, et le reste du tube métallique réfractaire est maintenu écarte de la surface interne de la cavité, et l'espace entre la gaine interne et la surface interne de la cavite est substantiellement rempli d'un oxyde de metal réfractaire.
3. 3. Appareil pour mesure de la temperature suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'oxyde de metal réfractaire est l'alumine.
4. 4. Appareil pour mesure de la temperature suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la <Desc/Clms Page number 20> cavite et la gaine ont des sections droites circulaires, la cavité a une surface de section droite plus petite au niveau de son extrémité interne fermée qu'au niveau de son ouverture extérieure, et la surface de la section droite au niveau de l'extrémité fermée interne est environ egale à la surface de la section droite au niveau de l'extrémite fermée de la gaine.
5. 5. Appareil pour mesure de la température suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur axiale de la partie de la cavité qui a une surface de section droite plus petite est d'environ 1/2 pouce (12, 7 mm) a environ 12 pouces (305 mm).
6. 6. Appareil pour mesure de la temperature suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur axiale de la partie de la cavité qui a une section droite plus petite est d'environ 1/2 pouce (12, 7 mm) à environ 2 pouces (51 mm).
7. 7. Appareil pour mesure de la température suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre de la cavité au niveau de l'ouverture extérieure est d'environ 1/8 pouce (3, 2 mm) à environ 1 pouce (25, 4 mm) plus grand que le diamètre de la gaine.
8. 8. Appareil pour mesure de la température suivant la revendication l, caractérisé en ce que l'enveloppe externe contient du graphite en une concentration d'environ 25 pourcent à environ 30 pourcent.
9. 9. Appareil pour mesure de la temperature suivant n'importe laquelle des revendications 1-9, <Desc/Clms Page number 21> EMI21.1 caractérisé en ce que la gaine comprend un tube en métal réfractaire ä extrémité fermée, revêtu de plusieurs couches de cermet poreux, ces couches de cermet consistant essentiellement en oxyde d'aluminiumoxyde de chrome-molybdène ayant une porosité d'environ 4 pourcent à environ 33 pourcent, et une couche d'oxyde de chrome-oxyde d'aluminium substantiellement pure, couvrant la couche de cermet externe, cette couche de céramique ayant une porosité d'environ 4 pourcent ä environ 33 pourcent.
10. 10. Appareil pour mesure de la température suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube métallique comprend du molybdène.
11. 11. Appareil pour mesure de la température suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube métallique comprend un métal choisi parmi le groupe consistant en aciers au carbone et alliages nickel-chrome.