Защо защитните тръби на термодвойките се повреждат преждевременно или се отклоняват в стъклените пещи

Защо защитните тръби на термодвойките се повреждат преждевременно или се отклоняват в стъклените пещи

След дванадесет години експлоатация при процесите на топене на стъкло често срещан проблем е, че показанията на термодвойката постепенно се отклоняват или защитната тръба се поврежда много преди планирания цикъл на експлоатация. Температурата в пещта е стабилна и елементът на термодвойката е от подходящия тип, но въпреки това показаната температура се отклонява с десетки градуси, а тръбата се напуква или изтънява в зоната на стъклото или в горивната камера. Основните фактори са скоростта на корозия, причинена от алкални пари или разтопено стъкло, и топлинната проводимост на материала на тръбата, които заедно определят както експлоатационния срок, така и закъснението в температурната реакция.

Тръбите от алумина (обикновено 99 % Al₂O₃) издържат сравнително добре на въздействието на разтопеното стъкло и алкалните пари благодарение на своята химическа стабилност, но имат умерена топлопроводимост (около 25–30 W/m·K) и ограничена устойчивост на термичен шок. Тръбите от силициев карбид, особено спечените или рекристализираните видове, предлагат по-висока топлопроводимост (често 30–50 W/m·K или повече) и по-добра устойчивост на термичен шок, което намалява закъснението в реакцията, но при някои видове може да възникне повърхностно окисляване или реакция в силно алкални атмосфери. Корозията протича чрез реакция на алкални оксиди с повърхността на тръбата, като се образува слой с ниска точка на топене, който бавно се разтваря или се отчупва. В местата на потапяне корозията протича по-бързо; в горната част или надстройката корозията се дължи на кондензацията на пари. Изтъняването на стената увеличава риска от механична повреда, докато дебелата стена или стената с ниска проводимост увеличава времевата константа на измерването.

В пещ за стъкло в контейнери, работеща при 1450–1500 °C, две защитни тръби със затворени краища бяха монтирани една до друга в горната част на пещта за период от 90 дни. Тръбата от алумина (първоначална дебелина на стената 6 mm) показа средно изтъняване от 1,2 mm в най-горещата зона и измерена времева константа от приблизително 45 секунди при промяна на натоварването на горелката. Тръбата от синтериран силициев карбид (първоначална дебелина на стената 5 мм) показа изтъняване от 0,7 мм при същите условия и времева константа от приблизително 28 секунди. В нито една от двете тръби не се появиха проникващи пукнатини. След изваждането повърхността на тръбата от алумина имаше тънък реакционен слой, съдържащ натрий и калий; повърхността на тръбата от силициев карбид имаше тънка силициева кора с ограничено проникване на алкали. Температурните показания от тръбата от силициев карбид проследяваха промените в процеса по-точно, докато тези от тръбата от алумина изоставаха достатъчно, за да се наложи по-голяма мъртва зона на регулиране.

Следователно изборът на тръба представлява баланс между устойчивостта на корозия, топлинната проводимост и дебелината на стената за конкретното място на приложение. При контрола на корозията на стъклените защитни тръби за термодвойки в пещите практичните променливи са чистотата на материала, плътността и излагането на алкални пари в сравнение с директния контакт със стъклото. Характеристиките на стъклото на обвивката на термодвойката – алуминиев оксид срещу SiC – се потвърждават чрез измерване на загубата на дебелина на стената и времето за реакция при едни и същи условия в пещта, а не само въз основа на лабораторни данни за корозия. Продължителността на експлоатация на тръбата на термодвойката в разтопено стъкло се удължава, когато материалът е устойчив както на химично въздействие, така и на термичен шок при работната температура. Когато показанията се отклоняват или тръбите се повредят преждевременно, потвърждаващите доказателства са измерванията на дебелината на стената и наблюдаваният времеви лаг при известна температурна промяна. Изборът на тръба с по-висока проводимост и адекватна устойчивост на корозия, както се вижда от намаляването на изтъняването от 1,2 мм на 0,7 мм и на времевата константа от 45 с на 28 с при сравнението на короните, подобрява както отзивчивостта на измерването, така и експлоатационния живот при работа в стъклени пещи.