Per què els tubs de protecceció de termoparells fallen prematurament o es desvien en forns de vidre

Per què els tubs de protecceció de termoparells fallen prematurament o es desvien en forns de vidre

Després de dotze anys donant suport a les operacions de fusió de vidre, un problema recurrent és que les lectures del termoparell es desvien gradualment o que la tub de protecció falla molt abans de la campanya programada. La temperatura del forn és estable i l'element del termoparell és del tipus correcte, però la temperatura indicada es desvia en desenes de graus o el tub es trenca o s'aprima a la línia de vidre o a l'espai de combustió. Els factors subjacents són la velocitat de corrosió per vapors alcalins o vidre fosa i la conductivitat tèrmica del material del tub, que determinen conjuntament tant la vida útil com el retard en la resposta de la temperatura.

Els tubs d'alumina (normalment 99 % Al₂O₃) resisteixen raonablement bé l'atac del vidre fosc i dels vapors alcalins gràcies a la seva estabilitat química, però tenen una conductivitat tèrmica moderada (al voltant de 25–30 W/m·K) i una resistència limitada al xoc tèrmic. Els tubs de carbur de silici, especialment els de tipus sinteritzat o recristal·litzat, ofereixen una conductivitat tèrmica més alta (sovint de 30–50 W/m·K o més) i una millor resistència als xocs tèrmiques, la qual cosa redueix el retard de resposta, però alguns graus poden patir oxidació superficial o reaccions en atmosferes fortament alcalines. La corrosió es produeix per reacció dels òxids alcalins amb la superfície del tub, formant una capa de fusió baixa que es dissol o s'esquerda lentament. En les posicions d'immersió l'atac és més ràpid; a la corona o a la superstructura, l'atac està impulsat per la condensació de vapor. L'amortiment de la paret augmenta el risc de fallada mecànica, mentre que una paret gruixuda o de baixa conductivitat augmenta la constant de temps de la mesura.

En un forn de contenidors de vidre que funcionava a 1450–1500 °C, es van instal·lar dos tubs de protecció de capçal tancat costat a costat a la corona durant 90 dies. El tub d'alumina (paret original de 6 mm) va mostrar un aprimorament mitjà de 1,2 mm a la zona més calenta i una constant de temps mesurada d'aproximadament 45 segons quan es va canviar la càrrega del cremador. El tub de carboni de silici sinteritzat (paret original de 5 mm) va mostrar un aprimorament de 0,7 mm en les mateixes condicions i una constant de temps d'aproximadament 28 segons. No es van produir esquerdes de pas en cap dels dos tubs. Després de la seva retirada, la superfície d'alumina presentava una fina capa de reacció que contenia sodi i potassi; la superfície de carbur de silici tenia una fina escòria de sílice amb una penetració alcalina limitada. Les lectures de temperatura del tub de carbur de silici seguien més de prop els canvis del procés, mentre que el tub d'alumina anava prou a remolc com per requerir un marge mort de control més gran.

Per tant, la selecció del tub equilibra la resistència a la corrosió amb la conductivitat tèrmica i el gruix de la paret per a la ubicació específica. Pel control de la corrosió en forn de vidre de les tubs de protecció de termoparells, les variables pràctiques són la puresa del material, la densitat i l'exposició al vapor alcalí enfront del contacte directe amb el vidre. El rendiment del vidre de la màniga de termoparell d'alumina enfront del de SiC es confirma mesurant la pèrdua de gruix de la paret i el temps de resposta sota les mateixes condicions de forn, en lloc de basar-se només en dades de corrosió de laboratori. La vida útil del tub del termoparell en vidre fosc s'allarga quan el material resisteix tant l'atac químic com el xoc tèrmic a la temperatura de funcionament. Quan les lectures es desvien o els tubs fallen prematurament, la prova confirmatòria són les mesures del gruix de la paret i el retard temporal observat durant un canvi de temperatura conegut. La tria d'un tub amb una conductivitat més alta i una resistència adequada a la corrosió, com ho demostra la reducció del minvament de 1,2 mm a 0,7 mm i del temps constant de 45 s a 28 s en la comparació de la corona, millora tant la rapidesa de la mesura com la vida útil en servei en un forn de vidre.