Hvorfor termoparbeskyttelsesrør går i stykker før tid eller udviser afvigelser i glasovne

Hvorfor termoparbeskyttelsesrør går i stykker før tid eller udviser afvigelser i glasovne

Efter tolv års drift i forbindelse med glassmeltning er et tilbagevendende problem, at termoelementernes måleværdier gradvist afviger, eller at beskyttelsesrøret svigter længe før den planlagte vedligeholdelseskampagne. Ovntemperaturen er stabil, og termoelementet er af den korrekte type, men alligevel afviger den angivne temperatur med flere tiere grader, eller røret revner eller bliver tyndere ved glaslinjen eller i forbrændingskammeret. De underliggende faktorer er korrosionshastigheden forårsaget af alkalidampe eller smeltet glas samt rørets varmeledningsevne, som tilsammen bestemmer både levetiden og forsinkelsen i temperaturresponsen.

Aluminiumoxidrør (typisk 99 % Al₂O₃) modstår angreb fra smeltet glas og alkalidampe rimeligt godt på grund af deres kemiske stabilitet, men de har en moderat varmeledningsevne (omkring 25–30 W/m·K) og en begrænset modstandsdygtighed over for termisk chok. Siliciumkarbidrør, især sintrede eller omkrystalliserede kvaliteter, har højere varmeledningsevne (ofte 30–50 W/m·K eller mere) og bedre modstandsdygtighed over for termisk chok, hvilket reducerer reaktionsforsinkelsen, men nogle kvaliteter kan blive udsat for overfladeoxidation eller reaktion i stærkt alkaliske atmosfærer. Korrosion opstår ved reaktion mellem alkali-oxider og rørets overflade, hvorved der dannes et lavtsmeltende lag, der langsomt opløses eller afskalles. I nedsænkede positioner foregår angrebet hurtigere; i kronen eller overbygningen drives angrebet af dampkondensation. Vægfortynding øger risikoen for mekanisk svigt, mens en tyk væg eller en væg med lav varmeledningsevne øger målingens tidskonstant.

I en glasovn til beholderproduktion, der kørte ved 1450–1500 °C, blev der monteret to lukkede beskyttelsesrør side om side i ovnens krone i 90 dage. Aluminiumoxidrøret (oprindelig vægtykkelse 6 mm) udviste en gennemsnitlig udtynding på 1,2 mm i den varmeste zone og en målt tidskonstant på ca. 45 sekunder, når brænderbelastningen blev ændret. Det sintrede siliciumcarbidrør (oprindelig vægtykkelse 5 mm) udviste en udtynding på 0,7 mm under de samme betingelser og en tidskonstant på ca. 28 sekunder. Der opstod ingen gennemgående revner i nogen af rørene. Efter fjernelsen havde aluminiumoxidoverfladen et tyndt reaktionslag indeholdende natrium og kalium; siliciumcarbidoverfladen havde en tynd siliciumdioxidbelægning med begrænset alkaliindtrængning. Temperaturmålingerne fra siliciumcarbidrøret fulgte procesændringen tættere, mens aluminiumoxidrøret halter så meget bagefter, at der kræves et større kontrol-dødbånd.

Valget af rør afhænger derfor af en afvejning mellem korrosionsbestandighed, varmeledningsevne og vægtykkelse i forhold til den specifikke anvendelse. Når det gælder korrosionsbeskyttelse af termoelementrør i glasovne, er de praktiske parametre materialets renhed, densitet samt eksponering for alkalidamp i forhold til direkte kontakt med glasset. Ydeevnen for termoparbeskyttelsesglas af aluminiumoxid sammenlignet med SiC bekræftes ved at måle vægttab og responstid under de samme ovnforhold snarere end alene ved hjælp af korrosionsdata fra laboratoriet. Termoparrørets levetid i smeltet glas forlænges, når materialet modstår både kemisk angreb og termisk chok ved driftstemperaturen. Når måleværdierne afviger, eller rørene svigter for tidligt, er de bekræftende beviser målinger af vægtykkelsen og den observerede tidsforsinkelse under en kendt temperaturændring. Valget af et rør med højere ledningsevne og tilstrækkelig korrosionsbestandighed – som det fremgår af reduktionen fra 1,2 mm til 0,7 mm i vægtykkelse og fra 45 s til 28 s i tidskonstant i sammenligningen af kronerne – forbedrer både målingens reaktionsevne og levetiden ved anvendelse i glasovne.