Miks termopaari kaitse torud klaasiahjudes enneaegselt rikki lähevad või nihkuvad

Miks termopaari kaitse torud klaasiahjudes enneaegselt rikki lähevad või nihkuvad

Pärast kaksteist aastat klaasi sulatamise toetamist on korduvaks probleemiks see, et termopaari näidud kalduvad järk-järgult kõrvale või kaitse toru rikneb juba ammu enne planeeritud hooldustööde algust. Ahju temperatuur on stabiilne ja termopaari element on õiget tüüpi, kuid näidatud temperatuur kaldub kümnete kraadide võrra kõrvale või toru praguneb või õheneb klaasijoone juures või põlemiskambris. Selle põhjuseks on leeliseaurude või sulaklaasi põhjustatud korrosioonikiirus ning toru materjali soojusjuhtivus, mis koos määravad nii kasutusaja kui ka temperatuuri reageerimise viivituse.

Alumiiniumoksiidtorud (tavaliselt 99 % Al₂O₃) taluvad sulaklaasi ja leeliseaurude mõju oma keemilise stabiilsuse tõttu suhteliselt hästi, kuid neil on mõõdukas soojusjuhtivus (umbes 25–30 W/m·K) ja piiratud vastupidavus termilistele šokkidele. Ränikarbiidtorud, eriti paagutatud või rekristalliseeritud tüübid, pakuvad suuremat soojusjuhtivust (sageli 30–50 W/m·K või rohkem) ja paremat šokikindlust, mis vähendab reageerimisviivitust, kuid mõnede tüüpide puhul võib tugevalt leeliselises keskkonnas esineda pinna oksüdeerumist või reaktsiooni. Korrosioon toimub leelismetallide oksiidide reaktsiooni tulemusel toru pinnaga, moodustades madala sulamistemperatuuriga kihi, mis aeglaselt lahustub või mureneb. Veega kokkupuutuvates kohtades toimub korrosioon kiiremini; toru ülaosas või ülesehituses on korrosiooni põhjuseks aurukondensatsioon. Seina õhenemine suurendab mehaanilise rikke ohtu, samas kui paks või madala soojusjuhtivusega sein suurendab mõõtmise ajakonstandi.

1450–1500 °C juures töötavas klaasikonteinerahjus paigaldati 90 päevaks ahju ülaossa kõrvuti kaks suletud otsaga kaitse toru. Alumiiniumoksiidtoru (algne seinapaksus 6 mm) näitas kõige kuumemas tsoonis keskmiselt 1,2 mm paksuse vähenemist ja mõõdetud ajakonstandi ligikaudu 45 sekundit, kui põleti koormust muudeti. Paagutatud ränikarbiidtoru (esialgne seinapaksus 5 mm) näitas samades tingimustes 0,7 mm õhenemist ja ajakonstandiks mõõdeti ligikaudu 28 sekundit. Kummagi toru puhul ei tekkinud läbivaid pragusid. Eemaldamise järel oli alumiiniumoksiidi pinnal õhuke reaktsioonikiht, mis sisaldas naatriumi ja kaaliumi; ränikarbiidi pinnal oli õhuke ränidioksiidikest, millesse oli tunginud piiratud kogus leeliseid. Ränikarbiidtorust saadud temperatuurinäidud järgisid protsessi muutusi täpsemalt, samas kui alumiiniumoksiidtoru näidud jäid piisavalt maha, et nõuda suuremat reguleerimise surnud tsooni.

Seetõttu tuleb toru valimisel leida konkreetse asukoha jaoks tasakaal korrosioonikindluse, soojusjuhtivuse ja seinapaksuse vahel. Termopaari kaitse toru korrosioonikontrolli puhul klaasi ahjus on praktilised muutujad materjali puhtus, tihedus ning kokkupuude leeliseaurudega võrreldes otsese klaasiga kokkupuutumisega. Alumiiniumoksiidist ja SiC-st termopaari kaitseklambri klaasi toimivust kinnitatakse seinapaksuse vähenemise ja reageerimisaja mõõtmisega samades ahjut tingimustes, mitte ainult laboratoorsete korrosiooniandmete põhjal. Termopaari toru kasutusiga sulaklaasi keskkonnas pikeneb, kui materjal talub nii keemilist mõju kui ka termilist šokki töötemperatuuril. Kui näidud kalduvad kõrvale või torud riknevad enneaegselt, on kinnitavaks tõendiks seina paksuse mõõtmised ja täheldatud ajaline viivitus teadaoleva temperatuurimuutuse ajal. Kõrgema soojusjuhtivusega ja piisava korrosioonikindlusega toru valimine – mida näitab kroonivõrdluses paksuse vähenemine 1,2 mm-lt 0,7 mm-le ja ajakonstandi vähenemine 45 sekundilt 28 sekundile – parandab nii mõõtmiste reageerimiskiirust kui ka kasutusiga klaasahjus.