Miksi lämpöparien suojaputket rikkoutuvat ennenaikaisesti tai niiden lukemat vaihtelevat lasiuuneissa

Miksi lämpöparien suojaputket rikkoutuvat ennenaikaisesti tai niiden lukemat vaihtelevat lasiuuneissa

Lasin sulatusprosessien tukemisessa 12 vuoden ajan toistuvana ongelmana on ollut, että lämpöparin lukemat poikkeavat vähitellen tai suojaputki rikkoutuu jo hyvissä ajoin ennen suunniteltua huoltokampanjaa. Uunin lämpötila on vakaa ja lämpöparielementti on oikean tyyppinen, mutta näytetty lämpötila poikkeaa kymmeniä asteita tai putki halkeaa tai ohenee lasilinjan kohdalla tai palotilassa. Taustalla vaikuttavat tekijät ovat alkalihöyryjen tai sulan lasin aiheuttama korroosioaste sekä putkimateriaalin lämmönjohtavuus, jotka yhdessä määräävät sekä käyttöiän että lämpötilavasteen viiveen.

Alumiinioksidiputket (tyypillisesti 99 % Al₂O₃) kestävät sulan lasin ja alkalihöyryjen vaikutusta kohtuullisen hyvin kemiallisen stabiilisuutensa ansiosta, mutta niiden lämmönjohtavuus on kohtalainen (noin 25–30 W/m·K) ja lämpöshokkikestävyys rajallinen. Piikarbidiputket, erityisesti sintratut tai uudelleenkiteytetyt laadut, tarjoavat paremman lämmönjohtavuuden (usein 30–50 W/m·K tai enemmän) ja paremman lämpöshokkikestävyyden, mikä lyhentää vasteviivettä, mutta joissakin laaduissa voi esiintyä pinnan hapettumista tai reaktiota voimakkaasti emäksisissä ympäristöissä. Korroosio etenee alkalioksidien reagoidessa putken pinnan kanssa, jolloin muodostuu matalalla sulava kerros, joka liukenee tai irtoaa hitaasti. Upotuskohdissa korroosio etenee nopeammin; kruunussa tai ylärakenteessa korroosiota vauhdittaa höyryn tiivistyminen. Seinämän oheneminen lisää mekaanisen vian riskiä, kun taas paksu tai huonosti lämpöä johtava seinämä pidentää mittauksen aikavakioarvoa.

1450–1500 °C:n lämpötilassa toimivassa lasisäiliöuunissa asennettiin kaksi suljettua suojaputkea vierekkäin uunin yläosaan 90 päiväksi. Alumiinioksidiputkessa (alkuperäinen seinämän paksuus 6 mm) havaittiin keskimäärin 1,2 mm:n oheneminen kuumimmalla alueella ja mitattu aikavakio oli noin 45 sekuntia, kun polttimen kuormitusta muutettiin. Sintratussa piikarbidiputkessa (alkuperäinen seinämän paksuus 5 mm) havaittiin 0,7 mm:n oheneminen samoissa olosuhteissa ja aikavakio noin 28 sekuntia. Kummassakaan putkessa ei ilmennyt läpimeneviä halkeamia. Poistamisen jälkeen alumiinioksidiputken pinnalla oli ohut, natriumia ja kaliumia sisältävä reaktiokerros; piikarbidiputken pinnalla oli ohut piidioksidikuori, johon alkalimetallit olivat tunkeutuneet vain vähän. Piikarbidiputken lämpötilalukemat seurasivat prosessin muutoksia tarkemmin, kun taas alumiinioksidiputken lukemat viivästyivät niin paljon, että ne vaativat suuremman säätökuolleen alueen.

Putken valinnassa punnitaan siis korroosionkestävyyttä suhteessa lämmönjohtavuuteen ja seinämän paksuuteen kyseisessä käyttökohteessa. Lämpöparin suojaputken lasin korroosionhallinnassa uunissa käytännön kannalta merkittävät muuttujat ovat materiaalin puhtaus, tiheys sekä altistuminen alkalihöyrylle verrattuna suoraan lasikontaktiin. Alumiinioksidi- ja SiC-termoparisuojaputkien suorituskykyä verrataan mittaamalla seinämän ohentumista ja vasteaikaa samoissa uunolosuhteissa sen sijaan, että luotettaisiin pelkästään laboratoriossa saatuihin korroosiotietoihin. Lämpöparin suojaputken käyttöikä sulan lasin parissa pitenee, kun materiaali kestää sekä kemiallista kulutusta että lämpöshokkia käyttölämpötilassa. Kun lukemat heilahtelevat tai putket pettävät ennenaikaisesti, vahvistavina todisteina ovat seinämän paksuuden mittaukset ja havaittu viive tunnetun lämpötilanmuutoksen aikana. Valitsemalla putken, jolla on suurempi johtavuus ja riittävä korroosionkestävyys – kuten kruunun vertailussa näkyy seinämän ohenemisen vähenemisenä 1,2 mm:stä 0,7 mm:iin ja aikavakion lyhenemisenä 45 sekunnista 28 sekuntiin – parannetaan sekä mittausten reagointinopeutta että käyttöikää lasiuunikäytössä.