Miért romlanak meg idő előtt vagy miért térnek el a hőelem-védőcsövek az üvegkemencékben?

Miért romlanak meg idő előtt vagy miért térnek el a hőelem-védőcsövek az üvegkemencékben?

Tizenkét évnyi üvegolvasztási tevékenységek támogatása során visszatérő probléma, hogy a hőelemek mérési értékei fokozatosan eltérnek a valóságtól, vagy a védőcső jóval a tervezett karbantartás előtt meghibásodik. A kemence hőmérséklete stabil, és a hőelem típusa is megfelelő, mégis a kijelzett hőmérséklet több tíz fokkal eltér, vagy a cső megreped, illetve elvékonyodik az üvegfolyamat vonalánál vagy az égéstérben. Ennek hátterében az alkáli gőzök vagy az olvadt üveg által okozott korrózió mértéke, valamint a cső anyagának hővezető képessége áll, amelyek együttesen határozzák meg mind az élettartamot, mind a hőmérséklet-válasz késleltetését.

Az alumínium-oxid csövek (jellemzően 99 % Al₂O₃) kémiai stabilitásuknak köszönhetően viszonylag jól ellenállnak az olvadt üveg és az alkáli gőzök károsító hatásának, de hővezető képességük mérsékelt (körülbelül 25–30 W/m·K), és hőmérsékleti sokk ellenállásuk is korlátozott. A szilícium-karbid csövek, különösen a szinterezett vagy rekristályosított típusok, nagyobb hővezető képességgel (gyakran 30–50 W/m·K vagy annál nagyobb) és jobb hőmérsékleti sokkállósággal rendelkeznek, ami csökkenti a reakciókésleltetést, de egyes típusoknál erős lúgos környezetben felületi oxidáció vagy reakció léphet fel. A korrózió az alkáli-oxidok és a cső felületének reakciója révén zajlik le, amelynek során alacsony olvadáspontú réteg képződik, amely lassan feloldódik vagy lepattogzik. Merülő helyzetekben a korrózió gyorsabb; a koronában vagy a felépítményben a korróziót a gőzkondenzáció hajtja. A falvastagság csökkenése növeli a mechanikai meghibásodás kockázatát, míg a vastag vagy alacsony hővezető képességű fal megnöveli a mérés időállandóját.

Egy 1450–1500 °C-on működő üvegedényes kemencében két zárt végű védőcsövet helyeztek el egymás mellé a kemence tetején 90 napra. Az alumínium-oxid cső (eredeti falvastagság 6 mm) a legmelegebb zónában átlagosan 1,2 mm-es elvékonyodást mutatott, és az égő terhelésének megváltoztatásakor a mért időállandója körülbelül 45 másodperc volt. A szinterezett szilícium-karbid cső (eredeti falvastagság: 5 mm) ugyanazon körülmények között 0,7 mm-es elvékonyodást és körülbelül 28 másodperces időállandót mutatott. Egyik csőben sem alakult ki átmenő repedés. Kivételük után az alumínium-oxid felületén egy vékony, nátriumot és káliumot tartalmazó reakcióréteg volt látható; a szilícium-karbid felületén pedig egy vékony szilícium-dioxid-pikkely képződött, amelybe az alkáli anyagok csak korlátozott mértékben hatoltak be. A szilícium-karbid cső hőmérsékleti mérési eredményei szorosabban követték a folyamat változásait, míg az alumínium-oxid cső mérései annyira elmaradtak, hogy nagyobb szabályozási holtzónára volt szükség.

A cső kiválasztásánál tehát az adott helyszínre vonatkozóan egyensúlyt kell teremteni a korrózióállóság, a hővezető képesség és a falvastagság között. A hőelem-védőcsövek üvegkemencében történő korrózióellenőrzése során a gyakorlati szempontok az anyag tisztasága, sűrűsége, valamint az alkáli gőznek való kitettség és a közvetlen üvegérintkezés közötti viszony. Az alumínium-oxid és a SiC hőelem-burkolóüvegek teljesítményét nem csupán laboratóriumi korróziós adatok alapján, hanem azonos kemencei körülmények között végzett falvastagság-csökkenés és válaszidő mérésekkel is igazolják. A hőelemcső élettartama az olvadt üvegben meghosszabbodik, ha az anyag ellenáll mind a kémiai hatásoknak, mind a működési hőmérsékleten fellépő hőmérsékleti sokknak. Ha a mérési értékek eltérnek a vártól, vagy a csövek idő előtt meghibásodnak, ezt a falvastagság mérései és a ismert hőmérséklet-változás során megfigyelt időbeli késleltetés igazolja. Egy nagyobb vezetőképességű, megfelelően korrózióálló cső kiválasztása – amint azt a koronás összehasonlításban a 1,2 mm-ről 0,7 mm-re történő falvastagság-csökkenés és a 45 másodpercről 28 másodpercre történő időállandó-csökkenés is mutatja – javítja mind a mérési reakcióidőt, mind az élettartamot az üvegkemencékben való üzemeltetés során.