Kodėl termoparų apsauginiai vamzdeliai stiklo krosnyse greitai susidėvi arba pasislenka

Kodėl termoparų apsauginiai vamzdeliai stiklo krosnyse greitai susidėvi arba pasislenka

Po dvylikos metų, per kuriuos buvo užtikrinamas stiklo lydymo procesų veikimas, nuolat pasikartoja problema, kad termoporos rodmenys palaipsniui nukrypsta arba apsauginis vamzdelis sugenda gerokai anksčiau nei numatyta eksploatacijos trukmė. Krosnies temperatūra yra stabili, o termoporos elementas yra tinkamo tipo, tačiau rodoma temperatūra nukrypsta dešimtimis laipsnių, arba vamzdelis įtrūksta ar išplonėja prie stiklo linijos arba degimo kameroje. Pagrindiniai veiksniai yra korozijos greitis, kurį sukelia šarmų garai arba išlydytas stiklas, bei vamzdžio medžiagos šiluminis laidumas, kurie kartu lemia tiek tarnavimo laiką, tiek temperatūros reakcijos vėlavimą.

Aliuminio oksido vamzdžiai (paprastai 99 % Al₂O₃) dėl savo cheminio stabilumo pakankamai gerai atlaiko išlydyto stiklo ir šarmų garų poveikį, tačiau jų šilumos laidumas yra vidutinis (apie 25–30 W/m·K), o atsparumas terminiam šokui – ribotas. Silicio karbido vamzdžiai, ypač sukepinti arba rekristalizuoti, pasižymi didesniu šilumos laidumu (dažnai 30–50 W/m·K ar daugiau) ir geresniu atsparumu šokui, o tai sumažina reakcijos vėlavimą, tačiau kai kurių rūšių paviršius stipriai šarminėje aplinkoje gali oksiduotis arba reaguoti. Korozija vyksta dėl šarmų oksidų reakcijos su vamzdžio paviršiumi, susidaro žemos lydymosi temperatūros sluoksnis, kuris lėtai tirpsta arba atsilupa. Panardinimo vietose korozija vyksta greičiau; viršutinėje dalyje ar antstatyje koroziją skatina garų kondensacija. Sienelių plonėjimas didina mechaninio gedimo riziką, o stora arba mažo laidumo sienelė padidina matavimo laiko konstantą.

1450–1500 °C temperatūroje veikiančioje stiklo konteinerių krosnyje 90 dienų laikotarpiui viršutinėje dalyje greta vienas kito buvo sumontuoti du uždari apsauginiai vamzdžiai. Alumino oksido vamzdis (pradinė sienelės storis – 6 mm) karščiausioje zonoje vidutiniškai išplonėjo 1,2 mm, o pakeitus degiklio apkrovą, jo laiko konstanta buvo apie 45 sekundes. Sukepintas silicio karbido vamzdis (pradinė sienelės storis – 5 mm) tomis pačiomis sąlygomis parodė 0,7 mm plonėjimą, o laiko konstanta buvo apie 28 sekundes. Abiejuose vamzdžiuose neatsirado jokių skersinių įtrūkimų. Išėmus vamzdžius, ant aliuminio oksido paviršiaus susiformavo plonas reakcijos sluoksnis, kuriame buvo natrio ir kalio; ant silicio karbido paviršiaus susiformavo plonas silicio dioksido apnašas su ribotu šarmų įsiskverbimu. Silicio karbido vamzdžio temperatūros rodmenys tiksliau atspindėjo proceso pokyčius, o aliuminio oksido vamzdžio rodmenys vėlavo tiek, kad reikėjo nustatyti didesnę valdymo nejautrumo zoną.

Todėl, renkantis vamzdį, atsižvelgiama į korozijos atsparumo, šiluminio laidumo ir sienelių storio pusiausvyrą, atsižvelgiant į konkrečią vietą. Siekiant kontroliuoti termoporos apsauginio stiklinio vamzdžio koroziją stiklo krosnyje, praktiniai kintamieji yra medžiagos grynumas, tankis bei šarminių garų poveikis, palyginti su tiesioginiu sąlyčiu su stiklu. Aluminosilicio oksido ir SiC termoparų apvalkalo stiklo eksploatacinės savybės patvirtinamos matuojant sienelių storio praradimą ir reakcijos laiką tomis pačiomis krosnies sąlygomis, o ne vien tik remiantis laboratoriniais korozijos duomenimis. Termoporos apvalkalo tarnavimo laikas lydyto stiklo aplinkoje pailgėja, kai medžiaga atspari tiek cheminiam poveikiui, tiek terminiam šokui esant darbiniai temperatūrai. Kai rodmenys nukrypsta arba vamzdeliai išeina iš rikiuotės anksčiau laiko, tai patvirtina sienelių storio matavimai ir stebimas laiko uždelsimas žinomo temperatūros pokyčio metu. Pasirinkus didesnio laidumo, tinkamai atsparią korozijai termoparų apvalkalo stiklą – kaip rodo storio sumažėjimas nuo 1,2 mm iki 0,7 mm ir laiko konstantos sutrumpėjimas nuo 45 s iki 28 s, palyginus „Crown“ modelius – pagerėja tiek matavimų reakcijos greitis, tiek tarnavimo laikas dirbant stiklo krosnyse.