Prečo dochádza k predčasnému zlyhaniu alebo posunu ochranných rúrok termočlánkov v sklárskych peciach

Prečo dochádza k predčasnému zlyhaniu alebo posunu ochranných rúrok termočlánkov v sklárskych peciach

Po dvanástich rokoch prevádzky v oblasti tavenia skla sa opakuje problém, že hodnoty z termočlánkov sa postupne posúvajú alebo dochádza k poruche ochranného plášťa ešte dlho pred plánovaným servisným zásahom. Teplota v peci je stabilná a termočlánok je správneho typu, napriek tomu sa nameraná teplota posúva o desiatky stupňov alebo sa plášť praskne či stenčí v mieste styku so sklom alebo v spaľovacej komore. Príčinou sú rýchlosť korózie spôsobená výparmi alkálií alebo roztaveným sklom a tepelná vodivosť materiálu rúrky, ktoré spoločne určujú životnosť aj oneskorenie teplotnej odozvy.

Trubice z oxidu hlinitého (zvyčajne 99 % Al₂O₃) vďaka svojej chemickej stabilite pomerne dobre odolávajú pôsobeniu roztaveného skla a výparov alkálií, majú však strednú tepelnú vodivosť (približne 25–30 W/m·K) a obmedzenú odolnosť voči tepelným šokom. Trubice z karbidu kremíka, najmä spekané alebo rekryštalizované typy, ponúkajú vyššiu tepelnú vodivosť (často 30–50 W/m·K alebo viac) a lepšiu odolnosť voči teplotným šokom, čo znižuje oneskorenie reakcie, avšak u niektorých typov môže dochádzať k povrchovej oxidácii alebo reakcii v silne alkalických atmosférach. Korózia prebieha reakciou oxidov alkalických kovov s povrchom rúrky, pričom sa vytvára vrstva s nízkou teplotou topenia, ktorá sa pomaly rozpúšťa alebo odlupuje. V ponorených častiach je korozívny účinok rýchlejší; v hornej časti alebo nadstavbe je korozívny účinok spôsobený kondenzáciou pary. Ztenčenie steny zvyšuje riziko mechanického zlyhania, zatiaľ čo hrubá stena alebo stena s nízkou tepelnou vodivosťou zvyšuje časovú konštantu merania.

V peci na spracovanie sklenených nádob, pracujúcej pri teplote 1450–1500 °C, boli v hornej časti po dobu 90 dní vedľa seba inštalované dve ochranné rúrky s uzavretými koncami. Trubica z oxidu hlinitého (pôvodná hrúbka steny 6 mm) vykazovala v najteplejšej zóne priemerné ztenčenie 1,2 mm a nameranú časovú konštantu približne 45 sekúnd pri zmene zaťaženia horáka. Trubica zo spekaného karbidu kremíka (pôvodná hrúbka steny 5 mm) vykazovala za rovnakých podmienok ztenčenie o 0,7 mm a časovú konštantu približne 28 sekúnd. Na žiadnej z trubíc sa nevyskytli priechodné trhliny. Po demontáži mal povrch rúrky z oxidu hlinitého tenkú reakčnú vrstvu obsahujúcu sodík a draslík; povrch rúrky z karbidu kremíka mal tenkú vrstvu oxidu kremičitého s obmedzeným prenikaním alkalických prvkov. Teplotné hodnoty z rúrky z karbidu kremíka sledovali zmeny v procese presnejšie, zatiaľ čo rúrka z oxidu hlinitého zaostávala natoľko, že si vyžadovala väčšiu mŕtvu zónu regulácie.

Pri výbere rúrky sa preto zohľadňuje rovnováha medzi odolnosťou proti korózii, tepelnou vodivosťou a hrúbkou steny pre konkrétne miesto použitia. Pokiaľ ide o ochranu termočlánkov v sklených rúrkach v peciach na spracovanie skla, praktickými premennými sú čistota materiálu, hustota a vystavenie parám alkálií v porovnaní s priamym kontaktom so sklom. Výkonnosť skla plášťa termočlánku z oxidu hlinitého v porovnaní so sklom z karbidu kremíka (SiC) sa potvrdzuje meraním úbytku steny a doby odozvy za rovnakých podmienok v peci, a nie len na základe laboratórnych údajov o korózii. Životnosť rúrky termočlánku v roztavenom skle sa predlžuje, ak materiál odoláva chemickému pôsobeniu aj teplotnému šoku pri prevádzkovej teplote. Ak dochádza k odchýlkam v nameraných hodnotách alebo k predčasnému zlyhaniu rúrok, potvrdzujúcim dôkazom sú merania hrúbky steny a pozorované časové oneskorenie počas známej zmeny teploty. Výber trubice s vyššou vodivosťou a primeranou odolnosťou proti korózii, ako ukazuje zníženie ztenčenia z 1,2 mm na 0,7 mm a skrátenie časovej konštanty z 45 s na 28 s v porovnaní v hornej časti pece, zlepšuje nielen rýchlosť odozvy merania, ale aj životnosť pri prevádzke v sklárskej peci.