Zakaj zaščitne cevi za termoelemente v steklarskih pečeh prezgodaj odpovejo ali pride do njihovega odstopanja

Zakaj zaščitne cevi za termoelemente v steklarskih pečeh prezgodaj odpovejo ali pride do njihovega odstopanja

Po dvanajstih letih podpore postopkom taljenja stekla se ponavljajo težave, da se odčitki termoelementov postopoma odmikajo ali da zaščitna cevka odpove že veliko pred načrtovanim vzdrževanjem. Temperatura peči je stabilna in termoelement je prave vrste, vendar se prikazana temperatura spreminja za desetine stopinj ali pa se cevka razpoči ali stanjša na steklarski liniji ali v zgorevalnem prostoru. Glavni dejavniki so hitrost korozije zaradi alkalnih hlapov ali staljenega stekla ter toplotna prevodnost materiala cevi, ki skupaj določata tako življenjsko dobo kot zamik pri odzivu na temperaturo.

Cevi iz aluminijevega oksida (običajno 99 % Al₂O₃) so zaradi svoje kemijske stabilnosti razmeroma dobro odporne proti delovanju staljenega stekla in alkalnih hlapov, vendar imajo zmerno toplotno prevodnost (okoli 25–30 W/m·K) in omejeno odpornost proti toplotnim šokom. Cevi iz silicijevega karbida, zlasti sintrane ali rekristalizirane vrste, ponujajo višjo toplotno prevodnost (pogosto 30–50 W/m·K ali več) in boljšo odpornost proti toplotnim šokom, kar zmanjša zamik odziva, vendar lahko pri nekaterih vrstah pride do površinske oksidacije ali reakcije v močno alkalnih atmosferah. Korozija poteka z reakcijo alkalnih oksidov s površino cevi, pri čemer se oblikuje plast z nizko tališčem, ki se počasi raztaplja ali lušči. Na mestih, kjer je cev potopljena, je korozija hitrejša; na vrhu ali zgornjem delu cevi pa jo povzroča kondenzacija hlapov. Tanjšanje stene poveča tveganje za mehansko okvaro, medtem ko debela stena ali stena z nizko toplotno prevodnostjo poveča časovno konstanto merjenja.

V peči za steklo v posodah, ki deluje pri temperaturi 1450–1500 °C, sta bili v kroni 90 dni nameščeni dve zaščitni cevi z zaprtimi konci, ena ob drugi. Cev iz aluminijevega oksida (izvorna debelina stene 6 mm) je v najbolj vroči coni pokazala povprečno tanjšanje za 1,2 mm in izmerjeno časovno konstanto približno 45 sekund ob spremembi obremenitve gorilnika. Cev iz sintranega silicijevega karbida (izvirna debelina stene 5 mm) je v istih pogojih pokazala tanjšanje za 0,7 mm in časovno konstanto približno 28 sekund. V nobeni od cevi ni prišlo do prehodnih razpok. Po odstranitvi je imela površina cevi iz aluminijevega oksida tanek reakcijski sloj, ki je vseboval natrij in kalij; površina cevi iz silicijevega karbida pa je imela tanek sloj silicijevega dioksida z omejenim prodiranjem alkalij. Meritve temperature na cevi iz silicijevega karbida so natančneje sledile spremembam v procesu, medtem ko je cev iz aluminijevega oksida zaostajala toliko, da je bil potreben večji mrtvi pas pri krmiljenju.

Pri izbiri cevi je torej treba za določeno mesto najti ravnovesje med odpornostjo proti koroziji, toplotno prevodnostjo in debelino stene. Pri nadzoru korozije stekla zaščitnih cevi za termoelemente v steklarskih pečeh so praktične spremenljivke čistost materiala, gostota ter izpostavljenost alkalnim hlapom v primerjavi z neposrednim stikom s steklom. Zmogljivost stekla za ovoj termoelementa iz aluminijevega oksida v primerjavi s steklom iz SiC se potrdi z merjenjem izgube debeline stene in odzivnega časa v enakih pogojih v peči, ne pa zgolj z laboratorijskimi podatki o koroziji. Življenjska doba cevi termoelementa v taljenem steklu se podaljša, če je material odporen tako proti kemičnemu vplivu kot tudi proti toplotnemu šoku pri delovni temperaturi. Kadar se odčitki spreminjajo ali cevi prezgodaj odpovejo, so potrdilni dokazi meritve debeline stene in opazovano časovno zamikanje med znano spremembo temperature. Izbira cevi z višjo prevodnostjo in ustrezno odpornostjo proti koroziji, kot je razvidno iz zmanjšanja tanjšanja s 1,2 mm na 0,7 mm ter časovne konstante s 45 s na 28 s v primerjavi v kroni, izboljša tako odzivnost meritev kot tudi življenjsko dobo pri delovanju v steklarski peči.