Cam Fırınlarında Termokupl Koruma Tüplerinin Neden Erken Arızalandığı veya Sapma Gösterdiği

Cam Fırınlarında Termokupl Koruma Tüplerinin Neden Erken Arızalandığı veya Sapma Gösterdiği

Cam eritme işlemlerini on iki yıldır destekleyen bir süreçte, tekrarlayan bir sorun, termokupl okumalarının kademeli olarak sapması ya da koruma tüpünün planlanan bakım döneminden çok önce arızalanmasıdır. Fırın sıcaklığı sabittir ve termokupl elemanı doğru tiptedir; ancak gösterilen sıcaklık onlarca derece sapma gösterir ya da tüp, cam hattında veya yanma odasında çatlar ya da incelir. Bunun altında yatan faktörler, alkali buharları veya erimiş camın neden olduğu korozyon hızı ile tüp malzemesinin ısı iletkenliğidir; bu iki faktör bir araya gelerek hem hizmet ömrünü hem de sıcaklık tepkisindeki gecikmeyi belirler.

Alümina borular (genellikle Al₂O₃), kimyasal kararlılıkları sayesinde erimiş cam ve alkali buharlarının aşındırıcı etkisine oldukça iyi direnir; ancak ısı iletkenlikleri orta düzeydedir (yaklaşık 25–30 W/m·K) ve termal şok direnci sınırlıdır. Silisyum karbür borular, özellikle sinterlenmiş veya yeniden kristalleştirilmiş türler, daha yüksek ısı iletkenliği (genellikle 30–50 W/m·K veya daha fazla) ve daha iyi şok direnci sunar; bu da tepki gecikmesini azaltır, ancak bazı türlerde güçlü alkali ortamlarda yüzey oksidasyonu veya reaksiyonu meydana gelebilir. Korozyon, alkali oksitlerin boru yüzeyi ile reaksiyona girmesiyle ilerler ve yavaşça çözünen veya parçalanan düşük erime noktalı bir tabaka oluşturur. Daldırma konumlarında korozyon daha hızlıdır; taç veya üst yapıda ise korozyon, buhar yoğunlaşması nedeniyle gerçekleşir. Duvar incelmesi mekanik arıza riskini artırırken, kalın veya düşük iletkenlikli bir duvar ölçümün zaman sabitini artırır.

1450–1500 °C sıcaklıkta çalışan bir cam kap fırınında, iki adet kapalı uçlu koruma tüpü, 90 gün boyunca fırının tepesine yan yana yerleştirildi. Alümina tüp (orijinal duvar kalınlığı 6 mm), en sıcak bölgede ortalama 1,2 mm incelmede ve brülör yükü değiştirildiğinde yaklaşık 45 saniyelik bir zaman sabiti değerinde bulunmuştur. Sinterlenmiş silikon karbür tüp (orijinal duvar kalınlığı 5 mm), aynı koşullar altında 0,7 mm incelmeli ve yaklaşık 28 saniyelik bir zaman sabiti sergilemiştir. Her iki tüpte de boydan boya çatlak oluşmamıştır. Çıkarıldıktan sonra, alümina yüzeyinde sodyum ve potasyum içeren ince bir reaksiyon tabakası görülürken; silikon karbür yüzeyinde ise sınırlı alkali penetrasyonu olan ince bir silika kabuğu mevcuttu. Silikon karbür tüpünden alınan sıcaklık değerleri proses değişimini daha yakından takip ederken, alümina tüpü daha büyük bir kontrol ölü bandı gerektirecek kadar geride kalmıştır.

Bu nedenle boru seçimi, söz konusu konum için korozyon direnci ile ısı iletkenliği ve duvar kalınlığı arasında bir denge kurmayı gerektirir. Termokupl koruma borusunun cam fırın korozyon kontrolü açısından pratik değişkenler, malzeme saflığı, yoğunluk ve alkali buharına maruz kalma ile doğrudan cam teması arasındaki dengedir. Alümina ile SiC termokupl kılıf camının performansı, yalnızca laboratuvar korozyon verileriyle değil, aynı fırın koşulları altında duvar kaybı ve tepki süresinin ölçülmesiyle doğrulanır. Malzeme, çalışma sıcaklığında hem kimyasal saldırıya hem de termal şoka direnç gösterdiğinde, erimiş camdaki termokupl tüpünün ömrü uzar. Okumalarda sapma meydana geldiğinde veya tüpler erken arızalandığında, bunu doğrulayan kanıtlar duvar kalınlığı ölçümleri ve bilinen bir sıcaklık değişimi sırasında gözlemlenen zaman gecikmesidir. Taç karşılaştırmasında görüldüğü gibi, incelmede 1,2 mm'den 0,7 mm'ye ve zaman sabitinde 45 saniyeden 28 saniyeye düşmeyle gösterildiği üzere, daha yüksek iletkenliğe sahip ve korozyona karşı yeterli direnç gösteren bir tüp seçilmesi, cam fırını hizmetinde hem ölçüm tepki süresini hem de hizmet ömrünü iyileştirir.