Zakaj sevalne cevi RBSiC zagotavljajo neenakomerno segrevanje ali se pokvarijo že v zgodnji fazi taljenja stekla

Zakaj sevalne cevi RBSiC zagotavljajo neenakomerno segrevanje ali se pokvarijo že v zgodnji fazi taljenja stekla

Po dvanajstih letih podpore sistemom za taljenje in obdelavo stekla smo ugotovili, da sežigalne cevi iz silicijevega karbida, vezane z reakcijskim postopkom, bodisi ne prenašajo toplote enakomerno bodisi kažejo lokalno tanjšanje že precej pred predvideno trajanostjo obratovanja. Gorilnik deluje pravilno in cev je ustrezne kakovosti, vendar se površinske temperature spreminjajo po dolžini ali pa se stena prednostno tanjša na strani plamena. Odločilni dejavniki so visoka toplotna prevodnost materiala, ki omogoča učinkovit prenos toplote, ter hitrost površinske oksidacije ali alkalnega napada, ki počasi razgrajuje steno.

Reakcijsko vezani silicijev karbid (RBSiC ali SiSiC) vsebuje neprekinjeno mrežo zrn SiC, povezanih z ostankom prostega silicija. Toplotna prevodnost znaša običajno 30–50 W/m·K pri delovni temperaturi, kar je bistveno višje kot pri večini kovinskih zlitin za sevalne cevi. To omogoča višji toplotni tok brez prekomernih notranjih temperaturnih gradientov, tako da lahko zunanja površina učinkovito oddaja toploto proti steklu ali v prostor za zgorevanje. Hkrati se prosti silicij in površina SiC oksidirata na zraku ali v produktih zgorevanja, pri čemer nastane plast silicijevega dioksida. V steklarski peči na ta sloj dodatno delujejo alkalne pare, ki lahko tvorijo silikate z nizko tališčno točko in pospešijo lokalno izgubo materiala. Ker se prosti silicij mehča pri približno 1410 °C, so praktične temperature cevi običajno omejene na približno 1350–1380 °C, da se ohrani trdnost. Zato tanjšanje stene zmanjša tako strukturno rezervo kot tudi enakomernost prenosa toplote, ko preostali del postane dovolj tanek, da nastanejo lokalna vroča mesta.

V steklarskem predpeči s kontejnerjem, ki deluje s plinskimi sevalnimi cevmi pri temperaturi površine cevi 1280–1320 °C, sta bili 120 dni spremljani dve cevi iz RBSiC. Povprečni toplotni tok je znašal 85 kW/m². Debelina stene, izmerjena na sredini cevi na strani plamena, se je zmanjšala za 0,9 mm od prvotnih 8 mm. Na nasprotni strani je izguba znašala 0,4 mm. Nihanje površinske temperature vzdolž dolžine cevi je ostalo v okviru 25 °C, pri čemer ni bilo opaziti nobenega upogibanja ali razpok. Vzporedna cev iz kovinske zlitine, ki je delovala pod enakimi pogoji gorilnika, je dosegla največji neprekinjen toplotni tok približno 40 kW/m², preden so skrbi glede lezanja omejile nadaljnje povečanje; izguba debeline stene je bila manjša, vendar je cev razvila vidno deformacijo. Po odstranitvi je površina RBSiC pokazala tanko, neprekinjeno silikatno skorjo z lokaliziranimi območji, bogatimi z alkalijami, le na strani plamena. Povečanje mase odrezanih vzorcev po preskusu je bilo 0,5 %, kar je skladno z omejeno oksidacijo.

Zato se zmogljivost cevi ohranja z delovanjem znotraj temperaturne meje, ki jo določa prosti silicij, ter z nadzorovanjem debeline stene na najbolj vroči površini. Pri taljenju stekla z uporabo sevalnih cevi iz RBSiC so spremenljivke, ki jih je mogoče nadzorovati, temperatura površine cevi, stehiometrija gorilnika in izpostavljenost alkalnim hlapom. Življenjska doba sevalnih cevi iz reakcijsko vezanega silicijevega karbida se podaljša, če silikatna obloga ostane zaščitna in izguba stene ostane pod projektno mejo. Delovanje steklarske peči s toplotno prevodnimi sevalnimi cevmi iz SiSiC omogoča višji pretok kot pri kovinskih ceveh, pod pogojem, da temperatura ostane pod območjem mehčanja prostega silicija. Ko postane dovajanje toplote neenakomerno ali se cevi hitro tanjšajo, so potrditveni podatki lokalne meritve debeline stene in profili površinske temperature. Ohranjanje temperature površine cevi na ali pod 1320 °C ter preverjanje enakomernega zgorevanja, kar dokazujeta izguba na strani plamena v višini 0,9 mm in stabilna porazdelitev temperature v primerjavi s predžarom, ohranjata tako prednost pri prenosu toplote kot tudi strukturno celovitost sevalnih cevi RBSiC.