Millä erityisellä rikkihappopitoisuuden ja -lämpötilan yhdistelmällä 2,0 millimetrin 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa vaatii alle 5 wattia neliösenttimetriä kohden, jotta estetään aktiivinen korroosio metallipeittausaltaissa?

Prosessiinsinöörit, jotka rakentavat sähköisiä upotuslämmittimiä metallin peittauskylpyihin terästehtaissa ja metalliteollisuudessa, kohtaavat yhden ankarimmista olosuhteista 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun vaipan suhteen, kun ne kohtaavat rikkihapon äärimmäisissä lämpötiloissa. Peittauskylpyjä käytetään yleisesti 60-90 asteen lämpötiloissa ja 10-25 % rikkihappopitoisuuksissa, usein liuenneilla rautasuoloilla, mikä vaikeuttaa entisestään korroosiokäyttäytymistä. Usein valitaan 2,0 mm:n seinämäpaksuus korroosion mahdollistamiseksi ja mekaanisen kimmoisuuden saamiseksi kylvyn turbulenssille ja kosketukseen työkappaleen kanssa. Normaalilla wattitiheydellä 8-12 W/cm2 käytettäessä vaipan pintalämpötila on kuitenkin 20-40 oC korkeampi kuin bulkkikylvyn lämpötila, mikä voi johtaa siihen, että vaippa siirtyy aktiiviseen korroosiotilaan korroosionopeudella yli 5 mm vuodessa. Tässä artikkelissa tunnistamme sopivat lämpötila-konsentraatioyhdistelmät, joissa 2,0 mm:n 316 vaippa on vähennettävä alle 5 W/cm2 pysyäkseen passiivisen korroosiojärjestelmän sisällä.

316 ruostumaton teräs rikkihapossa: siirtyminen passiivisesta aktiiviseen
Artiklassa 30 todetaan, että rikkihapossa ruostumattoman 316-teräksen passiivinen -aktiivinen muutos riippuu suurelta osin lämpötilasta ja pitoisuudesta. Korroosionopeudet ovat < 0,2 mm yr-1 passiivisessa tilassa. Aktiivisessa järjestelmässä nopeudet ovat 5-20 mm vuodessa. Peittauskylvyn olosuhteiden siirtymäraja noudattaa tiettyä käyrää. Siirtymälämpötila 10 prosenttia. rikkihappo on noin 55 astetta C. 15 %:ssa on 45 asteen siirtymä. 20 %:ssa se laskee 38 asteeseen. Lämpötila nousee jopa 32 astetta . - 25%. Lämmittimelle, joka on 70-asteisessa bulkkihauteessa, jossa on 15-prosenttista rikkihappoa, bulkkiolosuhde on jo yli 45 asteen siirtymälämpötilan - kylpy syövyttää aktiivisesti 316:een ilman lämpövirtaa . 316 ei ole sopiva näissä olosuhteissa seinämän paksuudesta tai wattitiheydestä riippumatta. Monet peittauskylvyt ovat kuitenkin siirtymävyöhykkeellä, jossa bulkkiolosuhteet ovat passiivisia, mutta lämpövuosta johtuva kohonnut vaipan pintalämpötila työntää vaipan aktiiviseen tilaan. Lämpötilan nousu bulkista vaipan pintaan on noin 25–30 astetta 2,0 mm:n vaipalla 10 W/cm²:llä. 40 asteen bulkkikylpy 15 % hapolla (passiivinen) johtaa vaipan pintalämpötilaan 65-70 astetta, mikä ylittää 45 asteen siirtymän, joten vaipan pinnalla tapahtuu aktiivista korroosiota huolimatta siitä, että bulkkikylpy on passiivinen.

Kriittiset vähennyskynnykset 2,0 millimetrin vaippa
Vähennystarpeet 316 näytteen korroosiotestauksesta peittauskylpyyn liittyvissä lämpötiloissa ja pitoisuuksissa ovat seuraavat. Tuppi 2,0 mm seinällä. Arvot ovat suurin wattitiheys, joka pitää vaipan pintalämpötilan vähintään 5 astetta passiivisen -aktiivisen siirtymälämpötilan alapuolella annetulla massapitoisuudella.

Bulkkirikkihapon pitoisuus Bulkkikylvyn lämpötila Passiivinen-Aktiivinen siirtymälämpötila tällä pitoisuudella Vaipan pinnan enimmäislämpötila (siirtymä – 5 asteen turvamarginaali)Max. Sallittu wattitiheys 2,0 mm. Vaippa Suositeltu toiminta 10 % 30 astetta 55 astetta 50 astetta 12 W/cm² Turvallinen normaalilla wattitiheydellä
10 % 40 astetta 55 astetta 50 astetta 6 W/cm² Derate 10 % 45 astetta 55 astetta 50 astetta 3 W/cm2 Marginaali; Harkitse lejeeringin parantamista 10 % Yli 48 astetta 55 astetta 50 astetta Ei mahdollista Titaani tai seos 20
15 % 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Turvallinen kohtalaisella wattitiheydellä
15 % 30 astetta 45 astetta 40 astetta 6 W/cm² Alennusta tarvitaan
15 % 35 astetta 45 astetta 40 astetta 2 W/cm2 Ei käytännöllistä vaihtaa seos
15 % Yli 38 astetta 45 astetta 40 astetta Ei mahdollista 316 Ei käytännöllistä
20 % 20 astetta 38 astetta 33 astetta 8 W/cm² Turvallinen alhaisella wattitiheydellä
20 % 25C 38C 33C 4 W/cm2 Suurin vähennys 20 % Yli 28C 38C 33C Ei mahdollista 316 ei sovellu
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25 % > 25 astetta 32 astetta 27 astetta Ei mahdollista Käytä metalliseosta 20 tai titaania
Tyypillisessä peittauskylvyssä, jossa on 15 % rikkihappoa ja 35 asteen bulkkilämpötila, 2,0 mm 316 vaipan on oltava vähintään 2 W/cm2 aktiivisen korroosion estämiseksi. Tällä wattitiheydellä lämmitin olisi epäkäytännöllisen pitkä lämmitin keskimääräiselle tehotarpeelle 10-20 kW. Joten 316 ei sovi tähän palveluun. Insinöörien tulisi harkita Alloy 20:n (Carpenter 20) tai Alloy 825:n käyttöä, joilla molemmilla on passiivisesti aktiivinen siirtymälämpötila 30–50 astetta korkeampi kuin 316 rikkihapossa.

Suunnittelumuutokset aktiivisen korroosion estämiseksi ilman alentumista
Jos peittauskylvyn olosuhteet ovat lähellä siirtymärajaa ja 2,0 mm 316 vaippa on jo paikallaan tai se on tarpeen, kolmella suunnittelusäädöllä voidaan välttää aktiivinen korroosio ilman, että wattitiheys putoaa käytännön rajojen alapuolelle. Ensimmäinen on parantaa hapon kiertoa lämmityspinnan poikki. Pyörteinen virtaus, jonka nopeus on 1-2 m/s, vähentää vaipan pinnan lämpötilan nousua 25-30 astetta 10-15 asteeseen, mikä voi estää vaippaa pääsemästä siirtymäkohtaan. Toinen muutos on hapettavan aineen lisääminen kylpyyn. Pienet rauta-ionien tai vetyperoksidin lisäykset voivat siirtää passiivista -aktiivista siirtymistä korkeampiin lämpötiloihin 10-20 astetta C ja palata passiiviseen käyttäytymiseen. Kolmas muutos on kaksois-wattitiheyksinen lämmitin, jonka tehotiheys on pienempi kylvyn alaosassa ja korkeimmat lämpötilat kerrostumisen vuoksi. Useimmissa peittauskylpysovelluksissa tekninen ratkaisu on päivittää 316:sta kestävämpään seokseen. Tyypillisesti kustannusero 2,0 mm 316 vaipan ja samankokoisen Alloy 20 -vaipan välillä on 30-50 %, mutta käyttöikä paranee kuukausista 5-10 vuoteen. Määritellessään lämmittimiä peittauskylpyjä varten insinöörien tulee toimittaa toimittajalle kylvyn täydellinen koostumus, lämpötila-alue ja odotettavissa oleva turbulenssiaste. Jos valmistaja suosittelee 316:ta 15-prosenttiselle rikkihapolle 50 asteessa eikä puhu heikentämisestä tai aktiivisen korroosion mahdollisuudesta, he eivät anna asiantuntevaa neuvoa. Rikkihapon muuttuminen passiivisesta korroosiosta aktiiviseksi on nopeaa ja armotonta. 2,0 mm:n vaippa, joka menettää 5 mm/v aktiivisessa korroosiossa, rei'ittää alle 5 kuukaudessa. Vähentäminen<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.