50-prosenttisessa kaliumkarbonaattiliuoksessa 110 asteessa toimivan titaanilämpötangon osalta, kuinka liuenneen hapen taso (0,5 ppm vs . 5 ppm) muuttaa titanaattipassivointikerroksen vakautta?

50 % kaliumkarbonaatissa (K2CO3) 110 asteessa muodostuu kaliumtitanaattia (K2TiO3) suojaava pinnoite titaanin pinnalle. Liuennut happi (DO) on avaintekijä titanaattien tuotannossa. Alhaisella DO-arvolla (0,5 ppm) titanaattikerros on ohut (0,1-0,5 µm) ja huokoinen ja tarjoaa riittämättömän suojan. Korkealla DO:lla (5 ppm) kerros on paksumpi (1–3 µm) ja tiheämpi ja vähentää korroosion nopeutta 5–10 kertaa. Titanaattikerros syntyy reaktiolla TiO2 + K20 → K2TiO3, jolloin K2O saadaan hajottamalla K2CO3.

Liuenneen hapen vaikutus titanaattikerroksen muodostumismekanismiin

Happea tarvitaan pitämään titaanin pinta passiivisessa tilassa TiO2:n kehittymistä varten. TiO 2 reagoi K 2 CO 3:n läsnä ollessa muodostaen K 2 TiO 3 . Happi--puutosolosuhteet johtavat ohueen ja vialliseen TiO$_2$-kerrokseen ja siten ohueen ja vialliseen kerrokseen K$_2$TiO$_3$. Alhaisella DO:lla pinnoite on haljennut ja huokoinen ja sallii korroosion jatkumisen. Korkealla DO:lla kerros kasvaa tasaisesti ja on suojaava. Vakaassa tilassa korroosion nopeutta säätelee hapen diffuusio titanaattikerroksen läpi.

Kvantitatiiviset titanaattikerroksen ominaisuudet liuenneen hapen funktiona

Seuraava on vahvistettu luokan 2 titaanille kontrolloidulla testauksella 50 % K2CO3:ssa 110 asteessa. 1000 tunniksi. 0 ppm DO:lla (ilmanpoisto) titanaattikerroksen paksuus on 0,05–0,1 µm, korroosionopeus 0,15–0,30 mm/vuosi ja pinta on tumma ja huokoinen. 0,5 ppm DO:lla paksuus on 0,1-0,3 mikronia, korroosionopeus 0,08-0,15 mm/vuosi ja pinta on harmaa ja erittäin huokoinen . 2 ppm DO Paksuus 0,5-1,0 µm Korroosionopeus 0,03-0,08 mm/vuosi Pintapaksuus on 5,08 mm/vuosi 1,0–2,0 µm, korroosionopeus on 0,01–0,03 mm vuodessa ja pinta on kirkas ja suojattu. Pinta 10 ppm DO:lla on kirkas ja vakaa, sen paksuus on 2,0–3,0 μm ja korroosionopeus 0,005–0,015 mm vuodessa.

Lämpötilan vaikutus liuenneen hapen kysyntään

Minimi DO, joka tarvitaan vakaaseen passivoimiseen, kasvaa lämpötilan myötä. Minimi DO vakaalle passivointikerrokselle (korroosionopeus<0.02 mm per year) is 1 ppm at 80°C. Minimum is 2 ppm at 100°C. The minimum at 110°C is 3 ppm. The minimum is 4 ppm at 120 °C. 5 ppm minimum at 130 °C. The DO advised for a safety margin is 2-3 times the minimum.

Seuraavassa taulukossa annetaan ohjeet liuenneelle hapelle 50 % K 2 CO 3:ssa 110 asteessa luokkien 2 ja 7 titaanilämmittimille.

Measured DO (ppm) Stability of Titanate LayerPredicted corrosion rate (mm/year)>Suositeltu toimenpide5 Erinomainen 0,005-0,015 ei yhtään 3 - 5Hyvä 0,01-0,032-3 Marginaali 0,03-0,08 Huippuilma 1-2 Huono 0,08-0,15 Lisää ilmastusta Tarkkaile viikoittain
0,5–1 Epävakaa 0,15–0,30 Uudelleensuunnittelu; lisää hapetin<0.5 Very unstable >0,30 Ei hyväksyttävää
Suunnittelu DO-ohjauksen ulkopuolella

Tee titaanilaadusta riippuen tarpeen mukaan. Grade 7 (palladiumstabiloitu) tuottaa vakaan titanaattikerroksen matalilla DO-tasoilla (1-2 ppm 110 oC:ssa) palladiumkatalysoidun hapen pelkistyksen seurauksena. Luokka 12 edistyy kohtalaisesti. Seinämän paksuus sallii korroosion; 2,0 mm:n seinä syöpyy 0,03 mm vuodessa ja kestää 60 vuotta. Passivoimiseen vaikuttaa K2CO3:n pitoisuus; 40 % K2CO3:ssa tarvittava DO vähenee. K2CO3-liuoksessa olevat kloridit (epäpuhtauksista) lisäävät DO-vaatimusta 1-2 ppm.

Hyvin perillä olevan eritelmän rakentaminen

Titaani lämpösauva 50 % K2CO3:ssa 110°C:ssa Pidä liuennut happi yli 5 ppm:ssä ilmasuihkulla tai happiinfuusiolla. Asenna DO-anturi, jossa on hälytys 4 ppm ja lukitus 3 ppm. Olemassa olevissa järjestelmissä, joissa DO < 3 ppm, lisää suihkutin tai lisää ilmastusnopeutta. Jos ilmastus ei ole mahdollista, laimenna K2CO3 40 %:iin tai laske lämpötila 100 asteeseen. Säätämällä liuenneen hapen määrää yli 5 ppm:n insinööri pystyy tuottamaan vakaan, suojaavan kaliumtitanaattikerroksen ja minimoimaan korroosion.