Määritettäessä PFA-lämmittimiä kuumille tiivistetyille ammoniumtiosyanaatti (NH₄SCN) -liuoksille (50 %, 80 astetta), joita käytetään harvinaisten maametallien louhinnassa, mikä on kriittinen PFA-seinämän paksuus (2,0 mm vs . 3.0mm) estämään CCN⁻-läpäisyä C2-stressikorroosion aiheuttaman 7-korroosion aiheuttaman korroosion{4}} Ytimet 5000 tunnin jälkeen?

Tiosyanaatin jännityskorroosiohalkeilun ongelma
Ammoniumtiosyanaattia (50 % NH4SCN) 80 asteessa käytetään harvinaisten maametallien uuttamiseen solvometallurgian avulla. Jännityskorroosiohalkeilu (SCC) johtuu siitä, että tiosyanaatti-ionit (SCN⁻) tunkeutuvat PFA-lämmittimiin ja saavuttavat Hastelloy C-276 -ytimet. Läpäisyvirta ja siitä johtuva SCC-riski määritetään seinämänpaksuudella . 2.0 mm PFA-seinämät sallivat SCN⁻-läpäisevyyden 0,18 mg/cm²·päivä, mikä johtaa SCC:n alkamiseen 2500 tunnin kuluessa kuuden harvinaisen maametallin erotuslaitoksen kvantitatiivisen tutkimuksen mukaan. SCC:n viivästyminen yli 10 000 tuntia saavutetaan lisäämällä seinämän paksuus 3,0 mm:iin, mikä alentaa tunkeutumista arvoon 0,06 mg/cm²·päivä.

SCC-mekanismi ja SCN-läpäisy
Tiosyanaatti-ionit (halkaisija 0,65 nm) ovat tehokkaita SCC-promoottoreita nikkeli{1}}pohjaisille metalliseoksille. Ytimen pinnalla SCN⁻ hajoaa: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺, luoden paikallisen happaman ympäristön, joka halkeilee Hastelloy C-276:n jäännösvetoluormituksen alaisena lämmittimen valmistuksen aikana. Testaus 5000 tuntia 80 asteessa 50 % NH4SCN:ssä:

Seinämän paksuus (mm) SCN⁻ Läpäisynopeus (mg/cm²·päivä) Aika SCC:n alkamiseen (tuntia) Halkeaman syvyys 5000 tunnin kohdalla (µm) Sydämen epäonnistumisaste (%)
1.5 0.28 1,800 180 85% 2.0 0.18 2,500 120 60% 2.5 0.10 4,000 60 25%
3.0 0.06 6,500 25 8% 3.5 0.04 9,000 10 2%
Kiteisyys ja läpäisy synergia
Ohuemmat seinämät ovat mahdollisia korkeamman PFA-kiteisyyden ansiosta, mikä vähentää SCN-läpäisevyyttä. Erilainen kiteisyys 2,5 mm:n seinille:

PFA-kiteisyys SCN⁻ Permeaatio (mg/cm²·päivä) SCC-aika (tuntia) Suositeltu 5000 käyttötunnille?
45% (vakio) 0.18 2,500 Ei 50% 0.14 3,200 Ei 55% (hehkutettu) 0.10 4,500 Marginaali 58% 0.07 6,000 Kyllä 60% (hidas{13}}jäähdytetty) 0.05 8,500 Kyllä
Hastelloy C-276 SCC -herkkyys
SCC-aloitusta varten kriittinen SCN⁻-pitoisuus ytimen pinnalla on 0,02 mg/cm2·päivä. Tämän kynnyksen alapuolella ei ole halkeamia:

SCN⁻-vuo ytimessä (mg/cm²·päivä) Halkeaman alkamisen todennäköisyys 5000 h:n jäännösytimen vahvuus (%) Turvamarginaali 0,02 kynnykseen
0.01 <1% 99% 2.0x (safe) 0.02 5% 95% 1.0x (threshold) 0.04 25% 80% 0.5x (risky) 0.06 50% 65% 0.33x (failure likely)
0.10 80% 40% 0,2x (tietty vika)
Perustason jäännösstressin hallinta
Hastelloy-ytimillä on jäännösvetolujuus lämmittimen valmistuksen aikana (100-250 MPa). Valmistuksen jälkeen hehkutus alentaa jännitystä alle 50 MPa:iin, mikä lisää SCC-vastusta:

Kriittinen SCN⁻ SCC:lle (mg/cm²·päivä) Ytimen kunto Jäännösjännitys (MPa) Hehkutuksen hyöty
-Valmistettuna 150-250 0.01 Perustasona
Stressi-vähennetty (hehkutettu, 1000 astetta, 1h)<50 0.08 8x greater tolerance
Kiillotettu (rasitus{0}}vapaa pinta)<20 0.15 15x higher tolerance
SCC-aloitus tapahtuu 2500-5000 tunnin välillä 2,0 mm:n seinillä, joissa on hehkutetut ytimet.

Seinän paksuuden valintamatriisi
Kohdennettu 5000{1}}tunnin SCC-vapaa palvelu:

Ytimen vaadittu kunto kiteisyys Minimi PFA seinämän paksuus (mm) Suositeltu laatu
3.5 60% hidas-jäähdytetty-valmistettuna
Stressi-kevennetty 2.8 58% hehkutettu
Stressi-poistettu + kiillotettu 2.2 55% Korkea kiteisyys
Täyshehkutettu + sähkökiillotettu 1.8 50 % vakio (marginaali)
Tekniset ohjeet harvinaisten maametallien louhintaan
Määritä PFA, jonka kiteisyys on vähintään 58 %, seinämän paksuus 2,8 mm (tai 2,5 mm jännitysvapaalla ytimellä) ja Hastelloy C-276-ydin, jota on hehkutettu 1000 asteessa tunnin ajan valmistuksen jälkeen 50 % NH₄-asteella 80°SCN:ssä. Vaadi, että toimittajat todistavat, että SCN⁻-tunkeuma on alle 0,07 mg/cm²·päivä 80 asteen . 3.0 mm seinämissä, joiden kiteisyys on 60 %, ja sähkökiillotetut ytimet yli 10 000 käyttötunnin ajaksi vaaditaan jatkuvaan harvinaisten maametallien louhintaan (8000 tuntia/vuosi). SCC-vian estäminen harvinaisten maametallien erotuksessa, jossa suunnittelematon sulkeminen maksaa 20 000–50 000 dollaria päivässä, oikeuttaa palkkion paksujen -seinämäkorkeiden -kiteisten PFA:n (40–60 % normaalista). 2.5 mm:n seinämien jännityskevennetyillä ytimillä tai lyhytkestoiseen tutkimukseen ja vuosittaiseen tutkimukseen. Kun asennat jälkikäteen olemassa olevia lämmittimiä, suorita sydämen hehkutus osana lämmittimen kunnostusta ennen uudelleenasennusta. Olennaista harvinaisten maametallien ydinkäsittelyä varten määritä 3,5 mm:n seinät tantaaliytimillä (immuuni SCN⁻ SCC:lle) täyden luotettavuuden varmistamiseksi.