Σε ποιον συγκεκριμένο συνδυασμό συγκέντρωσης θειικού οξέος και θερμοκρασίας απαιτεί μια θήκη από ανοξείδωτο χάλυβα 2,0 χιλιοστών 316 με μείωση κάτω από 5 Watt ανά τετραγωνικό εκατοστό για την πρόληψη της ενεργού διάβρωσης σε λουτρά αποστράγγισης μετάλλων;

Οι μηχανικοί διεργασιών που κατασκευάζουν ηλεκτρικούς θερμαντήρες εμβάπτισης για λουτρά αποξείδωσης μετάλλων σε χαλυβουργεία και βιομηχανίες μεταλλουργίας αντιμετωπίζουν μία από τις πιο σκληρές συνθήκες για 316 περιβλήματα από ανοξείδωτο χάλυβα όταν αντιμετωπίζουν θειικό οξύ σε ακραίες θερμοκρασίες. Τα λουτρά τουρσί λειτουργούν συνήθως σε θερμοκρασίες από 60 έως 90 βαθμούς και συγκεντρώσεις θειικού οξέος 10 έως 25 %, συχνά με διαλυμένα άλατα σιδήρου, γεγονός που περιπλέκει ακόμη περισσότερο τη συμπεριφορά διάβρωσης. Συχνά επιλέγεται πάχος τοιχώματος 2,0 mm για να επιτρέπει τη διάβρωση και να προσδίδει μηχανική ανθεκτικότητα στις αναταράξεις του λουτρού και στην επαφή με το τεμάχιο εργασίας. Ωστόσο, η λειτουργία σε κανονικές πυκνότητες watt 8-12 W/cm2 έχει ως αποτέλεσμα η θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος να είναι 20-40oC υψηλότερη από τη θερμοκρασία του χύδην λουτρού, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στο να εισέλθει το περίβλημα στο ενεργό καθεστώς διάβρωσης με ρυθμούς διάβρωσης άνω των 5 mm ετησίως. Σε αυτό το έγγραφο, προσδιορίζουμε τους ισχύοντες συνδυασμούς θερμοκρασίας-συγκέντρωσης για τους οποίους μια θήκη 2,0 mm 316 πρέπει να υποβαθμιστεί κάτω από 5 W/cm2 για να παραμείνει εντός του καθεστώτος παθητικής διάβρωσης.

316 Ανοξείδωτος χάλυβας σε θειικό οξύ: Η μετάβαση από το παθητικό στο ενεργό
Το άρθρο 30 ορίζει ότι στο θειικό οξύ η παθητική-ενεργητική μετάβαση του ανοξείδωτου χάλυβα 316 εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία και τη συγκέντρωση . Οι ρυθμοί διάβρωσης είναι < 0,2 mm yr−1 στο παθητικό καθεστώς. Στο ενεργό καθεστώς τα ποσοστά είναι 5-20 mm ετησίως. Το μεταβατικό όριο των συνθηκών λουτρού τουρσί ακολουθεί μια συγκεκριμένη καμπύλη. Η θερμοκρασία μετάβασης για 10 τοις εκατό. Το θειικό οξύ είναι περίπου 55 βαθμοί C. Στο 15% είναι 45 μοίρες μετάπτωσης. Στο 20% πέφτει στους 38 βαθμούς. Φτάνει έως και 32 μοίρες . - 25%. Για έναν θερμαντήρα σε λουτρό χύμα στους 70 βαθμούς με θειικό οξύ 15%, η κατάσταση του όγκου είναι ήδη πάνω από τη θερμοκρασία μετάβασης των 45 μοιρών - το λουτρό είναι ενεργά διαβρωτικό στους 316 χωρίς ροή θερμότητας. 316 δεν είναι κατάλληλο σε αυτές τις περιπτώσεις, ανεξάρτητα από το πάχος του τοιχώματος ή την πυκνότητα watt. Ωστόσο, πολλά λουτρά αποστράγγισης βρίσκονται στη ζώνη μετάβασης, όπου οι συνθήκες όγκου είναι παθητικές, αλλά η αυξημένη θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος, λόγω της ροής θερμότητας, ωθεί τη θήκη στην ενεργή κατάσταση. Η αύξηση της θερμοκρασίας από τον όγκο στην επιφάνεια του περιβλήματος είναι περίπου 25–30 μοίρες για μια θήκη 2,0 mm στα 10 W/cm². Ένα λουτρό χύμα στους 40 βαθμούς με οξύ 15% (παθητικό) έχει ως αποτέλεσμα μια θερμοκρασία επιφάνειας θήκης 65–70 μοιρών, η οποία υπερβαίνει τη μετάβαση των 45 μοιρών, επομένως εμφανίζεται ενεργή διάβρωση στην επιφάνεια του περιβλήματος παρά το γεγονός ότι το χύμα λουτρό είναι παθητικό.

Θήκη κρίσιμων κατωφλίων μείωσης 2,0 χιλιοστών
Οι ανάγκες μείωσης από τις δοκιμές διάβρωσης 316 δειγμάτων, σε θερμοκρασίες και συγκεντρώσεις που σχετίζονται με λουτρά τουρσί, έχουν ως εξής. Θήκη με τοίχο 2,0 mm. Οι τιμές είναι η μέγιστη πυκνότητα watt που διατηρεί τη θερμοκρασία της επιφάνειας του περιβλήματος τουλάχιστον 5 μοίρες κάτω από τη θερμοκρασία παθητικής-ενεργητικής μετάβασης για τη δεδομένη συγκέντρωση όγκου.

Συγκέντρωση θειικού οξέος Μαζική Θερμοκρασία λουτρού Παθητική-Θερμοκρασία ενεργής μετάβασης σε αυτήν τη συγκέντρωση Μέγιστη θερμοκρασία επιφάνειας θήκης (μετάβαση – περιθώριο ασφαλείας 5 βαθμοί) Μέγ. Επιτρεπόμενη πυκνότητα Watt για 2,0 mm. Θήκη Συνιστώμενη δράση 10% 30 μοίρες 55 μοίρες 50 μοίρες 12 W/cm² Ασφαλές σε τυπική πυκνότητα watt
10% 40 μοίρες 55 μοίρες 50 μοίρες 6 W/cm² Μείωση 10% 45 μοίρες 55 μοίρες 50 μοίρες 3 W/cm2 Οριακό; Εξετάστε το ενδεχόμενο αναβάθμισης κράματος 10% Πάνω από 48 μοίρες 55 μοίρες 50 μοίρες Δεν είναι δυνατόΤιτάνιο ή κράμα 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Ασφαλές σε μέτρια πυκνότητα watt
15% 30 μοίρες 45 μοίρες 40 μοίρες 6 W/cm² Απαιτείται μείωση
15% 35 μοίρες 45 μοίρες 40 μοίρες 2 W/cm2 Μη πρακτικό κράμα αλλαγής
15% Πάνω από 38 μοίρες 45 μοίρες 40 μοίρες Δεν είναι δυνατό 316 μη πρακτικό
20% 20 μοίρες 38 μοίρες 33 μοίρες 8 W/cm² Ασφαλές σε χαμηλή πυκνότητα watt
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Κύρια μείωση 20% Πάνω από 28C 38C 33C Δεν είναι δυνατό 316 δεν είναι κατάλληλο
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 μοίρες 32 μοίρες 27 μοίρες Δεν είναι δυνατό Χρησιμοποιήστε κράμα 20 ή τιτάνιο
Για ένα τυπικό λουτρό αποστράγγισης σε θειικό οξύ 15% και θερμοκρασία όγκου 35 μοιρών, η θήκη 2,0 mm 316 πρέπει να είναι στα 2 W/cm2 ή κάτω για την αποφυγή ενεργού διάβρωσης. Σε αυτήν την πυκνότητα watt, ο θερμαντήρας θα ήταν ένας μη πρακτικά μεγάλος θερμαντήρας για μέσες απαιτήσεις ισχύος 10-20 kW. Επομένως, το 316 δεν είναι το κατάλληλο για αυτήν την υπηρεσία. Οι μηχανικοί θα πρέπει να εξετάσουν το ενδεχόμενο να χρησιμοποιήσουν το κράμα 20 (Carpenter 20) ή το κράμα 825, τα οποία και τα δύο έχουν θερμοκρασίες παθητικής ενεργητικής μετάπτωσης 30–50 μοίρες μεγαλύτερες από 316 σε θειικό οξύ.

Αλλαγές σχεδιασμού για την πρόληψη της ενεργού διάβρωσης χωρίς μείωση
Εάν οι συνθήκες του λουτρού αποστράγγισης είναι κοντά στο μεταβατικό όριο και μια θήκη 2,0 mm 316 είναι ήδη τοποθετημένη ή είναι απαραίτητη, τρεις προσαρμογές σχεδιασμού μπορούν να αποφύγουν την ενεργή διάβρωση χωρίς να πέσει η πυκνότητα watt κάτω από τα πρακτικά όρια. Το πρώτο είναι να βελτιωθεί η κυκλοφορία του οξέος σε όλη την επιφάνεια θέρμανσης. Η τυρβώδης ροή με ταχύτητα 1–2 m/s μειώνει την άνοδο της θερμοκρασίας της επιφάνειας του περιβλήματος από 25–30 σε 10–15 μοίρες, γεγονός που μπορεί να εμποδίσει τη θήκη να φτάσει στο σημείο μετάβασης. Η δεύτερη αλλαγή είναι η προσθήκη ενός οξειδωτικού παράγοντα στο λουτρό. Μικρές προσθήκες ιόντων σιδήρου ή υπεροξειδίου του υδρογόνου μπορούν να μετατοπίσουν την παθητική-ενεργητική μετάβαση σε υψηλότερες θερμοκρασίες κατά 10-20 βαθμούς C, επιστρέφοντας στην παθητική συμπεριφορά. Η τρίτη αλλαγή είναι ο σχεδιασμός του θερμαντήρα διπλής{16}}πυκνότητας watt που έχει χαμηλότερη πυκνότητα ισχύος στο κάτω μέρος του λουτρού με τις μεγαλύτερες θερμοκρασίες λόγω στρωματοποίησης . Για τις περισσότερες εφαρμογές λουτρών αποστράγγισης, η τεχνική λύση είναι η αναβάθμιση από 316 σε πιο ανθεκτικό κράμα. Συνήθως η διαφορά κόστους μεταξύ μιας θήκης 2,0 mm 316 και μιας θήκης Alloy 20 ίδιου μεγέθους είναι 30-50%, αλλά η διάρκεια ζωής βελτιώνεται από μήνες σε 5-10 χρόνια. Όταν καθορίζουν θερμάστρες για λουτρά τουρσί, οι μηχανικοί θα πρέπει να παρέχουν στον προμηθευτή την πλήρη σύνθεση του λουτρού, το εύρος θερμοκρασίας και τον αναμενόμενο βαθμό αναταράξεων. Εάν ο κατασκευαστής συνιστά το 316 για θειικό οξύ 15% στους 50 βαθμούς και δεν μιλάει για μείωση ή πιθανότητα ενεργής διάβρωσης, δεν δίνουν αρμόδιες συμβουλές. Η αλλαγή από παθητική σε ενεργητική διάβρωση στο θειικό οξύ είναι γρήγορη και ανελέητη. Ένα περίβλημα 2,0 mm που χάνει 5 mm/έτος σε ενεργή διάβρωση θα τρυπήσει σε λιγότερο από 5 μήνες. Μείωση απόδοσης<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.