Do produkcji pigmentów (TiO₂ w procesie chlorkowym) Ogrzewanie roztworu chlorku żelaza (25%) w temperaturze 70 stopni. Który stop tytanu jest odporny na ścieranie-korozję spowodowaną stałymi cząsteczkami TiO₂?

W procedurze chlorkowej syntezy pigmentu z dwutlenku tytanu (TiO2) jako środka chlorującego stosuje się 25% roztwór chlorku żelaza (FeCl3) w temperaturze 70 stopni. Roztwór zawiera zawieszone cząstki TiO2 (o średnicy 1-10 ​​µm), które są bardzo ścierne. Rury grzejne zanurzone w tej zawiesinie są jednocześnie narażone na ścieranie (mechaniczne usuwanie materiału przez cząstki stałe) i korozję (elektrochemiczne rozpuszczanie odsłoniętego metalu). Ta synergiczna-ścieranie-korozja prowadzi do współczynnika strat materiałowych znacznie wyższych niż w przypadku każdego mechanizmu z osobna. W badaniu oceniano odporność na ścieranie i korozję gatunków tytanu (2, 7, 12 i 24) w chlorku żelazowym obciążonym TiO 2 i określono optymalny stop do tego zastosowania.

Mechanizm korozji ściernej
W przypadku tytanu pasywna powłoka ochronna jest stale niszczona przez uderzenia cząstek w żrącej zawiesinie zawierającej cząstki. Agresywny roztwór FeCl3 odsłania świeży, goły tytan, który szybko skorodował, a następnie ponownie pasywował, tylko po to, by nowa powłoka została usunięta przez kolejne uderzenie cząstek. Współczynnik synergii (całkowite zużycie/suma czystego ścierania i czystej korozji) dla stopów tytanu wynosi od 2 do 10.

Parametry krytyczne: Twardość cząstek (TiO2 jest twardy, Mohsa 6-7) Kształt cząstek (cząstki kątowe są bardziej ścierne) Prędkość (wyższa prędkość zwiększa energię uderzenia) Kąt uderzenia (normalne uderzenia powodują więcej uszkodzeń niż spojrzenie)

Testy porównawcze
Testy-kontrolowanej korozji szlamu z użyciem wirującego dysku (prędkość liniowa 2 m/s, cząstki TiO2 10% wag., FeCl3 25%, 70 stopni, 100 h):

Stopień 2 (czysty komercyjnie): Powłoka pasywna szybko usunięta. Szybkość korozji przy ścieraniu 0,8-1,2 mm/rok. Głębokie żłobienia i wgłębienia na powierzchni. Po 100 godzinach utrata masy odpowiada penetracji 0,1 mm. Stopień 2 nie działa.

Stopień 7 (Ti-0,15Pd): Pallad powoduje modyfikację katodową, nieznacznie poprawiającą odporność na korozję, ale nie zwiększającą twardości. Szybkość korozji ściernej wynosi 0,5-0,9 mm/rok. To więcej niż druga klasa, ale wciąż wysoka. Miękka matryca (twardość ~180 HV) łatwo ulega zużyciu.

Stopień 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) Molibden i nikiel zwiększają twardość do około 200-220 HV. Szybkość korozji ściernej wynosi 0,3-0,6 mm rocznie. Dobre dla umiarkowanej obsługi, ale nie najlepsze. Lepsza wydajność wynika z twardszej powierzchni, a nie zwiększonej odporności na korozję.

Gatunek 24 (Ti-6Al-4V-0,1Ru): stop alfa-beta o twardości 320-360 HV (wyżarzany), nadający się do ulepszania cieplnego do 380-400 HV. Ruten (0,1%) zapewnia odporność na korozję podobną do klasy 7. Szybkość korozji ściernej: 0,08-0,15 mm/rok, 5-10 razy lepsza niż klasa 2. Twarda powierzchnia jest odporna na uderzenia cząstek, dzięki czemu dłużej utrzymuje warstwę pasywną. Po 100 godzinach zaobserwowano jedynie powierzchowne zadrapania, bez zadrapań.

Twardość jako parametr krytyczny
Stopień tytanu Twardość (HV, wyżarzany) Ścieranie-Szybkość korozji (mm/rok)Względny współczynnik trwałości Współczynnik kosztu
Ocena 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Ocena 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x Ocena 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Klasa 24 (wyżarzana) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
Klasa 24 (w wieku) 380-400 0.05-0.10 10-15 razy 2,2-2,8 razy
Hastelloy C-276 (dla odniesienia) 250-300 0.08-0.12 Podobny do klasy 24 3.5-4.0x
Tabela zastosowań podgrzewaczy szlamu TiO2
Warunki pracy Cząstki/cm3 Rozmiar cząstek Prędkość przepływu Zalecany stop tytanu Oczekiwana trwałość (ściana 1,65 mm)
Niska zawartość substancji stałych, niska prędkość<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Typowe umiarkowane części stałe 5-15% wag. 5-15 µm 1-2 m/s Klasa 24 (wyżarzane) 5-8 lat
Wysoka zawartość części stałych 15-25% wag. 10-50 µm 2-3 m/s Klasa 24 (w wieku) 4-6 lat
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s Klasa 24 z grubszą ścianką (2,5 mm) 5-7 lat
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Klasa 24 lub Hastelloy C-276 Określono projekt
Praktyczne implikacje
Tytan klasy 24 (Ti-6Al-4V-0,1Ru) zapewnia najlepszą odporność na ścieranie i korozję przy produkcji pigmentów poprzez ogrzewanie chlorku żelaza (25%) z zawieszonymi cząsteczkami TiO₂ w temperaturze 70 stopni. Jego wysoka twardość (320-400 HV) zapobiega uderzeniom cząstek, podczas gdy ruten zapewnia odporność na korozję porównywalną z klasą 7. Oczekiwana żywotność przy ściance 1,65 mm jest 5-8 lat - 6-12 razy dłuższa niż w klasie 2. Klasa 12 jest odpowiednia do pracy przy niskiej prędkości lub niskiej zawartości cząstek stałych, ale w normalnych warunkach ulegnie przedwczesnej awarii. W tym środowisku klasy 2 i 7 nie zaleca się stosowania cząstek stałych. W przypadku klasy 24 należy zamówić stan wyżarzany lub starzony zgodnie z wymaganiami specyfikacji twardości. W przypadku nowej instalacji należy rozważyć rury klasy 24 ze ścianką 2,0 mm, aby uzyskać dodatkowy margines bezpieczeństwa.. - Ustanowić roczny program ultradźwiękowego monitorowania grubości w zakrętach i strefach wlotowych, gdzie wpływ cząstek jest najcięższy. Jeśli posiadasz grzejnik klasy 2 lub 12, który ulega wcześniejszej awarii, rozważ modernizację do klasy 24 podczas następnej wymiany. Zwiększony koszt klasy 24 (2-2,5 razy więcej niż klasy 2) jest kompensowany dłuższą żywotnością i krótszymi przestojami w wymianie grzejnika.