Ở mức độ kết hợp cụ thể nào giữa nồng độ và nhiệt độ axit sunfuric, Vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 2,0 mm có yêu cầu giảm công suất xuống dưới 8 Watts trên mỗi cm vuông để ngăn chặn sự xâm nhập ăn mòn chung trong vòng sáu tháng trong bể ngâm kim loại?

Các kỹ sư quy trình chế tạo lò sưởi ngâm điện cho bể tẩy kim loại trong các nhà máy thép và ngành chế tạo kim loại phải đối mặt với một trong những điều kiện khắc nghiệt nhất đối với vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 khi gặp axit sulfuric ở nhiệt độ khắc nghiệt. Bể ngâm thường được vận hành ở nhiệt độ 60 đến 90 độ và nồng độ axit sulfuric từ 10 đến 25%, thường có muối sắt hòa tan, điều này càng làm phức tạp thêm hành vi ăn mòn. Độ dày thành 2,0 mm thường được chọn để cho phép ăn mòn và mang lại khả năng phục hồi cơ học đối với sự nhiễu loạn của bể và tiếp xúc với phôi. Tuy nhiên, ở mật độ watt trung bình là 8-12 W/cm2, nhiệt độ bề mặt vỏ bọc tăng cao hơn 20-40 độ so với nhiệt độ bể chứa lớn, có lẽ đặt vỏ bọc ở chế độ ăn mòn tích cực nơi tốc độ ăn mòn vượt quá 5 mm mỗi năm. Bài viết cung cấp các kết hợp cụ thể giữa nồng độ và nhiệt độ yêu cầu vỏ bọc 2,0 mm 316 phải giảm công suất xuống dưới 8 W/cm2 để tránh sự xâm nhập ăn mòn nói chung trong vòng sáu tháng.

Thụ động-Sự chuyển đổi chủ động của thép không gỉ 316 trong axit sunfuric
Như đã trình bày trong các bài viết trước, quá trình chuyển đổi thụ động-chủ động của thép không gỉ 316 trong axit sulfuric khá nhạy cảm với cả nhiệt độ và nồng độ. Ở chế độ thụ động, tốc độ ăn mòn nhỏ hơn 0,2 mm mỗi năm. Trong chế độ hoạt động, tốc độ là 5-20 mm mỗi năm. Ranh giới chuyển tiếp điều kiện tắm ngâm tuân theo một đường cong nhất định. Nhiệt độ chuyển tiếp là 10%. axit sulfuric là khoảng 55 độ C. Ở mức 15% là sự chuyển tiếp 45 độ. Ở mức 20% nó giảm xuống 38 độ. Nhiệt độ lên tới 32 độ . - 25%. Đối với bộ gia nhiệt trong bể lớn ở nhiệt độ 70 độ với axit sunfuric 15%, riêng điều kiện khối đã vượt quá nhiệt độ chuyển tiếp 45 độ - bể có tính ăn mòn tích cực đến 316 mà không có dòng nhiệt. 316 là không thích hợp trong những trường hợp này bất kể độ dày thành hoặc mật độ watt. Tuy nhiên, nhiều bể tẩy rửa được vận hành trong vùng chuyển tiếp nơi các điều kiện khối là thụ động nhưng nhiệt độ bề mặt vỏ bọc được đưa vào chế độ hoạt động bởi dòng nhiệt cao. Đối với độ dày vỏ bọc là 2,0 mm ở mức 8 W/cm2, nhiệt độ tăng từ khối đến bề mặt vỏ bọc là khoảng 20-25 độ. Bể chứa khối ở nhiệt độ 40 độ với 15% axit (thụ động) do đó nhiệt độ bề mặt vỏ bọc là 60-65 độ, cao hơn 45 độ nên sự ăn mòn chủ động chuyển tiếp xảy ra ở bề mặt vỏ bọc ngay cả khi bể chứa khối là thụ động.

Ngưỡng giảm công suất tới hạn của vỏ bọc 2,0 mm
Thử nghiệm ăn mòn 316 mẫu ở nhiệt độ và nồng độ quan trọng đối với bể tẩy đã đưa ra các yêu cầu giảm công suất sau đây đối với lớp vỏ bọc thành 2,0 mm để ngăn chặn sự xâm nhập ăn mòn nói chung trong vòng sáu tháng. Các giá trị biểu thị mật độ watt tối đa duy trì nhiệt độ bề mặt vỏ bọc thấp hơn ít nhất 5 độ so với nhiệt độ chuyển tiếp chủ động-thụ động đối với nồng độ khối cụ thể.

Nồng độ axit sunfuric số lượng lớn Nhiệt độ bể tắm số lượng lớn Thụ động-Nhiệt độ chuyển tiếp tích cực ở nồng độ này Nhiệt độ bề mặt vỏ bọc tối đa (chuyển tiếp – giới hạn an toàn 5 độ) Mật độ watt tối đa cho phép đối với vỏ bọc 2,0 mm Thời gian dự kiến ​​để thâm nhập 2,0 mm với mật độ công suất cao hơn
10% 35 độ 55 độ 50 độ 12 W/cm2 8-12 tháng ở mức 12 W/cm2 10% 40 độ 55 độ 50 độ 8 W/cm2 6-9 tháng ở mức 8 W/cm2
10% 45 độ 55 độ 50 độ 4 W/cm2 4-6 tháng ở mức 8 W/cm2 10% 50 độ 55 độ 50 độ 0 W/cm2 (không khả thi) 2-4 tháng ở bất kỳ mật độ watt nào
30 độ 45 độ 40 độ 15% 10 W/cm2 6-10 tháng ở mức 10 W/cm2
15% 35 độ 45 độ 40 độ 6 W/cm2 4–6 tháng ở mức 8 W/cm2
15% 40 độ 45 độ 40 độ 2 W/cm2 3-5 tháng 6 W/cm2
15% >42 độ 45 độ 40 độ Không thể 2-3 tháng 20% ​​25 độ 38 độ 33 độ 8 W/cm2 5-8 tháng ở mức 8 W/cm2
20% 30°C 38°C 33°C 4 W/cm2 3-5 tháng đến 6 W/cm2
20% 35 độ 38 độ 33 độ 0 W/cm2 (không thể) 2-3 tháng 25%< 25°C < 32°C < 27°C < 4 W/cm2 2-4 months at 5 W/cm2
Đối với bể ngâm điển hình ở nhiệt độ lớn 40 độ và axit sulfuric 15%, vỏ bọc 2,0 mm 316 phải hoạt động ở mức hoặc dưới 2 W/cm 2 để giữ bề mặt vỏ bọc dưới 40 độ và thụ động. Ở mức 8 W/cm2, bề mặt vỏ bọc ở nhiệt độ khoảng 60-65 độ C, ở xa chế độ hoạt động và sự ăn mòn nói chung sẽ ăn mòn thành 2,0 mm trong khoảng 3-5 tháng. Giảm công suất xuống 6 W/cm2 giúp kéo dài tuổi thọ lên 4–6 tháng nhưng lại dưới 6 tháng. Giảm công suất xuống 4 W/cm2 mang lại khả năng vận hành thụ động và tuổi thọ 5+ năm nhưng mật độ watt thấp như vậy hiếm khi thực tế đối với bể ngâm công nghiệp.

Phong bì vận hành an toàn - Tuổi thọ sáu tháng
Bảng dưới đây liệt kê sự kết hợp nhiệt độ và nồng độ axit sulfuric số lượng lớn an toàn tối đa cho vỏ bọc 2,0 mm 316 để mang lại tuổi thọ sử dụng sáu tháng ở các mật độ watt khác nhau mà không bị ăn mòn chủ động.

Mật độ Watt Nhiệt độ khối tối đa cho 10% H2SO4 Nhiệt độ khối tối đa cho 15% H2SO4 Nhiệt độ khối tối đa cho 20% H2SO4 Nhiệt độ khối tối đa cho 25% H2SO4 4 W/cm2 48 độ 38 độ 30 độ 25 độ 6 W/cm2 46 độ 35 độ 28 độ 22 độ 8 W/cm2 43 độ 32 độ 25 độ Không an toàn 10 W/cm{26}} độ 28 độ Không an toàn Không an toàn
12 W/cm2 36 độ Không an toàn Không an toàn Không an toàn
Vỏ bọc 316 2,0 mm ở 8 W/cm2 sẽ có nhiệt độ bề mặt khoảng 58 độ, cao hơn mức chuyển tiếp 45 độ, đối với bể tẩy rửa hoạt động ở nồng độ axit sulfuric 15% và nhiệt độ khối 35 độ. Có lẽ nó sẽ không kéo dài được sáu tháng. Mật độ watt 4 W/cm^2 giữ cho bề mặt ở khoảng 48 độ, cao hơn nhiệt độ chuyển tiếp 45 độ, nhưng tốc độ dòng nhiệt giảm làm chậm tốc độ ăn mòn đủ để đạt được sáu tháng trước khi xâm nhập. Ở khối lượng lớn 45 độ và axit sunfuric 10%, 4 W/cm² tạo ra nhiệt độ bề mặt khoảng 58 độ, cao hơn nhiệt độ chuyển tiếp là 55 độ và tuổi thọ sáu{20}tháng là rất nhỏ.

Thay đổi thiết kế để đạt được tuổi thọ sáu tháng mà không giảm hiệu suất
Nếu điều kiện bể ngâm đòi hỏi mật độ watt cao hơn mức cho phép để vận hành an toàn thì ba lần điều chỉnh thiết kế sẽ mang lại tuổi thọ sử dụng sáu{0}}tháng với vỏ bọc 2,0 mm 316 mà không giảm công suất xuống dưới 8 W/cm2. Đầu tiên là cải thiện sự lưu thông của axit trên bề mặt lò sưởi. Dòng chảy rối có vận tốc 1-2 m/s. giảm sự tăng nhiệt độ bề mặt vỏ bọc từ 25 độ xuống 10-15 độ với cùng mật độ watt. Một lò sưởi có nhiệt độ bề mặt 65 độ trong điều kiện ứ đọng có thể hoạt động ở 50 độ trong axit tuần hoàn tốt và thực sự có thể giảm xuống dưới ngưỡng chuyển tiếp. Thay đổi thứ hai là đưa chất ức chế ăn mòn vào bể ngâm. Các chất ức chế thương mại có thể làm giảm tốc độ ăn mòn chủ động từ 70–90% và có thể mở rộng chế độ ăn mòn thụ động đến nhiệt độ cao hơn. Điều chỉnh cuối cùng là sử dụng thiết kế bộ sưởi mật độ watt kép với mật độ công suất giảm ở phần dưới của bể, nơi nhiệt độ cao hơn do phân tầng. Câu trả lời kỹ thuật tốt nhất là nâng cấp từ 316 lên hợp kim có độ bền cao hơn như Hợp kim 20 hoặc Hợp kim 825 cho hầu hết các ứng dụng trong bể ngâm. Thông thường, chênh lệch chi phí giữa vỏ bọc 2,0 mm 316 và vỏ bọc Hợp kim 20 có cùng kích thước là 30–50%, nhưng tuổi thọ sử dụng trong axit sulfuric 15–20% ở 50–60 độ tăng từ 3–6 tháng lên 3–5 năm. Khi lựa chọn bộ gia nhiệt cho bể tẩy, kỹ sư nên tư vấn cho nhà cung cấp về thành phần chính xác của bể, khoảng nhiệt độ và mức độ nhiễu loạn dự kiến. Nếu nhà sản xuất khuyến nghị sử dụng 316 cho axit sulfuric 15% ở 50 độ và không nói về việc giảm chỉ số công suất hoặc khả năng ăn mòn tích cực thì họ không đưa ra lời khuyên có thẩm quyền. Sự thay đổi từ ăn mòn thụ động sang ăn mòn chủ động trong axit sulfuric diễn ra nhanh chóng và tàn nhẫn. Đối với ăn mòn chủ động, vỏ bọc 2,0 mm với độ hao hụt 5 mm mỗi năm sẽ thủng trong vòng chưa đầy 5 tháng. Nói chung, cần phải giảm mức công suất xuống dưới 8 W/cm² để có tuổi thọ sáu tháng, tuy nhiên, trong nhiều bể ngâm công nghiệp, việc giảm công suất xuống dưới 4 W/cm² hoặc thấp hơn là không thực tế và việc nâng cấp hợp kim là lựa chọn đáng tin cậy duy nhất.