För pigmentproduktion (TiO₂ via kloridprocess) Uppvärmning av järnkloridlösning (25%) vid 70 grader, vilken titanlegering motstår nötning-korrosion från fasta TiO₂-partiklar?

Kloridproceduren för syntes av titandioxid (TiO 2 ) pigment använder en 25 % järnklorid (FeCl 3 ) lösning vid 70 grader som kloreringsmedel. Lösningen innehåller suspenderade TiO2-partiklar (1-10 ​​µm diameter) som är mycket nötande. Värmerören som är nedsänkta i denna slurry utsätts samtidigt för nötning (mekaniskt avlägsnande av material genom fasta partiklar) och korrosion (elektrokemisk upplösning av exponerad metall). Denna synergiska-nötning-korrosion leder till materialförlusthastigheter som är betydligt högre än båda mekanismerna ensamma. Studien utvärderar nötnings-korrosionsbeständigheten hos titankvaliteter (2, 7, 12 och 24) i TiO 2-laddat järnklorid och definierar den optimala legeringen för denna tjänst.

Nötningskorrosionsmekanism
På titan förstörs den passiva skyddande beläggningen kontinuerligt av partikelpåverkan i en korrosiv slurry med partiklar. Den aggressiva FeCl3-lösningen exponerar färskt rent titan som korroderade snabbt och sedan återpassiverades, bara för att få den nya filmen bort vid nästa partikelstöt. Synergifaktorn (totalt slitage/summa av ren nötning och ren korrosion) är mellan 2 och 10 för titanlegeringar.

Kritiska parametrar: Partikelhårdhet (TiO2 är hård, Mohs 6-7) Partikelform (vinkelpartiklar är mer nötande) Hastighet (Högre hastighet ökar slagenergin) Islagsvinkel (Normala stötar orsakar mer skada än blickar)

Jämförande tester
Uppslamningserosion-korrosionskontrollerade tester med en roterande skiva (linjär hastighet 2 m/s, TiO2-partiklar 10 viktprocent, FeCl3 25%, 70 grader, 100 timmar):

Grad 2 (kommersiellt ren): Passiv film avlägsnas snabbt. Korrosionshastighet vid nötning 0,8-1,2 mm/år. Djupa skåror och gropar på ytan. Efter 100 timmar motsvarar viktminskningen en penetration på 0,1 mm. Betyg 2 fungerar inte.

Grad 7 (Ti-0.15Pd): Palladium producerar katodisk modifiering som marginellt förbättrar korrosionsbeständigheten men ökar inte hårdheten. Graden av nötning-korrosion är 0,5-0,9 mm/år. Det är mer än 2:a klass, men ändå högt. Mjuk matris (~180 HV hårdhet) slits lätt ut.

Grad 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) Hårdheten höjs till cirka 200-220 HV av molybden och nickel. Graden av nötning-korrosion är 0,3-0,6 mm per år. Bra för måttlig service men inte bäst. Den förbättrade prestandan beror på tuffare yta, inte ökad korrosionsbeständighet.

Grad 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru): alfa-beta-legering med en hårdhet på 320-360 HV (glödgat), värmebehandlas till 380-400 HV. Ruthenium (0,1 %) ger korrosionsbeständighet liknande Grad 7. Hastighet av nötning-korrosion: 0,08-0,15 mm/år, 5-10 gånger bättre än Grad 2. Den hårda ytan motstår partikelpåverkan och behåller därmed den passiva filmen längre. Efter 100 timmar observerades endast ytlig repning, ingen repning.

Hårdhet som en kritisk parameter
Titanhårdhet (HV, glödgat) Nötning-Korrosionshastighet (mm/år) Relativ livslängdsfaktor Kostnadsfaktor
Betyg 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Betyg 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x Betyg 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Betyg 24 (glödgat) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
Betyg 24 (åldern) 380-400 0.05-0.10 10-15 gånger 2,2-2,8 gånger
Hastelloy C-276 (för referens) 250-300 0.08-0.12 Liknar betyg 24 3.5-4.0x
Applikationsmatris för TiO2-slamvärmare
Servicevillkor Partiklar/cm3Partikelstorlek Flödeshastighet Rekommenderad titanlegering förväntad livslängd (1,65 mm vägg)
Låg fasta ämnen, låg hastighet<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Typiska måttliga fasta ämnen 5-15 viktprocent 5-15 µm 1-2 m/s Grad 24 (glödgad) 5-8 år gammal
Höga torrsubstanser 15-25 viktprocent 10-50 µm 2-3 m/sek Grad 24 (åldrad) 4-6 år
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s Grad 24 med tjockare vägg (2,5 mm) 5-7 år
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Grade 24 eller Hastelloy C-276 Design specificerad
Praktiska konsekvenser
Grad 24 titan (Ti-6Al-4V-0.1Ru) erbjuder den bästa motståndskraften mot både nötning och korrosion vid produktion av pigment genom att värma järnklorid (25%) med suspenderade TiO₂-partiklar vid 70 grader. Dess höga hårdhet (320-400 HV) förhindrar partikelpåverkan, medan rutenium ger den korrosionsbeständighet jämförbar med Grad 7. Förväntad livslängd med 1,65 mm vägg är 5-8 år - 6-12 gånger längre än Grad 2. Grad 12 är tillräcklig för drift med låg hastighet eller låg torrsubstans men kommer att misslyckas i förtid under normala förhållanden. Ingen partikelservice rekommenderas i denna miljö grad 2 och grad 7. För grad 24, beställ glödgat eller åldrat tillstånd enligt hårdhetsspecifikationerna. För en ny installation, överväg Grade 24-rör med 2,0 mm vägg för ytterligare säkerhetsmarginal. - Upprätta ett årligt program för övervakning av ultraljudstjocklek vid kurvor och inloppszoner där partikelpåverkan är mest allvarlig. Om du har en värmare av klass 2 eller grad 12 som misslyckas tidigt, överväg att uppgradera till klass 24 vid tidpunkten för nästa byte. Den ökade kostnaden för klass 24 (2-2,5 gånger mer än klass 2) kompenseras av längre livslängd och mindre stilleståndstid för värmebyte.