Hvordan ændrer niveauet for opløst ilt (0,5 ppm vs. 5 ppm) stabiliteten af ​​titanatpassiveringslaget for en titanvarmestang, der fungerer i en 50 % kaliumcarbonatopløsning ved 110 grader?

I 50 % kaliumcarbonat (K2CO3) ved 110 grader dannes en beskyttende belægning af kaliumtitanat (K2TiO3) på titaniumoverfladen. Opløst oxygen (DO) er et nøgleelement i produktionen af ​​titanater. Ved lav DO (0,5 ppm) er titanatlaget tyndt (0,1-0,5 µm) og porøst og giver utilstrækkelig beskyttelse. Ved høj DO (5 ppm) er laget tykkere (1-3 µm) og tæt og reducerer korrosionshastigheden med 5-10 gange. Titanatlaget fremstilles ved reaktionen TiO2 + K2O → K2TiO3, hvor K2O opnås ved nedbrydning af K2C03.

Indflydelse af opløst ilt på mekanismen for dannelse af titanatlag

Oxygen er nødvendig for at holde titaniumoverfladen i en passiv tilstand for at TiO2 kan udvikle sig. TiO 2 reagerer i nærvær af K 2 CO 3 for at generere K 2 TiO 3 . iltmangel--betingelser resulterer i et tyndt og defekt lag af TiO$_2$, og dermed et tyndt og defekt lag af K$_2$TiO$_3$. Ved lav DO er belægningen revnet og porøs og tillader korrosion at fortsætte. Ved høj DO vokser laget konsekvent og er beskyttende. I steady state styres korrosionshastigheden ved diffusion af oxygen gennem titanatlaget.

Kvantitative titanatlagskarakteristika som funktion af opløst ilt

Følgende er blevet etableret for grad 2 titanium ved kontrolleret test i 50% K2CO3 ved 110 grader. i 1.000 timer. Ved 0 ppm DO (afluftet) er titanatlagets tykkelse 0,05-0,1 µm, korrosionshastigheden er 0,15-0,30 mm/år, og overfladen er mørk og porøs. Ved 0,5 ppm DO er tykkelsen 0,1-0,3 mikron, korrosionshastighed 0,08-0,15 mm/år, og overfladen er grå og meget porøs. 2 ppm DO Tykkelse 0,5-1,0 µm Korrosionshastighed 0,03-0,08 mm/år Overfladen Lys ved 0,5 ppm 0.08 mm/år tykkelse DO 0.5 ppm. µm, korrosionshastigheden er 0,01-0,03 mm om året, og overfladen er lys og beskyttet. Overfladen ved 10 ppm DO er lys og stabil med en tykkelse på 2,0-3,0 μm og en korrosionshastighed på 0,005-0,015 mm pr. år.

Effekt af temperatur på opløst iltbehov

Den minimale DO, der er nødvendig for stabil passivering, stiger med temperaturen. Minimum DO for et stabilt passiveringslag (korrosionshastighed<0.02 mm per year) is 1 ppm at 80°C. Minimum is 2 ppm at 100°C. The minimum at 110°C is 3 ppm. The minimum is 4 ppm at 120 °C. 5 ppm minimum at 130 °C. The DO advised for a safety margin is 2-3 times the minimum.

Kaliumkarbonatvarmer Håndtering af opløst ilt

Følgende tabel giver retningslinjer for opløst ilt i 50 % K 2 CO 3 ved 110 grader for Grade 2 og Grade 7 titanium varmeapparater.

Measured DO (ppm) Stability of Titanate LayerPredicted corrosion rate (mm/year)>Handling anbefales5 Fremragende 0,005-0,015ingen 3 til 5God 0,01–0,032-3 Marginal 0,03-0,08 Spargeluft 1-2 Dårlig 0,08-0,15 Øg beluftning Overvåg ugentlig
0,5–1 Ustabil 0,15–0,30 Redesign; tilsæt oxidationsmiddel<0.5 Very unstable >0,30 Ikke acceptabelt
Engineering uden for DO-kontrol

Afhængigt af titanium-kvaliteten, GØR efter behov. Grad 7 (palladiumstabiliseret) genererer et stabilt titanatlag ved lave DO-niveauer (1-2 ppm ved 110oC) fra palladiumkatalyseret oxygenreduktion. 12. klasse giver moderat fremgang. Vægtykkelse giver et korrosionstillæg; en 2,0 mm væg korroderer med en hastighed på 0,03 mm om året og vil overleve 60 år. Passivering påvirkes af koncentrationen af ​​K2CO3; ved 40% K2C03 reduceres den nødvendige DO. Chlorider i K2CO3-opløsning (fra urenheder) øger DO-kravet med 1-2 ppm.

Opbygning af en velinformeret specifikation

Til titanium varmestav i 50 % K2CO3 ved 110C Hold opløst oxygen over 5 ppm ved luftsprøjtning eller oxygeninfusion. Installer en DO-sonde med en alarm ved 4 ppm og interlock ved 3 ppm. For eksisterende systemer med DO < 3 ppm skal du tilføje en spreder eller øge beluftningshastigheden. Hvis beluftning ikke er mulig, fortynd K₂CO₃ til 40 % eller sænk temperaturen til 100 grader. Ved at regulere opløst oxygen over 5 ppm er ingeniøren i stand til at producere et stabilt, beskyttende kaliumtitanatlag og minimere korrosion.