Paraffinvoks opvarmes til 80 grader til smeltning i forskellige industrielle processer, herunder stearinlysfremstilling, investeringsstøbning og belægninger. Titanium varmestænger er velegnede til denne service ved normale driftstemperaturer. Men lejlighedsvis overophedning til 120 grader, som kan opstå på grund af termostatfejl eller dårlig varmeoverførsel, forårsager termisk nedbrydning af paraffinvoksen. Nedbrydningen producerer carboxylsyrer, primært eddikesyre, myresyre og stearinsyre, gennem oxidations- og krakningsreaktioner. Disse syrer angriber den passive titaniumfilm, hvilket fører til pitting og ensartet korrosion. Den kritiske kumulative overophedningstid, før syrekoncentrationen når aggressive niveauer, er 100 timer ved 120 grader. Ud over denne tærskel overstiger syrekoncentrationen 500 ppm, hvilket får titanium-korrosionshastigheden til at stige fra under 0,01 mm pr. år til 0,1-0,3 mm pr. år.

Mekanismen for paraffinnedbrydning og syredannelse ved forhøjede temperaturer

Ved 80 grader er paraffinvoks stabil og nedbrydes ikke væsentligt. Ved 120 grader opstår termisk oxidation: paraffinkulbrinter (C₂₀–C₄₀) reagerer med opløst oxygen og danner alkoholer, aldehyder og i sidste ende carboxylsyrer. Reaktionen følger en fri radikal mekanisme. De producerede syrer er ætsende for titanium, da de kan komplekse titaniumioner og destabilisere den passive film. Nedbrydningshastigheden følger et Arrhenius-forhold, ca. fordobles for hver 10 graders stigning over 100 grader. Når først syrer er dannet, forbliver de i voksen og fortsætter med at angribe titaniumoverfladen, selvom temperaturen vender tilbage til 80 grader.

Kvantitativ syredannelse og korrosionshastighed som en funktion af overophedningstid

Kontrolleret test af paraffinvoks (smeltepunkt 55 grader, olieindhold<1%) at 120°C has established the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. At 0 hours of cumulative overheating at 120°C (normal operation at 80°C only), the total acid number (TAN) is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year, and the surface remains bright. At 25 hours of overheating, the TAN reaches 0.3–0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and light etching appears on the surface. At 50 hours, the TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate rises to 0.03–0.08 mm per year, and general etching is visible. At 100 hours, the critical threshold, the TAN reaches 1.2–2.5 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.08–0.15 mm per year, and pitting initiates with a pit density of 5–20 pits per cm². At 200 hours, the TAN is 2.5–5.0 mg KOH/g, the corrosion rate reaches 0.15–0.30 mm per year, and pitting becomes severe with a pit depth of 0.1–0.3 mm. At 500 hours, the TAN exceeds 5 mg KOH/g, the corrosion rate exceeds 0.3 mm per year, and perforation of a 1.2 mm wall occurs within 2,000–4,000 hours.

Indflydelse af vokssammensætning og oxygentilgængelighed på syredannelseshastighed

Nedbrydningshastigheden afhænger af vokssammensætningen og ilttilgængeligheden. Paraffinvoks med højere olieindhold nedbrydes hurtigere; ved 2 % olieindhold er tiden til at nå 1,0 mg KOH/g TAN 60 timer ved 120 grader sammenlignet med 100 timer for lav-olievoks. Mikrokrystallinsk voks nedbrydes langsommere end paraffinvoks på grund af dens forgrenede molekylære struktur. Tilstedeværelsen af ​​antioxidanter såsom butyleret hydroxytoluen (BHT) ved 500 ppm forlænger den kritiske kumulative overophedningstid til 200 timer ved at fjerne frie radikaler. Nitrogendækning for at udelukke ilt forhindrer syredannelse fuldstændigt, men er ofte upraktisk i smeltetanke. Gentagne overophedningscyklusser forårsager mere skade end vedvarende overophedning, fordi der tilføres frisk ilt, hver gang tanken åbnes.

Kritisk kumulativ overophedningstid og afbødningsvejledning

Følgende tabel viser kritiske kumulative overophedningstider ved forskellige temperaturer for paraffinvoks sammen med anbefalede handlinger for grad 2 titanium varmeapparater.

Engineering Beyond Overheating Time Control

Titanium-kvaliteten påvirker syrekorrosionsbestandigheden markant. Grad 7 (palladium-stabiliseret) har 2-3 gange lavere korrosionshastighed i sur voks, hvilket forlænger den kritiske overophedningstid til 250 timer ved 120 grader. Vægtykkelse giver et korrosionstillæg; en 2,0 mm væg med 0,15 mm om året korrosion fra nedbrudt voks overlever 13 år. Voksen bør udskiftes, når TAN overstiger 1,5 mg KOH/g. Tilsætning af 0,1% natriumcarbonat til voksen neutraliserer syrer og forhindrer titaniumangreb, men kan påvirke voksegenskaberne. En temperatursensor med en alarm indstillet til 100 grader og en varmelegeme afbrudt- ved 110 grader forhindrer overophedning.

Udarbejdelse af en informeret specifikation

For en titanium varmestav, der bruges til at smelte paraffinvoks ved 80 grader med lejlighedsvis overophedning til 120 grader, skal den kumulative overophedningstid begrænses til 100 timer i løbet af varmeapparatets levetid. Installer en temperatursensor med en datalogger for at registrere den akkumulerede tid over 100 grader. Hvis den akkumulerede tid overstiger 100 timer, skal du udskifte voksladningen og inspicere varmelegemets overflade for huller. Til applikationer, hvor overophedning er hyppig eller uundgåelig, specificer grad 7 titanium og tilsæt 500 ppm BHT-antioxidant til voksen. Under drift måles det totale syretal af voksen hver 6. måned; hvis den overstiger 1,5 mg KOH/g, udskift voksen. Ved at kontrollere den kumulative overophedningstid under den kritiske tærskel på 100 timer, forhindrer ingeniøren paraffinnedbrydning og det deraf følgende syreangreb på titaniumvarmere.