Når en dyppevarmer i titan tjener til at opretholde 90 grader i en dyppetank til gummivulkanisering (indeholder zinkstearat og svovl), ændrer svovl-induceret korrosion ved høj varmeflux det optimale valg af vægtykkelse? Når en dyppevarmer i titan tjener til at opretholde en dyppebeholder til 90 Zin Stearat og svovl), Ændrer den svovl-inducerede korrosion ved høj varmeflux det optimale valg af vægtykkelse?

Grundlæggende bytte-ved design af titaniumvarmere til vulkaniseringstanke
Gummivulkaniseringsdyppetankene drives ved 90 grader med en formulering af zinkstearat (frigøringsmiddel) og svovl (vulkaniseringsmiddel). Titanium dykvarmere opretholder temperaturen for ensartet vulkanisering. Temperaturen på titaniumkappens overflade ved høj varmeflux (normalt 2,5-3,5 W/cm^2) er 100-120 grader. Ved disse temperaturer interagerer svovl med titanium for at generere titaniumsulfid (TiS2) i stedet for det beskyttende titaniumdioxidlag. Titaniumsulfid er ikke-passiverende, porøst og elektrisk ledende. Dette omdanner korrosionsmekanismen fra passiv (ubetydelig) til aktiv (ensartet eller målrettet angreb). Vægtykkelsen skal vælges for at kompensere for denne svovlangrebskorrosion, som ikke opstår ved lavere varmestrømme eller temperaturer. Undersøgelsen vurderer, om svovlkorrosion ændrer den optimale vægtykkelse i forhold til normal klorid- eller syredrift.

Effekt på mekanisk integritet: Titaniumsulfidvækst
The reaction of titanium with sulfur at high temperatures is Ti + S2 ->TiS2. Denne reaktion er kinetisk vigtig over 100 grader. Sulfidgenereringshastigheden er minimal (<0.01 mm/year) with a titanium heater at 1.5 W/cm2 (surface temperature ≈ 95°C). At 2.5 Wcm-2 (surface temperature of ~115°C) the rate is 0.10-0.20 mm per year. At 3.5 W/cm2 (surface temperature ~ 135 degrees C) the rate is 0.5-1.0 mm/yr. The titanium sulphide layer does not shield the underlying metal. It is porous and spalls off exposing new titanium to additional reaction. This is a consistent thinning type corrosion, not a pitting.

Gummivulkaniseringstanke indeholder normalt 1 til 5 vægtprocent svovl. Zinkstearat bruges som frigørende middel. Zinkstearat har ingen direkte effekt på korrosion, men kan fange svovl mod varmelegemets overflade og øge den lokale koncentration. Feltdata fra gummidyppelinjer indikerer, at titaniumvarmere med 1,2 mm vægge, der arbejder ved 2,5 W/cm2, har en udtyndingshastighed på 0,15 mm/år, hvilket svarer til 8 års levetid. Ved 3,5 W/cm² falder vægtykkelsen med 0,8 mm/år, hvilket kun giver 1,5 års levetid.

Kontrolvariabel: Varmeflux og dens indvirkning på termisk ydeevne
Svovlkorrosionshastigheden er eksponentielt relateret til overfladetemperaturen, som er en funktion af vægtykkelse og varmeflux. For en given bulktemperatur (90 grader ) og konvektiv koefficient (h ≈ 800 W/m2. K i omrørt tank), er overfladetemperaturen T_overflade=90 + q/h + ΔT_cond ΔT_cond=qxt / k_Ti En væg på ²faciel W/s ved ²faciel W/s/cm ≈ 90 + 31.3 + 1.8=123 grad . 1.5mm væg giver 90+31.3+2.2=123.5 grad . minimal forskel. For begge tykkelser, ved 3,5 W/cm 2, T-overflade ≈ 90 + 43.8 + (2,5-3,0)=136-137 grader. Konvektivt fald dominerer, og vægtykkelsens indflydelse på overfladetemperaturen er lille. Derfor har reduktion af vægtykkelsen ikke en væsentlig effekt på at sænke graden af ​​svovlkorrosion.

Afvej-syntese: optimal vægtykkelse og varmeflux
Varmeflux (W/cm2) Overfladetemperatur (grad) Svovlkorrosionshastighed (mm/år) Vægtykkelse i 5 års levetid (mm) Optimal vægtykkelse
1,5 W/cm² 95 grader 0.01 0.5 mm 1,0 mm (mekanisk minimum)
2,0 W/cm² 110 grader 0.08 0.9 mm 1,2 mm 2,5 W/cm² 123 grader 0.15 1.3 mm 1,5 mm 3,0 W/cm² 130 grader 0.30 2.0 mm 2,0 mm 3,5 W/cm² 136 grader 0.70 4.0 mm) Anbefales ikke (redesign proces)
Efterhånden som varmefluxen stiger, stiger den vægtykkelse, der kræves for en 5 års levetid, tilsvarende. Den ideelle vægtykkelse forskydes fra 1,0 mm (lav flux) til 1,5-2,0 mm (høj flux). Svovlkorrosion er ensartet udtynding. I modsætning til kloridgruber, hvor større vægge har faldende afkast, giver vægtykkelsen et lineært korrosionstillæg.

Engineering Beyond the Wall: Overfladebelægninger og varmefluxreduktion
Det mest effektive middel til reduktion af svovlkorrosion er at reducere varmefluxen, ikke at øge vægtykkelsen. Drift ved 2,0 W/cm² i stedet for 2,5 W/cm² kan sænke den nødvendige vægtykkelse fra 1,5 mm til 1,2 mm, samtidig med at varmeapparatets levetid forlænges. Dette betyder større varmeoverfladeareal (længere rør eller flere rør), men afvejningen er det værd. Alternativt forhindrer et tyndt (2-5 µm) strømløst nikkel-phosphor (ENP) lag på titaniumkappen svovl i at komme i kontakt med titanium. ENP er modstandsdygtig over for svovlangreb op til 150 grader. En 1,0 mm titaniumvæg med ENP-belægning vil holde 10+ år ved 3,5 W/cm2.

Konklusioner: Afhængighed af vægtykkelse af varmeflux ved svovldrift
En dyppevarmer af titanium bruges til at holde 90 grader i en gummivulkaniseringsdyppetank med zinkstearat og svovl, og valget af den bedste vægtykkelse modificeres af svovl-induceret korrosion. Standardvæg på 1,0–1,2 mm ved lav varmeflux (<=2.0 W/cm2) is enough. At high heat flux (2.5-3.0 W/cm 2 ) the sulfur corrosion rate increases to 0.15-0.30 mm/year needing 1.5-2.0 mm wall for 5-year life. When the power density is above 3.0 W/cm², wall thickness required is > 2.5 mm and a process redesign (reduced heat flux or coated sheath) is recommended. The optimum thickness of a wall for a certain application is decided by the needed heat flux and not by a standard thickness. For rubber vulcanization service, state to the heater manufacturer the expected heat flux (W/cm2) or surface temperature. Using this data, wall thickness can be computed as t = corrosion rate x desired life, with the corrosion rate being obtained using sulfur-temperature kinetics. Generally, a 1.5 mm titanium wall gives a strong 5-8 year service life for most rubber dipping tanks working at 2.0-2.5 W/cm2.