Для виробництва пігменту (TiO₂ через хлоридний процес) Нагрівання розчину хлориду заліза (25%) при 70 градусів, який титановий сплав стійкий до стирання-корозії від твердих частинок TiO₂?

У хлоридній процедурі синтезу діоксиду титану (TiO 2 ) пігменту використовується 25% розчин хлориду заліза (FeCl 3 ) при 70 градусах як хлоруючий агент. Розчин містить зважені частинки TiO2 (діаметром 1-10 ​​мкм), які є дуже абразивними. Нагрівальні труби, занурені в цю суспензію, одночасно піддаються стиранню (механічне видалення матеріалу твердими частинками) і корозії (електрохімічне розчинення відкритого металу). Ця синергія-абразивної-корозії призводить до значно вищих показників втрати матеріалу, ніж будь-який механізм окремо. Дослідження оцінює стійкість до стирання та корозії марок титану (2, 7, 12 і 24) у хлориді заліза, насиченого TiO 2, і визначає оптимальний сплав для цієї роботи.

Механізм абразивної корозії
На титані пасивне захисне покриття постійно руйнується в результаті удару частинок у корозійній суспензії з частинками. Агресивний розчин FeCl3 оголює свіжий оголений титан, який швидко кородував, а потім знову пасивувався, лише щоб нова плівка була видалена наступним ударом частинок. Коефіцієнт синергії (загальний знос/сума чистого стирання та чистої корозії) становить від 2 до 10 для титанових сплавів.

Критичні параметри: Твердість частинок (TiO2 твердий, Моос 6-7) Форма частинок (кутасті частинки є більш абразивними) Швидкість (більша швидкість збільшує енергію удару) Кут удару (звичайні удари завдають більше шкоди, ніж погляд)

Порівняльні тести
Випробування суспензії на ерозію-під контролем корозії за допомогою диска, що обертається (лінійна швидкість 2 м/с, частки TiO2 10 мас.%, FeCl3 25%, 70 градусів, 100 год):

Ступінь 2 (комерційно чиста): пасивна плівка швидко видаляється. Швидкість корозії при стиранні 0,8-1,2 мм/рік. Глибокі виїмки та ями на поверхні. Через 100 год втрата ваги дорівнює проникненню 0,1 мм. 2 клас не працює.

Ступінь 7 (Ti-0,15Pd): Паладій створює катодну модифікацію, дещо покращуючи стійкість до корозії, але не збільшуючи твердість. Швидкість стирання-корозії 0,5-0,9 мм/рік. Це більше 2 класу, але все одно високо. М'яка матриця (твердість ~180 HV) легко зношується.

Клас 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) Молібден і нікель підвищують твердість приблизно до 200-220 HV. Швидкість стирання-корозії 0,3-0,6 мм на рік. Хороший для помірного обслуговування, але не найкращий. Покращена продуктивність обумовлена ​​більш міцною поверхнею без підвищеної стійкості до корозії.

Клас 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru): альфа-бета-сплав з твердістю 320-360 HV (відпалений), піддається термообробці до 380-400 HV. Рутеній (0,1%) дає корозійну стійкість, подібну до класу 7. Швидкість абразивної корозії: 0,08-0,15 мм/рік, у 5-10 разів краще, ніж клас 2. Тверда поверхня протистоїть ударам частинок і тому довше зберігає пасивну плівку. Через 100 годин спостерігалися лише поверхневі подряпини, подряпин не було.

Твердість як критичний параметр
Клас титану Твердість (HV, відпалений) Стирання-Швидкість корозії (мм/рік) Відносний ресурс Коефіцієнт вартості
Оцінка 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Оцінка 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x Оцінка 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Сорт 24 (відпалений) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
24 клас (вік) 380-400 0.05-0.10 10-15 рази 2,2-2,8 рази
Hastelloy C-276 (для довідки) 250-300 0.08-0.12 Подібно до класу 24 3.5-4.0x
Матриця застосування для нагрівачів шламу TiO2
Умови експлуатації Частинки/см3 Розмір частинок Швидкість потоку Рекомендований титановий сплав Очікуваний термін служби (стінка 1,65 мм)
Низький вміст твердих речовин, низька швидкість<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Типовий помірний твердий вміст 5-15 мас.% 5-15 мкм 1-2 м/с Клас 24 (відпалений) 5-8 років
Високий вміст твердих речовин 15-25 мас.% 10-50 мкм 2-3 м/с Клас 24 (Витриманий) 4-6 років
Any service with big angular particles >50 мкм 3 м/с Клас 24 з більш товстою стінкою (2,5 мм) 5-7 років
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 м/с Клас 24 або Hastelloy C-276
Практичні наслідки
Титан класу 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) забезпечує найкращу стійкість до стирання та корозії у виробництві пігментів шляхом нагрівання хлориду заліза (25%) із зваженими частинками TiO₂ до 70 градусів. Його висока твердість (320-400 HV) запобігає зіткненню частинок, тоді як рутеній надає йому корозійну стійкість, порівнянну з класом 7. Очікуваний термін служби зі стінкою 1,65 мм становить 5-8 років у 6-12 разів більше, ніж клас 2. Клас 12 підходить для роботи з низькою швидкістю або низьким вмістом твердих частинок, але передчасно вийде з ладу за нормальних умов. У цьому середовищі класу 2 та класу 7 не рекомендується використання частинок. Для класу 24 замовте відпалений або зістарений стан відповідно до вимог твердості. Для нової установки розгляньте труби Grade 24 зі стінкою 2,0 мм для додаткового запасу міцності. - Встановіть щорічну ультразвукову програму моніторингу товщини на вигинах і впускних зонах, де вплив частинок є найсильнішим. Якщо у вас є нагрівач класу 2 або класу 12, який виходить з ладу раніше, подумайте про оновлення до класу 24 під час наступної заміни. Збільшення вартості марки 24 (в 2-2,5 рази більше, ніж марка 2) компенсується більшим терміном служби і меншим часом простою на заміну нагрівача.