Pri kojoj specifičnoj kombinaciji koncentracije sumporne kiseline i temperature plašt od 2,0 milimetara od nehrđajućeg čelika 316 zahtijeva smanjenje snage ispod 5 vati po kvadratnom centimetru kako bi se spriječila aktivna korozija u kadi za kiseljenje metala?

Procesni inženjeri koji grade električne uranjajuće grijače za kupke za kiseljenje metala u čeličanama i industriji proizvodnje metala suočavaju se s jednim od najtežih uvjeta za omote od nehrđajućeg čelika 316 kada su suočeni sa sumpornom kiselinom na ekstremnim temperaturama. Kupke za kiseljenje obično rade na temperaturama od 60 do 90 stepeni i koncentraciji sumporne kiseline od 10 do 25 %, često sa otopljenim solima gvožđa, što još više komplikuje korozivno ponašanje. Debljina zida od 2,0 mm se često bira kako bi se omogućila korozija i dala mehanička otpornost na turbulenciju kade i kontakt sa obratkom. Međutim, rad pri normalnoj gustoći u vatima od 8-12 W/cm2 uzrokuje da temperatura površine plašta bude 20-40oC viša od temperature kupke, što može dovesti do ulaska plašta u aktivni režim korozije sa stopama korozije većim od 5 mm godišnje. U ovom radu identificiramo primjenjive kombinacije temperature i koncentracije za koje plašt od 2,0 mm 316 treba biti smanjen ispod 5 W/cm2 da bi ostao unutar pasivnog režima korozije.

316 Nehrđajući čelik u sumpornoj kiselini: prijelaz iz pasivne u aktivnu
Član 30 navodi da u sumpornoj kiselini pasivni-aktivni prijelaz nehrđajućeg čelika 316 u velikoj mjeri ovisi o temperaturi i koncentraciji. Stope korozije su < 0,2 mm yr−1 u pasivnom režimu. U aktivnom režimu stope su 5-20 mm godišnje. Granica prijelaza uvjeta kupke za kiseljenje prati određenu krivu. Temperatura prijelaza za 10 posto. sumporna kiselina je oko 55 stepeni C. Na 15% je prelaz od 45 stepeni. Na 20% pada na 38 stepeni. Popeće se do 32 stepena . - 25%. Za grijač u kupatilu na 70 stepeni sa 15% sumporne kiseline, samo stanje u rasutom stanju je već iznad prelazne temperature od 45 stepeni - kupka je aktivno korozivna na 316 bez toplotnog fluksa. 316 nije prikladno u ovim okolnostima, bez obzira na debljinu zida ili gustinu u vatima. Međutim, mnoge kupke za kiseljenje nalaze se u prijelaznoj zoni gdje su sipki uvjeti pasivni, ali povećana temperatura površine omotača, zbog toplotnog fluksa, gura omotač u aktivni režim. Povećanje temperature od mase do površine omotača je oko 25-30 stepeni za plašt od 2,0 mm pri 10 W/cm². Kupatilo na 40 stepeni sa 15% kiseline (pasivno) rezultira temperaturom površine omotača od 65-70 stepeni, što prelazi prelaz od 45 stepeni, tako da se aktivna korozija javlja na površini plašta uprkos činjenici da je kupka pasivna.

Pragovi kritičnog smanjenja snage 2,0 milimetarski omotač
Potrebe za smanjenjem korozionog ispitivanja 316 uzoraka, na temperaturama i koncentracijama koje se odnose na kupke za kiseljenje, su sljedeće. Plašt sa zidom od 2,0 mm. Vrijednosti su maksimalna gustina u vatima koja održava temperaturu površine omotača najmanje 5 stepeni ispod pasivne-aktivne prijelazne temperature za datu koncentraciju u rasutom stanju.

Koncentracija sumporne kiseline u rasutom stanju Temperatura kupke u rasutom stanju Pasivna-temperatura aktivnog prijelaza pri ovoj koncentraciji Maksimalna temperatura površine omotača (prijelaz – sigurnosna granica od 5 stepeni)Maks. Dozvoljena gustoća vata za 2,0 mm. Plašt Preporučeno djelovanje 10% 30 stupnjeva 55 stupnjeva 50 stupnjeva 12 W/cm² Sigurno pri standardnoj gustoći u vatima
10% 40 stepeni 55 stepeni 50 stepeni 6 W/cm² Smanjenje vrednosti 10% 45 stepeni 55 stepeni 50 stepeni 3 W/cm2 Granica; Razmislite o nadogradnji legure 10% Iznad 48 stepeni 55 stepeni 50 stepeni Nije moguće Titanijum ili legura 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Sigurno u umjerenoj gustoći vata
15% 30 stepeni 45 stepeni 40 stepeni 6 W/cm² Potrebno smanjenje snage
15% 35 stepeni 45 stepeni 40 stepeni 2 W/cm2 Legura nije praktično menjati
15% Iznad 38 stepeni 45 stepeni 40 stepeni Nije moguće 316 nije praktično
20% 20 stepeni 38 stepeni 33 stepena 8 W/cm² Sigurno pri maloj gustoći u vatima
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Značajno smanjenje 20% Iznad 28C 38C 33C Nije moguće 316 nije prikladno
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 stepeni 32 stepena 27 stepeni Nije moguće Koristite leguru 20 ili titanijum
Za tipičnu kupku za kiseljenje sa 15% sumporne kiseline i 35 stepeni zapreminske temperature, omotač od 2,0 mm 316 mora biti na ili ispod 2 W/cm2 da bi se sprečila aktivna korozija. Pri ovoj gustoći u vatima grijač bi bio nepraktično dugačak grijač za prosječne zahtjeve za snagom od 10-20 kW. Dakle, 316 nije prikladan za ovu uslugu. Inženjeri bi trebali razmotriti korištenje Alloy 20 (Carpenter 20) ili Alloy 825, od kojih oba imaju pasivno-aktivne temperature prijelaza 30-50 stupnjeva veće od 316 u sumpornoj kiselini.

Promjene dizajna kako bi se spriječila aktivna korozija bez smanjenja snage
Ako su uslovi kupke za kiseljenje blizu granice prijelaza i plašt od 2,0 mm 316 je već postavljen ili je neophodan, tri prilagođavanja dizajna mogu izbjeći aktivnu koroziju bez pada gustoće u vatima ispod praktičnih granica. Prvi je poboljšati cirkulaciju kiseline preko grijaće površine. Turbulentno strujanje brzinom od 1–2 m/s smanjuje porast temperature površine omotača sa 25–30 na 10–15 stepeni, što može spriječiti plašt da dostigne prijelaznu tačku. Druga izmjena je dodavanje oksidirajućeg sredstva u kadu. Mali dodaci feri jona ili vodonik peroksida mogu pomaknuti pasivni-aktivni prijelaz na više temperature za 10-20 stepeni C, vraćajući se na pasivno ponašanje. Treća promjena je dizajn grijača dvostruke -watt-gustine koji ima manju gustinu snage u donjem dijelu kade sa najvećim temperaturama zbog raslojavanja. Za većinu primjena u kupelji za kiseljenje, inženjersko rješenje je nadogradnja sa 316 na otporniju leguru. Obično je razlika u cijeni između omotača od 2,0 mm 316 i omotača od legure 20 iste veličine 30-50%, ali vijek trajanja se poboljšava sa mjeseci na 5-10 godina. Prilikom određivanja grijača za kupke za kiseljenje, inženjeri treba da isporuče dobavljaču kompletan sastav kupke, raspon temperature i predviđeni stepen turbulencije. Ako proizvođač preporučuje 316 za 15% sumpornu kiselinu na 50 stepeni i ne govori o smanjenju kapaciteta ili mogućnosti aktivne korozije, ne daju kompetentan savjet. Promjena od pasivne do aktivne korozije u sumpornoj kiselini je brza i nemilosrdna. Plašt od 2,0 mm koji gubi 5 mm/god u aktivnoj koroziji će perforirati za manje od 5 mjeseci. Smanjenje snage<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.