Per a la producció de pigments (TiO₂ mitjançant el procés de clorur) Escalfament de la solució de clorur fèrric (25%) a 70 graus, quin aliatge de titani resisteix l'abrasió-la corrosió de les partícules sòlides de TiO₂?

El procediment de clorur per a la síntesi de pigment de diòxid de titani (TiO 2 ) utilitza una solució de clorur fèrric (FeCl 3 ) al 25% a 70 graus com a agent de cloració. La solució conté partícules de TiO2 en suspensió (1-10 ​​µm de diàmetre) que són molt abrasives. Els tubs d'escalfament immersos en aquest purí estan exposats simultàniament a l'abrasió (eliminació mecànica del material per partícules sòlides) i a la corrosió (dissolució electroquímica del metall exposat). Aquesta corrosió de sinergia-abrasió- condueix a taxes de pèrdua de material significativament superiors a qualsevol dels dos mecanismes per si sols. L'estudi avalua la resistència a l'abrasió-corrosió dels graus de titani (2, 7, 12 i 24) en clorur fèrric carregat de TiO 2 i defineix l'aliatge òptim per a aquest servei.

Mecanisme de corrosió per abrasió
En titani, el recobriment protector passiu es destrueix contínuament per l'impacte de partícules en un purí corrosiu amb partícules. La solució agressiva de FeCl3 exposa el titani nu fresc que es va corroir ràpidament i després es va repassar, només per eliminar la nova pel·lícula amb el següent impacte de partícules. El factor de sinergia (desgast total/suma d'abrasió pura i corrosió pura) és entre 2 i 10 per als aliatges de titani.

Paràmetres crítics: Duresa de la partícula (TiO2 és dur, Mohs 6-7) Forma de partícula (Les partícules angulars són més abrasives) Velocitat (La velocitat més alta augmenta l'energia d'impacte) Angle d'impacte (Els impactes normals causen més danys que la mirada)

Proves comparatives
Proves de corrosió controlades d'erosió-de purins amb un disc giratori (velocitat lineal 2 m/s, partícules de TiO2 10% en pes, FeCl3 25%, 70 graus, 100 h):

Grau 2 (comercialment pur): pel·lícula passiva eliminada ràpidament. Velocitat de corrosió a l'abrasió 0,8-1,2 mm/any. Gubias profundes i fosses a la superfície. Després de 100 h, la pèrdua de pes equival a una penetració de 0,1 mm. El grau 2 no funciona.

Grau 7 (Ti-0,15Pd): el pal·ladi produeix una modificació catòdica millorant marginalment la resistència a la corrosió però no augmentant la duresa. La taxa d'abrasió-corrosió és de 0,5-0,9 mm/any. És més de 2a classe, però encara alt. La matriu suau (duresa ~ 180 HV) es desgasta fàcilment.

Grau 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) La duresa s'eleva a uns 200-220 HV pel molibdè i el níquel. La taxa d'abrasió-corrosió és de 0,3-0,6 mm per any. Bo per a un servei moderat, però no el millor. El rendiment millorat es deu a una superfície més dura i no a una resistència a la corrosió augmentada.

Grau 24 (Ti-6Al{-4V-0,1Ru): aliatge alfa-beta amb una duresa de 320-360 HV (recuit), tractable tèrmicament fins a 380-400 HV. El ruteni (0,1%) ofereix una resistència a la corrosió similar al grau 7. Taxa d'abrasió-corrosió: 0,08-0,15 mm/any, 5-10 vegades millor que el grau 2. La superfície dura resisteix l'impacte de partícules i, per tant, manté la pel·lícula passiva més temps. Després de 100 h només es va observar rascades superficials, sense rascades.

La duresa com a paràmetre crític
Grau de titani Duresa (HV, recuit) Abrasió-Taxa de corrosió (mm/any) Factor de vida relativa Factor de cost
Nota 2 150-180 0.8-1.2 1x 1,0x
Nota 7 150-180 0.5-0.9 1.3-1.6x 1,4x Grau 12 200-220 0.3-0.6 2-3x 1,3x
Grau 24 (recuit) 320-360 0.08-0.15 6-12x 2,0-2,5x
Grau 24 (edat) 380-400 0.05-0.10 10-15 vegades 2,2-2,8 vegades
Hastelloy C-276 (per a referència) 250-300 0.08-0.12 Similar al grau 24 3.5-4.0x
Matriu d'aplicació per a escalfadors de purins de TiO2
Condició de servei Partícules/cm3 Mida de partícula Velocitat de flux Vida esperada d'aliatge de titani recomanada (paret d'1,65 mm)
Baix sòlids, baixa velocitat<5 wt% <5 µm <1 m/sec Grade 12 3-5 years
Sòlids moderats típics 5-15 % en pes 5-15 µm 1-2 m/s Grau 24 (recuit) 5-8 anys
Alts sòlids 15-25% en pes 10-50 µm 2-3 m/seg Grau 24 (edat) 4-6 anys
Any service with big angular particles >50 µm 3 m/s Grau 24 amb paret més gruixuda (2,5 mm) 5-7 anys
Severe service (reboiler, high turbidity)Any Any >3 m/s Grau 24 o Hastelloy C-276 Disseny especificat
Implicacions pràctiques
El titani de grau 24 (Ti-6Al-4V-0.1Ru) ofereix la millor resistència tant a l'abrasió com a la corrosió en la producció de pigments mitjançant l'escalfament de clorur fèrric (25%) amb partícules de TiO₂ en suspensió a 70 graus. La seva alta duresa (320-400 HV) prevé l'impacte de partícules, mentre que el ruteni li confereix una resistència a la corrosió comparable al grau 7. La vida esperada amb una paret d'1,65 mm és de 5-8 anys-6-12 vegades més que el grau 2. El grau 12 és adequat per a un servei de baixa velocitat o de sòlids baixos, però fallarà prematurament en condicions normals. No es suggereix cap servei de partícules en aquest entorn de grau 2 i grau 7. Per al grau 24, demaneu estat recuit o envellit segons ho requereixin les especificacions de duresa. Per a una instal·lació nova, considereu tubs de grau 24 amb paret de 2,0 mm per obtenir un marge de seguretat addicional. - Establiu un programa anual de control del gruix per ultrasons als corbes i zones d'entrada on l'impacte de partícules sigui més greu. Si teniu un escalfador de grau 2 o 12 que falla abans d'hora, considereu actualitzar-lo al grau 24 en el moment del següent reemplaçament. L'augment del cost del grau 24 (2-2,5 vegades més que el grau 2) es compensa amb una major vida útil i menys temps d'inactivitat de substitució de l'escalfador.