Quan s'utilitza una vareta tèrmica de titani per fondre una sal de nitrat ternari (NaNO₃-KNO₃{-Ca(NO₃)₂) a 400 graus, com modifica el contingut d'ions de calci la taxa de descomposició de l'òxid durant els cicles de congelació-?
Deixa un missatge
Les combinacions de sal de nitrat ternari amb nitrat de calci (Ca(NO3)2) s'utilitzen com a fluid de transferència de calor en sistemes d'energia solar concentrada i emmagatzematge tèrmic. A 400 graus la sal es fon i s'oxida. Les barres de calefacció de titani formen capes protectores de diòxid de titani (TiO₂). Tanmateix, durant els cicles de congelació-descongelació (refredament per congelar la sal, després re-escalfament) els ions de calci de la sal es combinen amb l'òxid de titani per generar titanat de calci (CaTiO 3 ) a la superfície de l'escala. Per exemple, el coeficient d'expansió tèrmica del titanat de calci és d'uns 11-12 × 10-6 / grau, el diòxid de titani té un valor d'expansió tèrmica de 7-8 × 10-6 / grau i el metall de titani 8,6 × 10-6 / grau. Aquest desajust provoca esquinçament durant el cicle tèrmic. Com més gran sigui el contingut de calci de la mescla de sal, més ràpid s'escampa l'òxid. Amb un contingut de calci del 20%, s'eliminen 0,3-0,5 µm de metall en cada cicle de congelació-descongelació, mentre que amb un contingut de calci del 5% només s'eliminen 0,05-0,10 µm.
El mecanisme del calci-escallament induït de l'òxid durant el cicle tèrmic
Els ions Ca s'infiltren a l'escala de TiO2 per generar una capa externa rica en CaTiO3- durant l'exposició a sal fosa a 400oC. La capa de CaTiO 3 es redueix menys en refredar-se que el TiO 2 i el metall de titani que hi ha a sota a causa del seu coeficient d'expansió tèrmica més elevat. Aquest desajust condueix a deformacions de tracció a la interfície. Aquestes tensions produeixen esquerdes i esquinçaments de l'escala durant la solidificació (congelació) i el posterior escalfament -. Les parts esquerdes exposen un nou titani que s'oxida ràpidament. Una combinació de trencament d'òxid i re{12}}oxidació provoca l'eliminació d'una petita quantitat de titani durant cada cicle de congelació-descongelació. La velocitat d'escallada és proporcional al contingut de calci de la sal i a la mida de la variació de temperatura.
Contingut de calci i recompte de cicles en comparació amb la taxa d'escassos quantitatius
S'han utilitzat proves controlades de titani de grau 2 en sal de nitrat ternari amb un contingut de calci variable, sotmesos a 100 cicles de congelació-descongelació (25 graus → 400 graus → 25 graus, 2-hores de permanència a temperatura), per determinar les taxes d'espatllament de l'òxid. A un 0% de calci (sal binària de NaNO₃-KNO₃) l'escallada d'òxid és de 0,5-1,0 µm per 100 cicles, l'escala es manté adherida i la pèrdua de metall és baixa. L'escallada localitzada es produeix a defectes d'escala i amb un 5% d'escallada de calci augmenta a 2-5 µm per 100 cicles. L'escallada és de 8-15 µm/100 cicles al 10% de calci i el 10-30% de l'escala per cicle. Per a un 15% de calci, l'esquerdament és de 20-35 µm per 100 cicles i l'escala s'esquerda totalment després de 300-500 cicles. Amb un 20% de calci (composició ternària típica), l'escallada és de fins a 30–50 μm cada 100 cicles, mentre que la pèrdua de metall és de 0,15–0,25 mm per 1.000 cicles. S'espera una perforació després de 6.000-10.000 cicles per a 1,5 mm de gruix de paret i un 20% de sal de calci.
Influència del canvi de temperatura i el temps del cicle en la taxa d'espal·lació
La intensitat del trencament es veu fortament afectada per la magnitud del canvi de temperatura i la durada del cicle. L'escallada de l'òxid és de 8 a 15 μm per 100 cicles per al 10% de contingut de calci amb una fluctuació de temperatura de 375 graus (de 25 a 400 graus) o de 3.300 a 6.300 cicles per eliminar 0,5 mm de metall. Augmentar el swing a 500 graus (de 100 a 600 graus) a la mateixa concentració de calci augmenta l'escallada a 20-40 µm/100 cicles. Això redueix els cicles a 0,5 mm de pèrdua a 1.250-2.500. Esquinçament de 30-50 µm per 100 cicles per al 20% de calci, oscil·lació de 375 graus 1.000-1.700 cicles fins a una pèrdua de 0,5 mm Amb un 20% de calci i un oscil·lació de 500 graus, l'escallada és de 50-80 µm per cicle i només es requereixen {030}-60} cicles. una pèrdua de 0,5 mm. L'augment del temps de permanència a la temperatura (8 h enfront de . 2 h) dóna lloc a un 30-50% més d'esquerdes a causa de l'augment de la producció de titanat de calci.
Escalfadors de sal de nitrat Contingut de calci i referència del cicle de vida
A la taula 1 es donen les recomanacions per al contingut de calci acceptable a la sal de nitrat segons el nombre esperat de cicles de congelació-, la vida útil desitjada de l'escalfador i el gruix de la paret per al titani de grau 2.
Nombre de cicles de congelació-Any Vida útil requerida (anys) Contingut màxim de calci permès (%) Pèrdua de metall esperada per any (mm) Gruix de paret recomanat (mm) 10 20 15 0.03–0.05 1.5 50 10 10 0.04–0.08 1.5 100 10 10 0.08–0.15 2.0 100 5 15 0.10–0.18 2.0 365–0.15 2.0 100 5 15 0.10–0.18 2.0 365 (6}}–{7}}–{7} diàriament 10 0 (sal binària) 0,02–0.04 2.0 Enginyeria més enllà del control del contingut de calci
La qualitat del titani és important per a la resistència al trencament. El grau 7 (estabilitzat amb pal·ladi) desenvolupa un òxid més adherent a causa de l'enriquiment del pal·ladi a l'escala-interfície metàl·lica i demostra una reducció del 30-50% de l'escallada en comparació amb el grau 2 a nivells iguals de calci. El gruix de la paret és una reserva de material. Per exemple, una paret de 2,0 mm amb una pèrdua de metall de 0,10 mm a l'any a causa de l'escallada dura 20 anys. El trencament es veu afectat per les velocitats d'escalfament i refrigeració, amb una rampa lenta a 2 graus / min que redueix les tensions tèrmiques i l'escallada en un 50-70% en comparació amb una rampa ràpida a 10 graus / min. Els inhibidors, com l'òxid de magnesi afegit en una quantitat de 0,5 a 1,0 per cent a la sal, competeixen amb el calci per reaccionar amb l'òxid de titani i, per tant, disminueixen la formació de titanat de calci.
Elaboració d'una especificació-ben informada
Si es preveuen més de 100 cicles a l'any, limiteu el contingut de calci al 10% com a màxim per al grau 2 o al 15% per al grau 7. • Sal de nitrat ternari amb cicle de congelació i descongelació • Barra de calor de titani Per a cicles diaris (365 cicles/any), recomanem sal binària (NaNO3{18}}% de calci amb escalfador de calci 5,2 mm) gruix de paret. Per evitar el xoc tèrmic durant el funcionament, controleu les velocitats d'escalfament i refrigeració a 2-3 graus/min. 4.1.3. Drenatge de sal i inspeccioneu la superfície de l'escalfador anualment per detectar l'escallada aparent d'òxids en forma d'escamació o pols i/o mesura el gruix de la paret per ultrasons si n'hi ha. Quan la pèrdua de metall superi els 0,2 mm per any, s'ha de reduir el contingut de calci o s'ha d'utilitzar un grau 7. Els enginyers controlen les taxes de trencament de l'òxid i augmenten la vida útil de les barres de calor de titani en el servei de cicle de congelació-descongelació mitjançant la variació del contingut d'ions de calci de la barreja de sal de nitrat.
