При којој специфичној комбинацији концентрације сумпорне киселине и температуре плашт од 2,0 милиметара од нерђајућег челика 316 захтева смањење снаге испод 5 вати по квадратном центиметру да би се спречила активна корозија у кади за кисељење метала?

Процесни инжењери који граде електричне урањајуће грејаче за купатила за кисељење метала у челичанама и индустрији производње метала суочавају се са једним од најтежих услова за омоте од нерђајућег челика 316 када су суочени са сумпорном киселином на екстремним температурама. Купке за кисељење обично раде на температурама од 60 до 90 степени и концентрацији сумпорне киселине од 10 до 25 %, често са раствореним солима гвожђа, што додатно компликује корозивно понашање. Дебљина зида од 2,0 мм се често бира како би се омогућила корозија и дала механичка отпорност на турбуленције у купатилу и контакт са радним предметом. Међутим, рад при нормалној густини у ватима од 8-12 В/цм2 доводи до тога да температура површине плашта буде 20-40оЦ виша од температуре купатила, што може довести до уласка плашта у активни режим корозије са стопама корозије већим од 5 мм годишње. У овом раду идентификујемо применљиве комбинације температуре и концентрације за које плашт од 2,0 мм 316 треба да се смањи испод 5 В/цм2 да би остао унутар пасивног режима корозије.

316 Нерђајући челик у сумпорној киселини: Прелазак из пасивног у активну
Члан 30 каже да у сумпорној киселини пасивни-активни прелаз нерђајућег челика 316 у великој мери зависи од температуре и концентрације. Стопе корозије су < 0,2 мм ир−1 у пасивном режиму. У активном режиму стопе су 5-20 мм годишње. Граница прелаза услова купатила за кисељење прати одређену криву. Прелазна температура за 10 посто. сумпорна киселина је око 55 степени Ц. На 15% је прелаз од 45 степени. На 20% пада на 38 степени. Попеће се до 32 степена . - 25%. За грејач у купатилу на 70 степени са 15% сумпорне киселине, само стање у расутом стању је већ преко прелазне температуре од 45 степени - купатило је активно корозивно до 316 без топлотног флукса. 316 није прикладно у овим околностима без обзира на дебљину зида или густину у ватима. Међутим, многа купатила за кисељење се налазе у прелазној зони где су услови у расути пасивни, али повећана температура површине омотача, услед топлотног флукса, гура омотач у активни режим. Повећање температуре од масе до површине омотача је око 25–30 степени за плашт од 2,0 мм при 10 В/цм². Купатило на 40 степени са 15% киселине (пасивно) резултира температуром површине омотача од 65–70 степени, што прелази прелаз од 45 степени, тако да се активна корозија јавља на површини омотача упркос чињеници да је купка пасивна.

Прагови критичног смањења снаге 2,0 милиметарски омотач
Потребе за смањењем корозије од испитивања корозије 316 узорака, на температурама и концентрацијама које се односе на купатила за кисељење, су следеће. Плашт са зидом од 2,0 мм. Вредности представљају максималну густину у ватима која одржава температуру површине омотача најмање 5 степени испод пасивне-активне прелазне температуре за дату концентрацију масе.

Концентрација сумпорне киселине у расутом стању Температура купатила у расутом стању Пасивна-температура активног прелаза при овој концентрацији Максимална температура површине омотача (прелаз – сигурносна граница од 5 степени) Макс. Дозвољена густина вати за 2,0 мм. Плашт Препоручена радња 10% 30 степени 55 степени 50 степени 12 В/цм² Безбедно при стандардној густини у ватима
10% 40 степени 55 степени 50 степени 6 В/цм² Смањење вредности 10% 45 степени 55 степени 50 степени 3 В/цм2 Граница; Размислите о надоградњи легуре 10% Изнад 48 степени 55 степени 50 степени Није могуће Титанијум или легура 20
15% 25оЦ 45оЦ 40оЦ 10 В/цм2 Безбедно у умереној густини вати
15% 30 степени 45 степени 40 степени 6 В/цм² Потребно смањење снаге
15% 35 степени 45 степени 40 степени 2 В/цм2 Непрактична легура за промене
15% Изнад 38 степени 45 степени 40 степени Није могуће 316 није практично
20% 20 степени 38 степени 33 степена 8 В/цм² Безбедно при малој густини вати
20% 25Ц 38Ц 33Ц 4 В/цм2 Значајно смањење 20% Изнад 28Ц 38Ц 33Ц Није могуће 316 није погодно
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 степени 32 степена 27 степени Није могуће Користите легуру 20 или титанијум
За типично купатило за кисељење са 15% сумпорне киселине и 35 степени запреминске температуре, омотач од 2,0 мм 316 мора бити на или испод 2 В/цм2 да би се спречила активна корозија. При овој густини вати грејач би био непрактично дугачак грејач за просечне захтеве за снагом од 10-20 кВ. Дакле, 316 није одговарајући за ову услугу. Инжењери би требало да размотре коришћење легуре 20 (Царпентер 20) или легуре 825, од којих обе имају пасивно-активне прелазне температуре 30–50 степени веће од 316 у сумпорној киселини.

Промене дизајна ради спречавања активне корозије без смањења снаге
Ако су услови купатила за кисељење близу границе прелаза и плашт од 2,0 мм 316 је већ постављен или је неопходан, три подешавања дизајна могу да избегну активну корозију без пада густине у ватима испод практичних граница. Први је да се побољша циркулација киселине преко грејне површине. Турбулентно струјање брзином од 1–2 м/с смањује пораст температуре површине омотача са 25–30 на 10–15 степени, што може спречити плашт да достигне прелазну тачку. Друга измена је додавање оксидационог средства у каду. Мали додаци гвожђе-јона или водоник-пероксида могу да помере пасивни-активни прелаз на више температуре за 10-20 степени Ц, враћајући се на пасивно понашање. Трећа промена је дизајн грејача двоструке{16}}ватне густине који има нижу густину снаге у доњем делу купатила са највећим температурама због раслојавања. За већину примена купатила за кисељење, инжењерско решење је надоградња са 316 на отпорнију легуру. Обично је разлика у цени између омотача од 2,0 мм 316 и омотача од легуре 20 исте величине 30-50%, али се радни век побољшава са месеци на 5-10 година. Приликом одређивања грејача за купатила за кисељење, инжењери треба да испоруче добављачу комплетан састав купатила, опсег температуре и предвиђени степен турбуленције. Ако произвођач препоручује 316 за 15% сумпорну киселину на 50 степени и не говори о смањењу перформанси или могућности активне корозије, не дају компетентан савет. Промена од пасивне до активне корозије у сумпорној киселини је брза и немилосрдна. Плашт од 2,0 мм који губи 5 мм/год у активној корозији ће перфорирати за мање од 5 месеци. Смањење вредности<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.