Para una barra térmica de titanio que funciona en una solución de carbonato de potasio al 50 % a 110 grados, ¿cómo cambia el nivel de oxígeno disuelto (0,5 ppm frente a . 5 ppm) la estabilidad de la capa de pasivación de titanato?

Se forma una capa protectora de titanato de potasio (K₂TiO₃) sobre la superficie del titanio en carbonato de potasio (K₂CO₃) al 50% a 110 grados. La formación de titanatos depende críticamente del oxígeno disuelto (OD). A niveles bajos de OD (0,5 ppm), la capa de titanato es delgada (0,1 a 0,5 µm) y porosa y proporciona poca protección. Con un OD alto (5 ppm), el recubrimiento es espeso (1-3 pm) y denso, lo que disminuye la tasa de corrosión de 5 a 10 veces. La capa de titanato se forma mediante la reacción TiO 2 + K 2 O → K 2 TiO 3 donde K 2 O se produce a partir de la descomposición de K 2 CO 3 .

El mecanismo del efecto del oxígeno disuelto en la formación de la capa de titanato

El oxígeno es esencial para mantener la superficie de titanio en la condición pasiva en la que el TiO_2 puede crecer. El TiO2 reacciona en presencia de K2CO3 y forma K2TiO3. En caso de falta de oxígeno, la capa de TiO2 es fina y defectuosa, al igual que la capa de K2TiO3 formada es igualmente defectuosa. A niveles bajos de OD, la capa contiene grietas y poros que permiten una corrosión continua. Con un OD alto, la capa aumenta uniformemente y se vuelve protectora. En estado estacionario, la velocidad de corrosión está determinada por el paso de oxígeno a través de la capa de titanato.

Propiedades cuantitativas de la capa de titanato en función del oxígeno disuelto

110 grados en 50% K 2 CO 3 durante 1000 horas ha demostrado lo siguiente en pruebas controladas para titanio de grado 2. A 0 ppm de DO (desaireado), el espesor de la capa de titanato es de 0,05 a 0,1 µm, la velocidad de corrosión de 0,15 a 0,30 mm/año y una superficie porosa oscura. A 0,5 ppm de DO, el espesor es de 0,1 a 0,3 µm, la velocidad de corrosión es de 0,08 a 0,15 mm/año y la superficie es gris con porosidad moderada. El espesor es de 0,5 a 1,0 µm. La tasa de corrosión es de 0,03 a 0,08 mm por año. La superficie es gris claro con 2 ppm de OD. A 5 ppm de DO, el espesor es de 1,0 a 2,0 µm, la velocidad de corrosión es de 0,01 a 0,03 mm/año y la superficie es brillante y protegida. A 10 ppm de DO, el espesor es de 2,0 a 3,0 µm, la velocidad de corrosión es de 0,005 a 0,015 mm por año y la superficie es brillante y estable.

Influencia de la temperatura en la demanda de oxígeno disuelto

Al aumentar la temperatura, aumenta el OD mínimo requerido para una pasivación estable. El OD mínimo a 80 grados para una capa de pasivación estable (tasa de corrosión<0.02 mm per year) is 1 ppm. The minimum is 2ppm at 100°C. At 110°C the minimum is 3ppm. The minimum is at 120 °C (4 ppm). 5 ppm, 130°C. The DO for a safety margin should be 2–3 times the minimum.

Guía para controlar los niveles de oxígeno disuelto en calentadores de carbonato de potasio

En la siguiente tabla se dan recomendaciones para los niveles de oxígeno disuelto en K2CO3 al 50% a 110 grados para calentadores de titanio de Grado 2 y Grado 7.

OD medido (ppm) Estabilidad de la capa de titanato Tasa de corrosión esperada (mm por año) Acción recomendada:5 Excelente 0,005 a 0,015 Ninguna 3-5 Buena 0,01–0,03 Monitorear semanalmente 2-3 Marginal 0,03-0,08 Rociado de aire 1-2 Deficiente 0,08-0,15 Aumentar la aireación
0.5 - 1 Inestable 0.15 - 0.30 Rediseño; agregar oxidante<0.5 Very unstable >0,30 No aceptable
Ingeniería más allá del DO

El grado de titanio afecta el OD necesario. El grado 7 (estabilizado con paladio) crea una capa de titanato estable a niveles más bajos de OD (1-2 ppm a 110 °C) debido a la reducción de oxígeno catalizada por paladio. El nivel de Grado 12 es para mejora intermedia. El espesor de la pared proporciona tolerancia a la corrosión; La corrosión de 0,03 mm/año en una pared de 2,0 mm dura 60 años. La concentración de K2CO3 influye en la pasivación y se observa una menor OD necesaria con 40% de K2CO3. DEBE aumentar la necesidad en 1-2 ppm debido a la presencia de cloruros en la solución de K 2 CO 3 (de impurezas).

Hacer una especulación informada

For titanium heat rod in 50% K₂CO₃ at 110°C, ensure dissolved oxygen >5 ppm mediante rociado de aire o inyección de oxígeno. Agregue una sonda de OD con alarma configurada en 4 ppm y enclavamiento en 3 ppm. Para sistemas existentes con OD < 3 ppm, instale un rociador o aumente la tasa de aireación. Si no es posible la aireación, diluya K2CO3 al 40% o baje la temperatura a 100 grados. El ingeniero controla el oxígeno disuelto por encima de 5 ppm para promover una capa protectora de titanato de potasio estable y minimizar la corrosión.