Cuando un calentador de inmersión de titanio sirve para mantener 90 grados en un tanque de inmersión para la vulcanización de caucho (contiene estearato de zinc y azufre), ¿la corrosión-inducida por azufre con un alto flujo de calor cambia la selección óptima de espesor de pared? Cuando un calentador de inmersión de titanio sirve para mantener 90 grados en un tanque de inmersión para vulcanización de caucho (contiene estearato de zinc y azufre), ¿el azufre-induce Corrosión con alto flujo de calor ¿Cambiar la selección óptima del espesor de pare

Compensaciones básicas-en el diseño de calentadores de titanio para tanques de vulcanización
Los tanques de inmersión de vulcanización de caucho funcionan a 90 grados con una formulación de estearato de zinc (agente de liberación) y azufre (agente de vulcanización). Los calentadores de inmersión de titanio mantienen la temperatura para una vulcanización uniforme. La temperatura de la superficie de la vaina de titanio con un alto flujo de calor (generalmente 2,5 a 3,5 W/cm^2) es de 100 a 120 grados. A estas temperaturas, el azufre interactúa con el titanio para generar sulfuro de titanio (TiS2) en lugar de la capa protectora de dióxido de titanio. El sulfuro de titanio no es -pasivante, poroso y conductor de electricidad. Esto transforma el mecanismo de corrosión de pasivo (insignificante) a activo (ataque uniforme o dirigido). El espesor de la pared debe elegirse para compensar esta corrosión por ataque de azufre que no se produce con flujos de calor o temperaturas más bajos. La investigación evalúa si la corrosión por azufre altera el espesor óptimo de la pared en comparación con el servicio normal de cloruro o ácido.

Efecto sobre la integridad mecánica: crecimiento de sulfuro de titanio
The reaction of titanium with sulfur at high temperatures is Ti + S2 ->TiS2. Esta reacción es cinéticamente importante por encima de los 100 grados. La tasa de generación de sulfuro es mínima (<0.01 mm/year) with a titanium heater at 1.5 W/cm2 (surface temperature ≈ 95°C). At 2.5 Wcm-2 (surface temperature of ~115°C) the rate is 0.10-0.20 mm per year. At 3.5 W/cm2 (surface temperature ~ 135 degrees C) the rate is 0.5-1.0 mm/yr. The titanium sulphide layer does not shield the underlying metal. It is porous and spalls off exposing new titanium to additional reaction. This is a consistent thinning type corrosion, not a pitting.

Los tanques de vulcanización de caucho suelen contener entre un 1 y un 5 por ciento en peso de azufre. El estearato de zinc se utiliza como agente liberador. El estearato de zinc no tiene ningún efecto directo sobre la corrosión, pero puede atrapar azufre contra la superficie del calentador y aumentar la concentración local. Los datos de campo de las líneas de inmersión de caucho indican que los calentadores de titanio con paredes de 1,2 mm que funcionan a 2,5 W/cm2 tienen una tasa de adelgazamiento de 0,15 mm/año, lo que equivale a 8 años de vida útil. Con 3,5 W/cm², el espesor de la pared disminuye a 0,8 mm/año, lo que da sólo 1,5 años de vida útil.

Variable de control: flujo de calor y su impacto en el rendimiento térmico
La velocidad de corrosión por azufre está relacionada exponencialmente con la temperatura de la superficie, que es función del espesor de la pared y el flujo de calor. Para una temperatura total determinada (90 grados) y un coeficiente de convección (h ≈ 800 W/m2. K en tanque agitado), la temperatura de la superficie es T_superficie=90 + q/h + ΔT_cond ΔT_cond=qxt / k_Ti Una pared de 1,2 mm a 2,5 W/cm² produce T_superficie ≈ 90 + 31.3 + 1.8=123 grado La pared de . 1.5 mm da 90+31.3+2.2=123.5 grados. mínima diferencia. Para ambos espesores, a 3,5 W/cm 2, superficie T ≈ 90 + 43.8 + (2,5–3,0)=136–137 grados. Predomina la caída convectiva y la influencia del espesor de la pared sobre la temperatura de la superficie es pequeña. Por lo tanto, reducir el espesor de la pared no tiene un efecto sustancial en la reducción de la tasa de corrosión por azufre.

Síntesis compensada: espesor de pared y flujo de calor óptimos
Flujo de calor (W/cm2) Temperatura de la superficie (grados) Tasa de corrosión por azufre (mm/año) Espesor de pared para una vida útil de 5 años (mm) Espesor de pared óptimo
1,5 W/cm² 95 grados 0.01 0.5 mm 1,0 mm (mínimo mecánico)
2,0 W/cm² 110 grados 0.08 0.9 mm 1,2 mm 2,5 W/cm² 123 grados 0.15 1.3 mm 1,5 mm 3,0 W/cm² 130 grados 0.30 2.0 mm 2,0 mm 3,5 W/cm² 136 grados 0.70 4.0 mm No recomendado (proceso de rediseño)
A medida que aumenta el flujo de calor, aumenta correspondientemente el espesor de pared necesario para una vida útil de 5 años. El espesor de pared ideal se cambia de 1,0 mm (bajo flujo) a 1,5-2,0 mm (alto flujo). La corrosión por azufre es un adelgazamiento uniforme. A diferencia de las picaduras de cloruro, donde las paredes más grandes tienen rendimientos decrecientes, el espesor de la pared proporciona un margen de corrosión lineal.

Ingeniería más allá del muro: revestimientos de superficies y reducción del flujo de calor
El medio más eficaz para reducir la corrosión por azufre es reducir el flujo de calor, no aumentar el espesor de la pared. Operar a 2,0 W/cm² en lugar de 2,5 W/cm² puede reducir el espesor de pared necesario de 1,5 mm a 1,2 mm, al tiempo que prolonga la vida útil del calentador. Esto significa una mayor superficie de calentamiento (tubos más largos o más tubos), pero la compensación vale la pena. Alternativamente, una capa delgada (2–5 µm) de níquel-fósforo no electrolítico (ENP) sobre la vaina de titanio evita que el azufre entre en contacto con el titanio. ENP es resistente al ataque de azufre hasta 150 grados. Una pared de titanio de 1,0 mm con un revestimiento ENP durará 10+ años a 3,5 W/cm2.

Conclusiones: Dependencia del espesor de la pared del flujo de calor en la operación con azufre.
Se utiliza un calentador de inmersión de titanio para mantener los 90 grados en un tanque de inmersión de vulcanización de caucho con estearato de zinc y azufre, y la selección del mejor espesor de pared se modifica mediante la corrosión inducida por azufre-. Pared estándar de 1,0 a 1,2 mm con bajo flujo de calor (<=2.0 W/cm2) is enough. At high heat flux (2.5-3.0 W/cm 2 ) the sulfur corrosion rate increases to 0.15-0.30 mm/year needing 1.5-2.0 mm wall for 5-year life. When the power density is above 3.0 W/cm², wall thickness required is > 2.5 mm and a process redesign (reduced heat flux or coated sheath) is recommended. The optimum thickness of a wall for a certain application is decided by the needed heat flux and not by a standard thickness. For rubber vulcanization service, state to the heater manufacturer the expected heat flux (W/cm2) or surface temperature. Using this data, wall thickness can be computed as t = corrosion rate x desired life, with the corrosion rate being obtained using sulfur-temperature kinetics. Generally, a 1.5 mm titanium wall gives a strong 5-8 year service life for most rubber dipping tanks working at 2.0-2.5 W/cm2.