Við hvaða sértæka samsetningu ætandi styrks og yfirborðshita slíðunnar finnur 1,2 millimetra 316 ryðfríu stáli slíður ætandi streitutæringarsprungur í kvoða- og pappírsframleiðslu hitara?

Notkun vinnsluverkfræðinga sem bera ábyrgð á rafmagnsdýfingarhitara í deig- og pappírsupptökuvélum, samsetning natríumhýdroxíðs og natríumsúlfíðs við hærra hitastig framleiðir umhverfi þar sem ætandi streitu tæringarsprunga er aðal orsök bilunar. Ætandi sprunga skapar brothætta millikorna sprungu sem getur gegnsýrt 1,2 mm 316 slíður á nokkrum vikum með lítilli augljósri viðvörun, ólíkt gryfju eða venjulegri tæringu. Kraftkvoðaferlið notar hvítvín með 15–20% NaOH og 5–10% Na₂S við hitastig 150–170 gráður. Þessir ofnar hafa yfirleitt 1,2 mm veggþykkt vegna takmarkaðs pláss í meltingarkerum. Greinin skilgreinir þá tilteknu samsetningu ætandi styrks og yfirborðshita slíðunnar þar sem 1,2 mm 316 slíður mun mynda ætandi streitu tæringarsprungur á 1000 klukkustundum af samfelldri þjónustu.

Mechanism of ætandi streitu tæringarsprungur í 316
Tæringarsprunga á 316 ryðfríu stáli krefst þriggja skilyrða: ætandi styrkur yfir þröskuldsgildi, hitastig yfir sprunguþröskuldi og togspenna. Stofnunaraðferðin sem notuð er til að þjappa MgO einangrun skapar mikla togspennu sem eftir er á innra yfirborði slíðunnar -venjulega 150-250 MPa fyrir 1,2 mm vegg. Þessar afgangsspennur eru uppspretta togspennunnar sem þarf til að sprunga. Hlutstyrkur fyrir sprungu í 316 við 150°C er um 5% NaOH. Þröskuldshitastigið er lækkað í 130°C við 10% NaOH. Sprunga við 15% NaOH er yfir 110 gráður. Sprunga við 20% NaOH yfir 100°C. Aðstæður í hvítvíni (15–20% NaOH, 150–170 gráður) eru vel yfir sprungumörkum. Sprungur í 1,2 mm 316 slíðri hefjast venjulega á innra yfirborði þar sem afgangsspennurnar eru mestar eftir 100–500 klst. Þegar sprungur hafa komið á fót breiðist það út með hraðanum 0,1–1,0 mm á viku og kemst í gegnum 1,2 mm vegginn innan 1–3 mánaða.

Slíður 1.2 mikilvægar sprunguþröskuldar fyrir 1.2
Byggt á rannsóknarstofuprófunum á 316 slíðrasýnum í hvítvínshermi og greiningu á vettvangsbilun frá meltingarvélum í kvoðaverksmiðjunni, leiða eftirfarandi samsetningar ætandi styrks og yfirborðshita slíðunnar til sprungu á ætandi streitutæringu innan 1.000 klukkustunda.

Styrkur natríumhýdroxíðs (þyngd%) Styrkur natríumsúlfíðs (þyngd%) Mikilvægt hitastig fyrir sprungubyrjun við 150°C Yfirborðstími slíðunnar -Veggsprunga (1,2 mm) við 150°C 5 – 8% 2 – 4% 820°C, 140°C, 140°C, 140 klst. 2.000 klukkustundir 8 – 10% 4 – 6% 130°C 500 – 800 klukkustundir 800 – 1.500 klukkustundir 10 – 12% 5 – 7% 120°C 300 – 500 klukkustundir 500 – 1.000 klukkustundir
12 – 15% 6 – 8% 115 gráður 200 – 400 klukkustundir 400 – 800 klukkustundir 15 – 18% 7 – 9% 110 gráður 150 – 300 klukkustundir 300 – 600 klukkustundir
18 – 20% 8 – 10% 100 gráður 100 – 200 klukkustundir 200 – 400 klukkustundir
Meira en 20% Meira en 10% Minna en 100 gráður 50 – 150 klukkustundir 100 – 300 klukkustundir
Fyrir kraftbrennslutæki sem vinnur með 16% NaOH við 155 gráðu magnhita er yfirborðshiti slíðunnar um það bil 155–160 gráður (að því gefnu að lítill hiti hækkar vegna lágs wattaþéttleika í stórum meltingarvélum). Þetta er yfir 110°C sprunguþröskuldi og myndi mynda sprungur á 150–300 klukkustundum. 1,2 mm slíður myndi líklega gatast eftir 1-2 mánaða samfellda notkun. Reynsla á vettvangi sýnir að hvítvínsþjónustuslíður brotna almennt á 3-6 mánuðum með sprungum sem er ríkjandi bilun.

Öruggt rekstrarumslag fyrir 1,2 mm slíður í ætandi þjónustu
Taflan hér að neðan sýnir hámarks öruggan ætandi styrk fyrir 1,2 mm 316 slíður við mismunandi yfirborðshita slíður til að forðast sprungur í ætandi streitu á 1.000 klukkustunda endingartíma. Gildi gera ráð fyrir togspennu sem eftir er eftir slípun, sem ekki er hægt að draga úr án þess að-þá eftir glóðglæðingu.

Slíður Yfirborðshiti Hámarks öruggur NaOH styrkur til að koma í veg fyrir sprungur (ekkert súlfíð) Hámarks öruggur NaOH styrkur með 5% Na2S Áætlaður tími til að sprunga við hámarks öruggan styrk Ráðlagður aðgerð 80°C 20% 15% 2.000 – 3.000 klst. Jaðarmörk fyrir samfellda þjónustu 2% 0% 5, 0°C 2.500 klst. Takmarkaður endingartími 100°C 12% 10% 1.000 – 2.000 klst 300 – 800 klst. Uppfærsla álfelgur skylda 140°C 4% 2% 200 – 500 klst. 316 ekki við hæfi
Yfir 150°C Ekki öruggt Ekki öruggt Undir 200 klst. Notaðu nikkelblendi
Öruggt rekstrarumslag fyrir 1,2 mm 316 slíður er ekki til fyrir kvoða- og pappírsvinnslu með 16% NaOH við 155°C. Sprungan mun örugglega koma eftir vikur eða mánuði. Verkfræðingar þurfa að velja endingarbetra málmblöndu.

Hönnunarbreytingar til að koma í veg fyrir ætandi sprungur
Þegar nota á 316 slíður í ætandi þjónustu, geta þrjár hönnunarstillingar lengt líftímann, en engin gerir 316 áreiðanlegan fyrir kraftfyllingarskilyrði. Upphafsskrefið er að glæða stólp-við 1050 gráður til að koma í veg fyrir togspennu sem eftir er. Glæðing dregur úr innra yfirborðsleifarspennu úr 150–250 MPa í undir 20 MPa, og fjarlægir toghlutann sem þarf til að sprunga. Með því að glæða 1,2 mm 316 slíður í 16% NaOH við 150°C getur það lengt líf þess í 3–6 mánuði, frekar en 1–2 mánuði. Önnur breytingin er að kúla peen eða meðhöndla ytra yfirborðið á annan hátt með þjöppun. Þrýstilagið þolir sprunguútbreiðslu en dregur ekki úr togálagi á innra yfirborði. Síðasta breytingin er að starfa við lægsta mögulega yfirborðshita slíðunnar með því að minnka wattaþéttleikann og auka blóðrásina. 10 gráðu lækkun á yfirborðshitastigi tvöfaldar tímann þar til sprunga hefst. Þessar breytingar duga ekki fyrir flestar kvoða- og pappírsforrit. Alloy 625 eða Alloy C-276 er dæmigert efni í hvítvínshitaraslíður. Þessar nikkel-undirstaða málmblöndur standast ætandi streitu tæringarsprungur í öllum styrkjum og hitastigi sem sést í meltingarvélum. 1,6 mm Alloy 625 slíður mun venjulega þola 5-10 ár í brennivínsþjónustu samanborið við 2-6 mánuði fyrir 316. Hærri upphafskostnaður er bættur upp með sparnaði í stöðvunartíma og afskiptavinnu. Verkfræðingar sem velja hitara til notkunar á meltingarstöð ættu ekki að samþykkja 316 fyrir neina notkun þar sem ætandi styrkur er yfir 10% við hitastig yfir 100°C. Kostnaður við hraða sprungubilun í þrýstihylki, þar með talið vörutap, kælingu íláts og endurnýjun, er umtalsvert meiri en aukinn kostnaður við hátt nikkelblendi. Ef framleiðandi mælir með 316 fyrir brennivínsþjónustu og talar ekki um tæringarsprungur á ætandi streitu er hann ekki að veita viðeigandi verkfræðiráðgjöf. Sprungur í 1,2 mm slíðri myndast hratt og án sýnilegra vísbendinga þar til slíðurinn lekur. Eina örugga lausnin er forvarnir með réttu vali á málmblöndu.