Hvaða mikilvægi hlutþrýstingur súrefnis í brennslulofttegundum við 600 gráðu hitastig slíður kemur í veg fyrir hraðari oxun á 316 ryðfríu stáli hitarörum

Takmörk oxunarmöguleika fyrir myndun hlífðarkvarða

Fyrir 316 hlífðar rafhitunarrör úr ryðfríu stáli í brennslugasumhverfi, svo sem hitarörum, ofnum eða endurrásarkerfi útblásturslofts, mun hlutþrýstingur súrefnis (pO2) í gasinu í kring ákvarða hvort slíðrið myndar verndandi krómoxíðskala eða upplifir hraða oxun (e. volumtility to oxidation) Sem fall af vatnsgufu og öðrum hvarfgjarnum tegundum er mikilvægur pO2 fyrir stöðugan Cr2O3 mælikvarða við háan hitastig slíðunnar (600 gráður C, sem er dæmigert fyrir lofthitunarnotkun en í hámarkinu fyrir 316) á bilinu 10-10 til 10-15 atm. Ef súrefnismagnið fer niður fyrir þessi viðmiðunarmörk minnkar krómoxíðið og járnoxíðin mynda hraðvaxandi ó{18}}hlífðarhleif. Yfir þessum þröskuldi (súrefnisríkt umhverfi eins og loft við 0,21 atm pO2) myndast þunnt viðloðandi Cr2O3 lag sem veitir langtíma vernd. En með of miklum hlutþrýstingi súrefnis getur vatnsgufa myndast í rokgjörnum krómoxýhýdroxíðum, sem dregur úr þykkt kvarðans. Í þessari rannsókn er öruggur pO2 gluggi fyrir 316 slíður við 600 gráður magngreindur og viðmið fyrir brennsluumhverfi fyrir lengingu líftíma hitara eru gefin upp.

Stöðugleiki og rokgjarnleiki krómoxíðs

Hlífðarkvarðinn á 316 ryðfríu stáli við háan hita er aðallega Cr 2 O 3 , sem myndast við sértæka oxun króms. Til að tryggja stöðugleika Cr2O3 verður hlutþrýstingur umhverfis súrefnis að vera hærri en sundrunarþrýstingur krómoxíðs við viðkomandi hitastig. Aðskilnaðarþrýstingur Cr₂O₃ (pO₂ þar sem Cr₂O₃ brotnar niður í málmkennt Cr og O₂) er ~10⁻²⁶ atm við 600 gráður, langt undir súrefnismagni venjulegra brennslulofttegunda. Hins vegar, í nærveru vatnsgufu, er Cr2O3 breytt í rokgjarnt form krómoxýhýdroxíðs: Cr2O3(s) + 2H2O(g) + 3/2O2(g) → 2CrO2(OH)2(g). Þessi viðbrögð útrýma hlífðarkvarðanum í hraða sem fer eftir pO2 og pH2O. Hámarksrökvi á sér stað við pO2 á bilinu 10-10-10-12 atm, frekar en við mjög hátt eða mjög lágt pO2. Þetta bendir til þess að örlítið magurt (súrefnissnauður) brennsluloft sé í raun ætandi að 316 en annað hvort að fullu oxandi (loft) eða verulega minnkandi andrúmsloft.

Magngreindir pO₂ gluggar fyrir myndun hlífðarkvarða við 600 gráður

Oxunarhraði 316 ryðfríu stáli sem fall af hlutþrýstingi súrefnis hefur verið ákvarðað með stýrðri hitaþyngdarmælingu við 600 gráður í gassamsetningum mismunandi pO₂ og pH₂O.

Súrefnishlutþrýstingur (atm) Vatnsgufa hlutaþrýstingur (atm) Hlutfallsmyndaður oxunarhraði (mg/cm2-klst) eftir 500 klst<0.01 Cr2O3 (thin, protective) <0.02 Excellent Yes 0.21 (air) 0.10-0.30 Cr2O3 + slight volatilisation 0.02-0.05Good Yes (under supervision)
0.21 (air) >0,30 Aukin flöktun, þynning 0,05-0,10 Miðlungs jaðarleg
10-5 til 10-8 (magur bruni) 0,05-0,15 Blandað Cr2O3/Fe2O3 0.10-0.30 Lélegt Ekki mælt með 10-9 til 10-12 (stúkiómetrísk brennsla) 0,10-0,20 FeCr2O4 spínel + rokgjörn-1.030 léleg óviðeigandi 0.030 léleg
10-12 til 10-15 (ríkur brenni) 0,10-0,20 Fe 3 O 4 (segulít) 1,00-3,00 Mjög léleg (spalls) Óviðunandi<10-15 (strongly reducing) <0.01 FeO (wustite) >5.00 Ekki-verndandi Óásættanlegt
Áhrif brennisteins eldsneytis og annarra brunaafurða

Auk súrefnis og vatnsgufu innihalda brennslulofttegundirnar sem unnar eru úr jarðefnaeldsneyti brennisteinsdíoxíð (SO2) og snefilmálma sem hvata oxun 316. Cr₂O₃ hefur samskipti við SO₂ til að framleiða krómsúlfíð, sem brjóta niður hlífðarhleifinn og leiða til oxunar sem losnar. Fyrir 316 við 600 gráður er oxunarhraðinn tvöfaldaður með brennisteinsstyrk í eldsneytinu sem er meira en 50 ppm (sem samsvarar um 100 ppm SO 2 í útblástursloftinu). Fyrir eldsneyti með brennisteini yfir 500 ppm (td-brennisteinsolíu eða kolum með brennisteini) er ekki mælt með 316 fyrir hitastig yfir 500oC. Klór sem inniheldur brennslulofttegundir (frá brennslu klóruðu plasti eða sumum úrgangi) eru enn árásargjarnari og framleiða rokgjörn málmklóríð á hraða sem er 10-100 sinnum meiri en tæringu sem byggir á oxíði. Greining á eldsneytissamsetningu er nauðsynleg fyrir hvers kyns notkun þar sem 316 slíður verða fyrir áföllum á brennslugasi.

Hagnýt forskrift fyrir notkun brennsluhitara

Eftirfarandi breytur eru fyrir 316 hlífðar hitara í brennslugasumhverfi við 600 gráðu slíðurhitastig til að tryggja framleiðslu á verndandi mælikvarða og viðunandi oxíðvaxtarhraða. Bruninn verður að fara fram með umfram lofti (oxandi aðstæður, pO2 > 0,01 atm) til að halda Cr2O3 kvarðanum – þvert á venjulega trú um að afoxandi andrúmsloft sé minna ætandi. Halda þarf hlutþrýstingi vatnsgufu undir 0,15 atm (15% raka miðað við rúmmál). Þetta er hægt að gera með því að-forþurrka brennsluloftið eða nota eldsneyti með lágu vetnisinnihaldi. Brennisteinsstyrkur eldsneytis ætti að vera lægri en 0,05% (500 ppm) og helst lægri en 0,01% (100 ppm). Ef ekki er hægt að ná einhverjum af þessum breytum ætti að uppfæra slíðurefnið í 310 ryðfríu stáli (25Cr-20Ni) eða Inconel 600, sem báðir hafa meira þol fyrir minni pO2 og meiri vatnsgufu.

Vettvangsgreining á oxunarbilun af völdum pO2

Kvarðaformgerðin fyrir 316 slíður sem mistakast í brennslugasþjónustu gerir greinarmun á orsökum sem tengjast hlutþrýstingi súrefnis. Við oxandi aðstæður (umfram lofti) er hreiður þunnur (<10 µm), greenish-gray (Cr2O3) and homogeneous. The scale is thick (>50 µm), svartur, lagskiptur og sýnir oft flekkaða svæði við stoichiometric eða örlítið minnkandi aðstæður. Kvarðinn er dökkgrár, gljúpur, ekki viðloðandi og inniheldur wustite (FeO) eins og hann er ákvarðaður með röntgengeislabeygju við mjög skerandi aðstæður. Árásin sem myndast af brennisteini leiðir til örbyggingar sem einkennist af mælikvarðanum sem er þekktur sem „súlfíðstrengur“. Ef hitarinn er með miklar hreistur og spöng, ætti að breyta brennsluumhverfinu til að veita meira aukaloft eða færa hitarann ​​út úr hámarks súrefnis-sveltisvæðinu.

Ályktun: Viðhalda oxunarskilyrðum fyrir langlífi 316 brennsluhitara

Nauðsynlegt pO 2 fyrir framleiðslu á verndandi Cr 2 O 3 kvarða á 316 ryðfríu stáli hjúpuðum hitara við 600 gráður í brennslulofti er yfir um 10 -2 atm (2% súrefni miðað við rúmmál). Stoichiometric eða örlítið eldsneytisbrennslan-ríkur (pO2=10-9 í 10-12 atm) leiðir til hraðrar og óvarnandi oxíðþróunar og sveiflukenndar í keðjunni og dregur úr endingu hitara úr 20.000 klukkustundum í 500-2.000 klukkustundir. Verkfræðingar sem tilgreina 316 slíður fyrir eldaða hitara eða útblástursbúnað þurfa að tryggja að brennslan sé keyrð í umframlofti (lágmark 3-5% O₂ í útblásturslofti) og að brennisteinsinnihald eldsneytis sé stjórnað. Þessi rammi tengir hlutþrýsting súrefnis við mælanlegan oxunarhraða. Það gerir kaupendum kleift að velja brunaskilyrði sem varðveita verndandi krómoxíðkvarða á 316 hitaslíður og forðast oxun sem losnar og ótímabæra bilun.