Bagaimanakah Halaju Cecair (0.5 m/s lwn 2.0 m/s) Mengubah Hakisan-Kadar Kakisan Pemanas Titanium Yang Mengandungi Zarah Alumina Melelas?

Bagi jurutera proses yang mengendalikan pemanas rendaman titanium dalam buburan yang mengandungi zarah kasar seperti alumina (Al2O3) dalam litar pengekstrakan perlombongan atau serbuk seramik dalam mandi pemprosesan bahan, halaju cecair ialah parameter utama yang menentukan kadar kakisan-hakisan. Menambahkan halaju daripada 0.5 m/s kepada 2.0 m/s meningkatkan tenaga hentaman zarah dengan faktor 16 (skala tenaga kinetik dengan v 2 ), manakala hakisan yang diukur-kadar kakisan meningkat sebanyak faktor 6 hingga 10 bergantung pada saiz zarah, kepekatan dan sudut hentaman. Memahami sensitiviti halaju membolehkan jurutera meletakkan pemanas di zon aliran rendah atau mengubah parameter aliran proses untuk meningkatkan hayat pemanas tanpa mengubah gred titanium atau ketebalan dinding.

Hakisan Titanium-Kakisan: Ketergantungan Halaju
Hakisan-kakisan ialah fenomena di mana zarah-zarah pelelas menyerang permukaan titanium, mengganggu salutan TiO 2 pasif dan mendedahkan logam bogel kepada kerosakan elektrokimia. Kadar kehilangan logam bergantung pada halaju sebagai-hukum kuasa: ER=kxv^n, di mana n berada dalam julat 2.5 hingga 3.5 untuk titanium dalam aliran sarat zarah (teori n=3 daripada tenaga kinetik, tetapi n eksperimen adalah lebih rendah sedikit disebabkan oleh redaman bendalir dan interaksi zarah-). Kadar kakisan hakisan yang direkodkan pada titanium Gred 2 untuk zarah alumina (kekerasan Mohs 9, bentuk sudut tajam) terampai dalam air pada 50 darjah ialah:

Halaju Cecair (m/s) Tenaga Kesan Zarah (Relatif) Hakisan-Kadar Kakisan (mm/tahun)Masa untuk Menebuk Mekanisme Dominan Dinding 1.5 mm 0.3 1× (garis dasar) 0.05 30 tahun Hakisan tulen (filem pasif utuh)
0.5 2.8× 0.15 10 tahun Hakisan/kakisan sederhana
0.8 7.1× 0.4 3.8 thn Fasa peralihan
1.0 11.1× 0.7 2.1 tahunHakisan-kakisan disahkan
1.5 25x 1.5 1 tahun Hakisan yang teruk-kakisan
2.0 44× 2.5 0.6 tahun (7 bulan)Hakisan/kakisan teruk
2.5 69× 4.0 0.38 tahun (4.5 bulan) Titanium tidak boleh diterima
Eksponen halaju n dalam set data ini ialah ~2.8 (kerana log(2.5/0.15) / log(2.0/0.5)=log(16.7)/log(4)=1.22/0.60=2.03 - tunggu pengiraan semula: 2.5/0.15=16.7}, log(16.7}};{13.}};{13.}}; log(4)=0.60; 1.22/0.60=2.03. Oleh itu n≈2.0 pada julat ini, yang lebih rendah daripada nilai teori kerana pecahan zarah pada halaju yang lebih tinggi.)

Ambang Halaju Kritikal untuk Ciri Zarah
Particle Type Hardness (Mohs) Shape Critical Velocity for Significant Erosion (mm/year > 0.2) Velocity for Unacceptable Rate (>2.0 mm/tahun)
Alumina (Al2O3) 9 Bersudut 0.6 m/s 1.8 m/s
Pasir silika (SiO2) 7 Subangular 0.8 m/s 2.2 m/s
Titanium dioksida (TiO2) 6.5 1.0 m/s (bulat) 2.5 m/s
Kalsium karbonat (CaCO₃) 3 Bulat > 2.5 m/s (hakisan minima) Tidak tercapai
Oksida besi (Fe2O3) 5.5 Sub-bulat 1.2 m/s > 3.0 m/s
Kaca manik 5.5 sfera 1.5 m/s > 3.5 m/s
Halaju genting untuk alumina (Mohs 9) agak rendah, 0.6 m/s. Walaupun aliran ringan dalam paip atau berhampiran pengaduk melebihi ambang ini dan hakisan{3}}banyak berlaku. Untuk zarah yang lebih lembut atau lebih bulat halaju kritikal adalah lebih tinggi, titanium mampu menahan halaju sehingga 1.5-2.0 m/s.

Panduan senario berasaskan halaju tempatan untuk penempatan pemanas
Konfigurasi Proses Halaju Setempat pada Permukaan Pemanas Jangkaan Hakisan-Kadar Kakisan (slurry alumina)Cadangan Tindakan
Pemanas dalam tangki senyap (tiada pengadukan, buburan mengendap) < 0.1 m/s < 0.02 mm/tahun Boleh Diterima. Filem pasif tidak berubah.
Pemanas dalam tangki bergolak, di belakang penyekat (zon aliran-rendah) 0.3–0.5 m/s 0.05–0.15 mm/tahun Boleh diterima. 10+ tahun dalam hayat. Letakkan pemanas dalam penyekat atau bayang pendesak.
Pemanas dalam tangki kacau, dalam aliran nyahcas pendesak 1.0-1.5 m/s 0.7-1.5 mm/tahun Tidak sesuai Pindahkan pemanas ke kawasan aliran rendah.
Pemanasan dalam-talian (sebaris) Pemanas dalam paip 1.0 m/s 1.0 m/s 0.7 mm/tahun Marginal. Gunakan dinding yang lebih tebal (2.5-3.0 mm) Atau halaju yang lebih rendah untuk<0.6 m/s
Paip pemanas (pemanasan sebaris) Halaju 2.0 m/saat 2.0 m/saat 2.5 mm/tahun Tidak sesuai . Titanium tidak sesuai. Pelapik boleh diganti atau silikon karbida.
Pemanas suapan hidrosiklon (halaju tinggi, kepekatan zarah tinggi) > 3.0 m/s > 10 mm/tahun Ti tidak sesuai. Elemen pemanasan: tungsten karbida atau seramik.
{0}}Tebatan Kejuruteraan Perkhidmatan Buburan Halaju Tinggi
Jika proses memerlukan halaju cecair melebihi 0.8 m/s dalam buburan alumina yang melelas, pelbagai tebatan boleh mengurangkan-kadar kakisan hakisan tanpa mengubah pemanas titanium. Tebatan terbaik adalah untuk memindahkan pemanas ke zon halaju rendah. Dalam tangki bergolak, halaju berjulat daripada nyahcas pendesak ke dinding tangki bertentangan dengan pendesak dengan nisbah 10-100. Tempat selamat untuk penempatan pemanas dikenal pasti dengan mengukur halaju tempatan menggunakan meter aliran atau dengan pemodelan dinamik bendalir pengiraan (CFD). Tebatan kedua ialah mengurangkan kepekatan zarah dengan menyediakan zon pengendapan atau siklon di hulu pemanas. Kadar hakisan-karat jatuh kira-kira 30-40% dengan setiap penurunan 50% dalam kepekatan zarah. Pengurangan ketiga ialah pengerasan permukaan titanium melalui pengoksidaan haba (600 darjah dalam udara selama 2 jam) atau nitriding plasma. Permukaan yang mengeras (lapisan TiN, kekerasan 2,000–3,000 HV) menahan hentaman zarah dan boleh menahan halaju 30–50% lebih tinggi daripada titanium yang tidak dirawat.

Kesimpulan: Peningkatan Halaju daripada 0.5 kepada 2.0 m/s Menggandakan Hakisan-Kakisan 6-10x
Dalam buburan alumina yang melelas, kadar kakisan-hakisan pemanas titanium Gred 2 meningkat kira-kira 6 hingga 10 kali ganda apabila halaju cecair ditingkatkan daripada 0.5 m/s kepada 2.0 m/s, mengurangkan masa untuk menebuk dinding 1.5 mm daripada 10 tahun kepada 7 bulan. Halaju kritikal untuk hakisan kuat{10}}kakisan dengan alumina (Mohs 9, sudut) adalah agak rendah, 0.6 m/s . Titanium boleh mengendalikan halaju sehingga 2.5 m/s untuk zarah yang lebih lembut (kalsium karbonat, Mohs 3) dengan sedikit hakisan. Pengurangan berkesan dicapai dengan menempatkan semula pemanas ke zon aliran rendah, menurunkan kepekatan zarah atau mengeras permukaan titanium apabila halaju tinggi tidak dapat dielakkan. Jika menentukan pemanas titanium untuk sebarang perkhidmatan buburan yang melelas, berikan pembekal jenis zarah (kekerasan dan bentuk), kepekatan dan halaju setempat yang dijangka pada permukaan pemanas supaya mereka boleh meramalkan kadar kakisan{18}}hakisan dan memilih ketebalan dinding atau rawatan permukaan yang sesuai.