Kui titaanist sukelsoojendi hoiab 90 kraadi kastmispaagis kummi vulkaniseerimiseks (sisaldab tsinkstearaati ja väävlit), siis kas väävli{1}}indutseeritud korrosioon suurel kuumusvool muudab optimaalset seina paksuse valikut? Kui titaanist sukelsoojendi serveerib kummist vulkaniseerimisel 90 kraadi. (Sisaldab tsinkstearaati ja väävlit). Kas väävel-kõrge soojusvoo korral indutseeritud korrosioon muudab seina optimaalset paksuse valikut?

Põhilised kompromissid{0}}vulkaniseerimispaakide titaansoojendite projekteerimisel
Kummist vulkaniseerimise kastmispaake kasutatakse 90 kraadi juures tsinkstearaadi (eraldusaine) ja väävli (vulkaniseerija) koostisega. Titaanist sukelsoojendid säilitavad ühtlase vulkaniseerimise jaoks temperatuuri. Titaanümbrise pinna temperatuur suure soojusvoo korral (tavaliselt 2,5–3,5 W/cm^2) on 100–120 kraadi. Nendel temperatuuridel interakteerub väävel titaaniga, tekitades pigem titaansulfiidi (TiS2), mitte kaitsva titaandioksiidi kihi. Titaansulfiid on mitte-passiveeriv, poorne ja elektrit juhtiv. See muudab korrosioonimehhanismi passiivsest (tühine) aktiivseks (ühtne või suunatud rünnak). Seina paksus tuleb valida nii, et see kompenseeriks seda väävlile tungivat korrosiooni, mis ei esine madalamate soojusvoogude või temperatuuride korral. Uurimine hindab, kas väävli korrosioon muudab seina optimaalset paksust võrreldes tavalise kloriidi või happega.

Mõju mehaanilisele terviklikkusele: titaansulfiidi kasv
The reaction of titanium with sulfur at high temperatures is Ti + S2 ->TiS2. See reaktsioon on kineetiliselt oluline üle 100 kraadi. Sulfiidi tekkekiirus on minimaalne (<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.

Kummist vulkaniseerimispaagid sisaldavad tavaliselt 1–5 massiprotsenti väävlit. Tsink stearaati kasutatakse vabastava ainena. Tsink stearaadil ei ole otsest mõju korrosioonile, kuid see võib väävli kinni hoida vastu küttekeha pinda ja suurendada kohalikku kontsentratsiooni. Kummist kastmisjoonte väliandmed näitavad, et 1,2 mm seintega titaanküttekehad, mis töötavad 2,5 W/cm2, on hõrenemiskiirusega 0,15 mm aastas, mis võrdub 8-aastase elueaga. 3,5 W/cm² juures väheneb seina paksus 0,8 mm/aastas, andes elueaks vaid 1,5 aastat.

Juhtmuutuja: soojusvoog ja selle mõju soojustõhususele
Väävli korrosioonikiirus on eksponentsiaalselt seotud pinna temperatuuriga, mis on seina paksuse ja soojusvoo funktsioon. Antud mahutemperatuuri (90 kraadi) ja konvektiivkoefitsiendi (h ≈ 800 W/m2. K segatud paagis) korral on pinnatemperatuur T_pind=90 + q/h + ΔT_cond ΔT_cond=qxt / k_Ti A seinapinnal ≈ 2,5 W/cm2 T_2 mm 90 + 31.3 + 1.8=123 kraadi . 1.5mm sein annab 90+31.3+2.2=123.5 kraadi . minimaalne erinevus. Mõlema paksuse korral 3,5 W/cm 2 T-pind ≈ 90 + 43.8 + (2,5–3,0)=136–137 kraadi. Domineerib konvektiivne langus ja seina paksuse mõju pinnatemperatuurile on väike. Seega ei mõjuta seina paksuse vähendamine oluliselt väävli korrosiooni kiirust.

Kaubandus-süntees: optimaalne seinapaksus ja soojusvoog
Soojusvoog (W/cm2) Pinnatemperatuur (kraad) Väävli korrosioonikiirus (mm/aastas) Seina paksus 5-aastase eluea jaoks (mm) Optimaalne seinapaksus
1,5 W/cm² 95 kraadi 0.01 0.5 mm 1,0 mm (mehaaniline miinimum)
2,0 W/cm² 110 kraadi 0.08 0.9 mm 1,2 mm 2,5 W/cm² 123 kraadi 0.15 1.3 mm 1,5 mm 3,0 W/cm² 130 kraadi 0.30 2.0 mm 2,0 mm 3,5 W/cm² 136 kraadi 0.70 4.0 märk mm Protsess ei ole soovitatav)
Soojusvoo suurenedes suureneb vastavalt 5-aastaseks elueaks vajalik seinapaksus. Ideaalne seinapaksus nihutatakse 1,0 mm-lt (madal voog) 1,5-2,0 mm-ni (suur voog). Väävli korrosioon on ühtlane hõrenemine . Erinevalt kloriidi aukudest, kus suuremate seinte tootlikkus väheneb, annab seina paksus lineaarse korrosioonivaru.

Insenerid väljaspool seina: pinnakatted ja soojusvoo vähendamine
Kõige tõhusam vahend väävli korrosiooni vähendamiseks on soojusvoo vähendamine, mitte seina paksuse suurendamine. Kasutades 2,0 W/cm² 2,5 W/cm² asemel, võib vajalikku seinapaksust vähendada 1,5 mm-lt 1,2 mm-le, pikendades samal ajal küttekeha eluiga. See tähendab suuremat küttepinda (pikemaid torusid või rohkem torusid), kuid kompromiss on seda väärt. Teise võimalusena takistab õhuke (2–5 µm) elektroonikavaba nikkel-fosfori (ENP) kiht titaankattel väävli kokkupuudet titaaniga. ENP on vastupidav väävlile kuni 150 kraadini. ENP-kattega 1,0 mm titaansein peab 3,5 W/cm2 juures vastu 10+ aastat.

Järeldused: Seina paksuse sõltuvus soojusvoost väävli kasutamisel
Titaanist sukelsoojendit kasutatakse tsinkstearaadi ja väävliga kummist vulkaniseerimise kastmispaagis 90 kraadi hoidmiseks ning parima seinapaksuse valikut muudab väävli{1}}indutseeritud korrosioon. Standardsein 1,0–1,2 mm madala soojusvoo korral (<=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.