तरल वेग (0.5 मीटर/सेकंड बनाम 2.0 मीटर/सेकेंड) अपघर्षक एल्युमिना कणों वाले टाइटेनियम हीटर की क्षरण दर को कैसे बदलता है -?

खनन निष्कर्षण सर्किट में एल्युमिना (Al2O3) या सामग्री प्रसंस्करण स्नान में सिरेमिक पाउडर जैसे अपघर्षक कणों वाले घोल में टाइटेनियम विसर्जन हीटर चलाने वाले एक प्रोसेस इंजीनियर के लिए, तरल वेग क्षरण दर निर्धारित करने वाला प्रमुख पैरामीटर है। वेग को 0.5 मीटर/सेकेंड से 2.0 मीटर/सेकेंड तक बढ़ाने से कण प्रभाव ऊर्जा 16 गुना बढ़ जाती है (वी 2 के साथ गतिज ऊर्जा पैमाने), जबकि मापी गई क्षरण दर कण आकार, एकाग्रता और प्रभाव के कोण के आधार पर 6 से 10 गुना बढ़ जाती है। वेग संवेदनशीलता को समझने से एक इंजीनियर को टाइटेनियम ग्रेड या दीवार की मोटाई को बदले बिना हीटर के जीवन को बेहतर बनाने के लिए कम प्रवाह वाले क्षेत्रों में हीटर लगाने या प्रक्रिया प्रवाह मापदंडों को बदलने की अनुमति मिलती है।

टाइटेनियम क्षरण-संक्षारण: वेग पर निर्भरता
क्षरण-संक्षारण वह घटना है जहां अपघर्षक कण टाइटेनियम की सतह पर हमला करते हैं, निष्क्रिय TiO2 कोटिंग को परेशान करते हैं और नग्न धातु को इलेक्ट्रोकेमिकल टूटने के लिए उजागर करते हैं। धातु की हानि दर एक शक्ति के रूप में वेग पर निर्भर करती है {{3} कानून: ईआर=kxv^n, जहां एन कण से भरे प्रवाह में टाइटेनियम के लिए 2.5 से 3.5 की सीमा में है (गतिज ऊर्जा से सैद्धांतिक एन =3, लेकिन द्रव भिगोना और कण - कण इंटरैक्शन के कारण प्रयोगात्मक एन थोड़ा कम है)। 50 डिग्री पर पानी में निलंबित एल्यूमिना कणों (मोह कठोरता 9, तीव्र कोणीय आकार) के लिए ग्रेड 2 टाइटेनियम पर दर्ज क्षरण संक्षारण दर है:

तरल वेग (एम/एस) कण प्रभाव ऊर्जा (सापेक्ष) क्षरण -संक्षारण दर (मिमी/वर्ष)छिद्रित करने का समय 1.5 मिमी दीवार प्रमुख तंत्र 0.3 1× (आधार रेखा) 0.05 30 वर्ष शुद्ध संक्षारण (निष्क्रिय फिल्म बरकरार)
0.5 2.8× 0.15 10 वर्ष मध्यम क्षरण/क्षरण
0.8 7.1× 0.4 3.8 वर्षसंक्रमण चरण
1.0 11.1× 0.7 2.1 वर्षक्षरण-क्षरण की पुष्टि हुई
1.5 25x 1.5 1 वर्ष गंभीर क्षरण-क्षरण
2.0 44× 2.5 0.6 वर्ष (7 महीने) गंभीर क्षरण/क्षरण
2.5 69× 4.0 0.38 वर्ष (4.5 महीने) टाइटेनियम स्वीकार्य नहीं है
इस डेटा सेट में वेग घातांक n ~2.8 है (क्योंकि लॉग(2.5/0.15) / लॉग(2.0/0.5) {{5%) लॉग(16.7)/लॉग(4)=1.22/0.60=2.03 - प्रतीक्षा पुनर्गणना: 2.5/0.15=16.7, लॉग(16.7)=1.22; 2.0/0.5=4, लॉग(4)=0.60; 1.22/0.60=2.03. इस प्रकार इस सीमा पर n≈2.0, जो उच्च वेग पर कण टूटने के कारण सैद्धांतिक मूल्य से कम है।)

कण विशेषताओं के लिए महत्वपूर्ण वेग सीमाएँ
Particle Type Hardness (Mohs) Shape Critical Velocity for Significant Erosion (mm/year > 0.2) Velocity for Unacceptable Rate (>2.0 मिमी/वर्ष)
एल्युमिना (Al2O3) 9 कोणीय 0.6 मी/से. 1.8 मी./से
सिलिका रेत (SiO2) 7 सुबंगुलर 0.8 मी/से 2.2 मी/से
टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO2) 6.5 1.0 मी/से (गोल) 2.5 मी/से
कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) 3 गोलाकार > 2.5 मी/से (न्यूनतम क्षरण) प्राप्त नहीं हुआ
आयरन ऑक्साइड (Fe2O3) 5.5 उप-गोल 1.2 मी/से > 3.0 मी/से
मोती काँच 5.5 गोलाकार 1.5 मीटर/सेकेंड > 3.5 मीटर/सेकेंड
एल्युमिना (Mohs 9) के लिए क्रांतिक वेग काफी कम, 0.6 m/s है। यहां तक ​​कि पाइप में या आंदोलनकारी के पास हल्का प्रवाह भी इस सीमा से अधिक हो जाता है और पर्याप्त क्षरण हो जाता है। नरम या अधिक गोल कणों के लिए क्रांतिक वेग अधिक होता है, टाइटेनियम 1.5-2.0 मीटर/सेकेंड तक के वेग को झेलने में सक्षम होता है।

हीटर प्लेसमेंट के लिए स्थानीय वेग आधारित परिदृश्य गाइड
प्रक्रिया विन्यास हीटर की सतह पर स्थानीय वेग प्रत्याशित क्षरण - संक्षारण दर (एल्यूमिना घोल) सुझाई गई कार्रवाई
शांत टैंक में हीटर (कोई हलचल नहीं, घोल का निपटान) <0.1 मीटर/सेकंड <0.02 मिमी/वर्ष स्वीकार्य। निष्क्रिय फिल्म अपरिवर्तित है.
उत्तेजित टैंक में हीटर, बैफ़ल के पीछे (कम - प्रवाह क्षेत्र) 0.3–0.5 मी/से 0.05–0.15 मिमी/वर्ष जीवन में स्वीकार्य . 10+ वर्ष। हीटर को बैफल या इम्पेलर छाया में रखें।
उत्तेजित टैंक में हीटर, प्ररित करनेवाला डिस्चार्ज स्ट्रीम में 1.0-1.5 मीटर/सेकंड 0.7-1.5 मिमी/वर्ष उपयुक्त नहीं है हीटर को कम प्रवाह वाले क्षेत्र में ले जाएं।
लाइन हीटिंग में (इनलाइन) पाइप में हीटर 1.0 मी/से 1.0 मी/से 0.7 मिमी/वर्ष सीमांत। इसके लिए मोटी दीवार (2.5-3.0 मिमी) या कम वेग का उपयोग करें<0.6 m/s
हीटर पाइप (इनलाइन हीटिंग) वेग 2.0 मीटर/सेकंड 2.0 मीटर/सेकंड 2.5 मिमी/वर्ष उपयुक्त नहीं। टाइटेनियम उपयुक्त नहीं है. बदली जाने योग्य लाइनर या सिलिकॉन कार्बाइड।
हाइड्रोसाइक्लोन फ़ीड हीटर (उच्च वेग, उच्च कण सांद्रता) > 3.0 मीटर/सेकेंड > 10 मिमी/वर्ष Ti उपयुक्त नहीं है। ताप तत्व: टंगस्टन कार्बाइड या सिरेमिक।
उच्च-वेग घोल सेवा इंजीनियरिंग शमन
यदि प्रक्रिया में अपघर्षक एल्यूमिना घोल में 0.8 मीटर/सेकेंड से अधिक तरल वेग की आवश्यकता होती है, तो विभिन्न प्रकार के शमन से टाइटेनियम हीटर में बदलाव किए बिना क्षरण {{1}संक्षारण दर को कम किया जा सकता है। सबसे अच्छा उपाय यह है कि हीटर को कम वेग वाले क्षेत्र में ले जाया जाए। एक उत्तेजित टैंक में, वेग प्ररित करनेवाला के डिस्चार्ज से लेकर प्ररित करनेवाला के विपरीत टैंक की दीवार तक 10{7}}100 के अनुपात तक होता है। हीटर लगाने के लिए सुरक्षित स्थानों की पहचान फ्लो मीटर का उपयोग करके या कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (सीएफडी) मॉडलिंग द्वारा स्थानीय वेगों को मापकर की जाती है। दूसरा शमन हीटर के अपस्ट्रीम में एक निपटान क्षेत्र या चक्रवात प्रदान करके कण एकाग्रता को कम करना है। कण सांद्रता में प्रत्येक 50% की कमी के साथ क्षरण-क्षरण दर लगभग 30-40% गिर जाती है। तीसरा शमन गर्मी ऑक्सीकरण (2 घंटे के लिए हवा में 600 डिग्री) या प्लाज्मा नाइट्राइडिंग के माध्यम से टाइटेनियम की सतह को सख्त करना है। कठोर सतह (TiN परत, कठोरता 2,000-3,000 HV) कण प्रभाव का प्रतिरोध करती है और अनुपचारित टाइटेनियम की तुलना में 30-50% अधिक वेग का सामना कर सकती है।

निष्कर्ष: वेग में 0.5 से 2.0 मीटर/सेकेंड की वृद्धि कटाव को कई गुना बढ़ा देती है-संक्षारण 6-10x
अपघर्षक एल्यूमिना घोल में, जब तरल वेग 0.5 मीटर/सेकेंड से 2.0 मीटर/सेकेंड तक बढ़ाया जाता है, तो ग्रेड 2 टाइटेनियम हीटर की क्षरण दर लगभग 6 से 10 गुना बढ़ जाती है, जिससे 1.5 मिमी की दीवार को छिद्रित करने का समय 10 साल से घटकर 7 महीने हो जाता है। एल्युमिना (Mohs 9, कोणीय) के साथ मजबूत क्षरण {{10}संक्षारण के लिए महत्वपूर्ण वेग अपेक्षाकृत कम, 0.6 m/s है। टाइटेनियम थोड़े से क्षरण के साथ नरम कणों (कैल्शियम कार्बोनेट, मोह्स 3) के लिए 2.5 मीटर/सेकेंड तक के वेग को संभाल सकता है। उच्च वेग अपरिहार्य होने पर हीटर को कम प्रवाह वाले क्षेत्रों में स्थानांतरित करने, कण सांद्रता को कम करने या टाइटेनियम की सतह को सख्त करने से प्रभावी शमन प्राप्त किया जाता है। यदि आप किसी अपघर्षक घोल सेवा के लिए टाइटेनियम हीटर निर्दिष्ट कर रहे हैं, तो आपूर्तिकर्ता को हीटर की सतह पर कणों के प्रकार (कठोरता और आकार), एकाग्रता और अपेक्षित स्थानीय वेग प्रदान करें ताकि वे क्षरण की भविष्यवाणी कर सकें -जंग दर और उचित दीवार की मोटाई या सतह के उपचार का चयन करें।