जब एक टाइटेनियम हीट रॉड का उपयोग टर्नरी नाइट्रेट नमक (NaNO₃-KNO₃-Ca(NO₃)₂) को 400 डिग्री पर पिघलाने के लिए किया जाता है, तो कैल्शियम आयन सामग्री फ्रीज के दौरान ऑक्साइड स्पैलिंग दर को कैसे संशोधित करती है {{3}पिघलना चक्र?

कैल्शियम नाइट्रेट (Ca(NO3)2) के साथ टर्नरी नाइट्रेट नमक संयोजन का उपयोग केंद्रित सौर ऊर्जा और थर्मल भंडारण प्रणालियों में गर्मी हस्तांतरण द्रव के रूप में किया जाता है। 400 डिग्री पर नमक पिघला हुआ और ऑक्सीकृत होता है। टाइटेनियम हीटिंग छड़ें सुरक्षात्मक टाइटेनियम डाइऑक्साइड (TiO₂) परतें बनाती हैं। हालाँकि, जमने के पिघलना चक्र (नमक को जमने के लिए ठंडा करना, फिर गर्म करना) के दौरान नमक से कैल्शियम आयन टाइटेनियम ऑक्साइड के साथ मिलकर स्केल सतह पर कैल्शियम टाइटेनेट (CaTiO3) उत्पन्न करते हैं। उदाहरण के लिए, कैल्शियम टाइटेनेट का तापीय विस्तार गुणांक लगभग 11×10-6/डिग्री है, टाइटेनियम डाइऑक्साइड का तापीय विस्तार मान 7-8×10-6/डिग्री और टाइटेनियम धातु का 8.6×10-6/डिग्री है। इस तरह का बेमेल थर्मल साइकलिंग के दौरान स्पेलिंग का कारण बनता है। नमक मिश्रण में कैल्शियम की मात्रा जितनी अधिक होगी, ऑक्साइड का विघटन उतना ही तेज़ होगा। 20% कैल्शियम सामग्री पर, प्रत्येक फ्रीज-पिघलना चक्र में 0.3-0.5 µm धातु हटा दी जाती है, जबकि 5% कैल्शियम सामग्री पर केवल 0.05-0.10 µm हटा दी जाती है।

थर्मल साइक्लिंग के दौरान कैल्शियम की क्रियाविधि से ऑक्साइड का फैलाव प्रेरित होता है

400oC पर पिघले नमक के संपर्क के दौरान Ca आयन TiO2 स्केल में घुसपैठ करके CaTiO3-समृद्ध बाहरी परत उत्पन्न करते हैं। थर्मल विस्तार के उच्च गुणांक के कारण CaTiO 3 परत TiO 2 और टाइटेनियम धातु की तुलना में ठंडा होने पर कम सिकुड़ती है। यह बेमेल इंटरफ़ेस पर तन्य तनाव पैदा करता है। ये तनाव जमने (फ्रीज) और बाद में पुनः गर्म होने के दौरान स्केल में दरारें और बिखराव पैदा करते हैं। बिखरे हुए हिस्से नए टाइटेनियम को उजागर करते हैं जो तेजी से ऑक्सीकरण करता है। ऑक्साइड स्पैलिंग और पुन: -ऑक्सीकरण के संयोजन से प्रत्येक फ्रीज-पिघलना चक्र के दौरान थोड़ी मात्रा में टाइटेनियम निकल जाता है। स्पैलिंग दर नमक की कैल्शियम सामग्री और तापमान भिन्नता के आकार के समानुपाती होती है।

कैल्शियम सामग्री और चक्र गणना बनाम मात्रात्मक स्पैलिंग दर

अलग-अलग कैल्शियम सामग्री के साथ टर्नरी नाइट्रेट नमक में ग्रेड 2 टाइटेनियम का नियंत्रित परीक्षण, 100 फ्रीज {2} पिघलना चक्र (25 डिग्री → 400 डिग्री → 25 डिग्री, तापमान पर 2 {{9} घंटे का निवास) से गुजरते हुए, ऑक्साइड स्पैलिंग दरों को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया गया है। 0% कैल्शियम (बाइनरी NaNO₃-KNO₃ नमक) पर ऑक्साइड स्पैलिंग प्रति 100 चक्रों में 0.5-1.0 µm है, स्केल सुसंगत रहता है और धातु का नुकसान कम होता है। पैमाने की खामियों पर स्थानीयकृत स्पैलिंग होती है और 5% कैल्शियम स्पैलिंग के साथ प्रति 100 चक्रों में 2-5 µm तक बढ़ जाती है। 10% कैल्शियम पर स्पैलिंग 8-15 µm/100 चक्र है और प्रति चक्र स्केल स्पैलिंग का 10-30% है। 15% कैल्शियम के लिए स्पैलिंग प्रति 100 चक्रों में 20-35 µm है और 300-500 चक्रों के बाद स्केल पूरी तरह से स्पैलिंग हो जाता है। 20% कैल्शियम (सामान्य टर्नरी संरचना) पर, हर 100 चक्रों में 30-50 μm तक स्पैलिंग होती है, जबकि धातु की हानि प्रति 1,000 चक्रों में 0.15-0.25 मिमी होती है। 1.5 मिमी दीवार मोटाई और 20% कैल्शियम नमक के लिए 6,000-10,000 चक्रों के बाद छिद्रण की उम्मीद है।

स्पेलेशन दर पर तापमान परिवर्तन और चक्र समय का प्रभाव

स्पैलिंग की तीव्रता तापमान परिवर्तन की भयावहता और चक्र अवधि से काफी प्रभावित होती है। 375 डिग्री तापमान में उतार-चढ़ाव (25 डिग्री से 400 डिग्री) के साथ 10% कैल्शियम सामग्री के लिए ऑक्साइड स्पैलिंग 8-15 माइक्रोन प्रति 100 चक्र है, या 0.5 मिमी धातु को हटाने के लिए 3,300-6,300 चक्र है। समान कैल्शियम सांद्रता पर स्विंग को 500 डिग्री (100 डिग्री से 600 डिग्री) तक बढ़ाने से स्पैलिंग 20-40 µm/100 चक्र तक बढ़ जाती है। इससे चक्र में 0.5 मिमी की हानि कम होकर 1,250-2,500 हो जाती है। 20% कैल्शियम के लिए 30-50 µm प्रति 100 चक्रों में स्पैलिंग, 375 डिग्री स्विंग 1,000-1,700 चक्रों से 0.5 मिमी हानि के साथ 20% कैल्शियम और 500 डिग्री के स्विंग के साथ, स्पैलिंग 50-80 µm प्रति 100 चक्र है, और केवल 600-1 000 चक्रों की हानि के लिए आवश्यक है 0.5 मिमी. तापमान (8 घंटे बनाम {{42 }} घंटे) पर रहने के समय में वृद्धि के परिणामस्वरूप कैल्शियम टाइटेनेट के उत्पादन में वृद्धि के कारण 30-50% अधिक फैलाव होता है।

नाइट्रेट नमक हीटर कैल्शियम सामग्री और चक्र जीवन संदर्भ

ग्रेड 2 टाइटेनियम के लिए फ्रीज के पिघलने के चक्रों की अपेक्षित संख्या, वांछित हीटर जीवन और दीवार की मोटाई के अनुसार नाइट्रेट नमक में स्वीकार्य कैल्शियम सामग्री की सिफारिशें तालिका 1 में दी गई हैं।

फ़्रीज़ की संख्या -पिघलना चक्र/वर्षआवश्यक सेवा जीवन (वर्ष)अधिकतम अनुमेय कैल्शियम सामग्री (%) प्रति वर्ष अपेक्षित धातु हानि (मिमी)अनुशंसित दीवार की मोटाई (मिमी) 10 20 15 0.03–0.05 1.5 50 10 10 0.04–0.08 1.5 100 10 10 0.08–0.15 2.0 100 5 15 0.10–0.18 2.0 365 (दैनिक) 5 5 0.04–0.10 2.5 365 (दैनिक) 10 0 (बाइनरी नमक) 0.02–0.04 2.0 कैल्शियम सामग्री के नियंत्रण से परे इंजीनियरिंग

स्पैलिंग प्रतिरोध के लिए टाइटेनियम की गुणवत्ता महत्वपूर्ण है। ग्रेड 7 (पैलेडियम स्थिर) पैमाने पर पैलेडियम संवर्धन के कारण अधिक सुसंगत ऑक्साइड विकसित करता है। दीवार की मोटाई एक सामग्री आरक्षित है। उदाहरण के लिए, 2.0 मिमी की दीवार, टूट-फूट के कारण प्रति वर्ष 0.10 मिमी धातु हानि के साथ 20 वर्षों तक चलती है। स्पैलिंग हीटिंग और शीतलन दरों से प्रभावित होती है, 2 डिग्री/मिनट पर धीमी रैंपिंग से थर्मल तनाव कम हो जाता है और 10 डिग्री/मिनट पर तेज रैंपिंग की तुलना में स्पैलिंग 50-70% तक कम हो जाती है। नमक में 0.5 से 1.0 प्रतिशत की मात्रा में मिलाए जाने वाले मैग्नीशियम ऑक्साइड जैसे अवरोधक, टाइटेनियम ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए कैल्शियम के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं, और इस प्रकार कैल्शियम टाइटेनेट का निर्माण कम हो जाता है।

एक अच्छी तरह से जानकारीयुक्त विशिष्टता बनाना

यदि प्रति वर्ष 100 से अधिक चक्रों का अनुमान है, तो कैल्शियम सामग्री को ग्रेड 2 के लिए अधिकतम 10% या ग्रेड 7 के लिए 15% तक सीमित करें। • फ़्रीज़ पिघलना साइकिलिंग के साथ टर्नरी नाइट्रेट नमक • टाइटेनियम हीट रॉड दैनिक साइकिलिंग (365 चक्र/वर्ष) के लिए, हम बाइनरी नमक (NaNO3-KNO3, 0% कैल्शियम) या 2.5 मिमी दीवार मोटाई वाले ग्रेड 7 हीटर की सलाह देते हैं। ऑपरेशन के दौरान थर्मल झटके को रोकने के लिए, हीटिंग और शीतलन दरों को 2-3 डिग्री/मिनट पर नियंत्रित करें . 4.1.3. नमक निकालें और परत या धूल के रूप में स्पष्ट ऑक्साइड स्पैलिंग के लिए सालाना हीटर की सतह का निरीक्षण करें और/या मौजूद होने पर दीवार की मोटाई को अल्ट्रासोनिक रूप से मापें। जहां धातु की हानि प्रति वर्ष 0.2 मिमी से अधिक है, कैल्शियम की मात्रा कम कर दी जाएगी, या ग्रेड 7 का उपयोग किया जाएगा। इंजीनियर ऑक्साइड स्पैलिंग की दरों को नियंत्रित करते हैं और नाइट्रेट नमक मिश्रण की कैल्शियम आयन सामग्री को अलग-अलग करके फ्रीज-पिघलना चक्र सेवा में टाइटेनियम हीट रॉड्स के जीवन को बढ़ाते हैं।