Lorsqu'un thermoplongeur en titane sert à maintenir 90 degrés dans un réservoir de trempage pour la vulcanisation du caoutchouc (contient du stéarate de zinc et du soufre), la corrosion induite par le soufre à un flux thermique élevé modifie-t-elle la sélection optimale de l'épaisseur de paroi ? Lorsqu'un thermoplongeur en titane sert à maintenir 90 degrés dans un réservoir de trempage pour la vulcanisation du caoutchouc (contient du stéarate de zinc et du soufre), le soufre Corrosion à flux thermique élevé Changer la sélection optimale de l'ép

Compromis de base-dans la conception de radiateurs en titane pour les réservoirs de vulcanisation
Les cuves de trempage de vulcanisation du caoutchouc fonctionnent à 90 degrés avec une formulation de stéarate de zinc (agent de démoulage) et de soufre (agent de vulcanisation). Les thermoplongeurs en titane maintiennent la température pour une vulcanisation uniforme. La température de la surface de la gaine en titane à un flux thermique élevé (généralement 2,5 à 3,5 W/cm^2) est de 100 à 120 degrés. À ces températures, le soufre interagit avec le titane pour générer du sulfure de titane (TiS2) plutôt que la couche protectrice de dioxyde de titane. Le sulfure de titane est non-passivant, poreux et conducteur d'électricité. Cela transforme le mécanisme de corrosion de passif (négligeable) à actif (attaque uniforme ou ciblée). L'épaisseur de la paroi doit être choisie pour compenser cette corrosion par attaque de soufre qui ne se produit pas à des flux thermiques ou à des températures plus faibles. L'enquête évalue si la corrosion par le soufre modifie l'épaisseur de paroi optimale par rapport au service normal au chlorure ou à l'acide.

Effet sur l'intégrité mécanique : croissance du sulfure de titane
The reaction of titanium with sulfur at high temperatures is Ti + S2 ->TiS2. Cette réaction est cinétiquement importante au-dessus de 100 degrés. Le taux de génération de sulfure est minime (<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.

Les cuves de vulcanisation du caoutchouc contiennent généralement 1 à 5 pour cent en poids de soufre. Le stéarate de zinc est utilisé comme agent de démoulage. Le stéarate de zinc n'a aucun effet direct sur la corrosion mais peut piéger le soufre contre la surface du réchauffeur et augmenter la concentration locale. Les données de terrain provenant des lignes de trempage du caoutchouc indiquent que les éléments chauffants en titane avec des parois de 1,2 mm fonctionnant à 2,5 W/cm2 ont un taux de fluidification de 0,15 mm/an, ce qui équivaut à une durée de vie de 8 ans. À 3,5 W/cm², l'épaisseur de paroi diminue de 0,8 mm/an, ce qui donne seulement 1,5 an de durée de vie.

Variable de contrôle : flux thermique et son impact sur les performances thermiques
Le taux de corrosion du soufre est lié de manière exponentielle à la température de surface, qui est fonction de l’épaisseur de la paroi et du flux thermique. Pour une température globale donnée (90 degrés) et un coefficient de convection (h ≈ 800 W/m2. K dans une cuve agitée), la température de surface est T_surface=90 + q/h + ΔT_cond ΔT_cond=qxt / k_Ti Une paroi de 1,2 mm à 2,5 W/cm² donne T_surface ≈ 90 + 31.3 + 1.8=123 degré Le mur de . 1.5 mm donne 90+31.3+2.2=123.5 degrés. différence minime. Pour les deux épaisseurs, à 3,5 W/cm 2 , T surface ≈ 90 + 43.8 + (2,5–3,0)=136–137 degrés. Les chutes convectives prédominent et l'influence de l'épaisseur de la paroi sur la température de surface est faible. Par conséquent, la réduction de l’épaisseur de la paroi n’a pas d’effet substantiel sur la diminution du taux de corrosion du soufre.

Synthèse de compromis : épaisseur de paroi et flux thermique optimaux
Flux thermique (W/cm2) Température de surface (degrés) Taux de corrosion par le soufre (mm/an) Épaisseur de paroi pour une durée de vie de 5 ans (mm) Épaisseur de paroi optimale
1,5 W/cm² 95 degrés 0.01 0.5 mm 1,0 mm (minimum mécanique)
2,0 W/cm² 110 degrés 0.08 0.9 mm 1,2 mm 2,5 W/cm² 123 degrés 0.15 1.3 mm 1,5 mm 3,0 W/cm² 130 degrés 0.30 2.0 mm 2,0 mm 3,5 W/cm² 136 degrés 0.70 4.0 mm Non recommandé (processus de refonte)
À mesure que le flux thermique augmente, l’épaisseur de paroi requise pour une durée de vie de 5 ans augmente en conséquence. L'épaisseur de paroi idéale passe de 1,0 mm (faible flux) à 1,5-2,0 mm (flux élevé). La corrosion du soufre est un amincissement uniforme. Contrairement aux piqûres de chlorure où les parois plus grandes ont des rendements décroissants, l'épaisseur de la paroi donne une tolérance de corrosion linéaire.

Ingénierie au-delà du mur : revêtements de surface et réduction du flux thermique
Le moyen le plus efficace de réduire la corrosion du soufre consiste à réduire le flux thermique et non à augmenter l’épaisseur de la paroi. Un fonctionnement à 2,0 W/cm² au lieu de 2,5 W/cm² peut réduire l'épaisseur de paroi nécessaire de 1,5 mm à 1,2 mm, tout en prolongeant la durée de vie du radiateur. Cela signifie une plus grande surface de chauffage (tubes plus longs ou plus de tubes), mais le compromis en vaut la peine. Alternativement, une fine couche (2 à 5 µm) de nickel chimique - phosphore (ENP) sur la gaine en titane empêche le soufre d'entrer en contact avec le titane. L'ENP résiste aux attaques du soufre jusqu'à 150 degrés. Une paroi en titane de 1,0 mm avec un revêtement ENP durera 10+ ans à 3,5 W/cm2.

Conclusions : Dépendance de l'épaisseur de paroi sur le flux thermique en fonctionnement au soufre
Un thermoplongeur en titane est utilisé pour maintenir 90 degrés dans une cuve de trempage de vulcanisation en caoutchouc avec du stéarate de zinc et du soufre, et la sélection de la meilleure épaisseur de paroi est modifiée par la corrosion induite par le soufre-. Paroi standard de 1,0 à 1,2 mm à faible flux thermique (<=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.