Parafinvoks varmes opp til 80 grader for smelting i ulike industrielle prosesser, inkludert stearinlys, investeringsstøping og belegg. Titanium varmestaver er egnet for denne tjenesten ved normale driftstemperaturer. Men sporadisk overoppheting til 120 grader, som kan oppstå på grunn av termostatsvikt eller dårlig varmeoverføring, forårsaker termisk nedbrytning av parafinvoksen. Nedbrytningen produserer karboksylsyrer, primært eddiksyre, maursyre og stearinsyre, gjennom oksidasjons- og crackingsreaksjoner. Disse syrene angriper den passive titanfilmen, noe som fører til groper og jevn korrosjon. Den kritiske kumulative overopphetingstiden før syrekonsentrasjonen når aggressive nivåer er 100 timer ved 120 grader. Utover denne terskelen overstiger syrekonsentrasjonen 500 ppm, noe som fører til at titankorrosjonshastigheten øker fra under 0,01 mm per år til 0,1–0,3 mm per år.

Mekanismen for parafinnedbrytning og syredannelse ved forhøyede temperaturer

Ved 80 grader er parafinvoks stabil og brytes ikke nevneverdig ned. Ved 120 grader skjer termisk oksidasjon: parafinhydrokarboner (C₂₀–C₄₀) reagerer med oppløst oksygen for å danne alkoholer, aldehyder og til slutt karboksylsyrer. Reaksjonen følger en fri radikalmekanisme. Syrene som produseres er etsende for titan, da de kan komplekse titanioner og destabilisere den passive filmen. Nedbrytningshastigheten følger et Arrhenius-forhold, omtrent en dobling for hver 10 graders økning over 100 grader. Når syrer er dannet, forblir de i voksen og fortsetter å angripe titanoverflaten selv om temperaturen går tilbake til 80 grader.

Kvantitativ syredannelse og korrosjonshastighet som en funksjon av overopphetingstid

Kontrollert testing av parafinvoks (smeltepunkt 55 grader, oljeinnhold<1%) at 120°C has established the following acid concentrations and Grade 2 titanium corrosion rates. At 0 hours of cumulative overheating at 120°C (normal operation at 80°C only), the total acid number (TAN) is below 0.1 mg KOH/g, the titanium corrosion rate is below 0.01 mm per year, and the surface remains bright. At 25 hours of overheating, the TAN reaches 0.3–0.6 mg KOH/g, the corrosion rate is 0.01–0.03 mm per year, and light etching appears on the surface. At 50 hours, the TAN increases to 0.6–1.2 mg KOH/g, the corrosion rate rises to 0.03–0.08 mm per year, and general etching is visible. At 100 hours, the critical threshold, the TAN reaches 1.2–2.5 mg KOH/g, the corrosion rate increases to 0.08–0.15 mm per year, and pitting initiates with a pit density of 5–20 pits per cm². At 200 hours, the TAN is 2.5–5.0 mg KOH/g, the corrosion rate reaches 0.15–0.30 mm per year, and pitting becomes severe with a pit depth of 0.1–0.3 mm. At 500 hours, the TAN exceeds 5 mg KOH/g, the corrosion rate exceeds 0.3 mm per year, and perforation of a 1.2 mm wall occurs within 2,000–4,000 hours.

Påvirkning av vokssammensetning og oksygentilgjengelighet på syredannelseshastighet

Nedbrytningshastigheten avhenger av vokssammensetningen og oksygentilgjengeligheten. Parafinvoks med høyere oljeinnhold brytes ned raskere; ved 2 % oljeinnhold er tiden for å nå 1,0 mg KOH/g TAN 60 timer ved 120 grader sammenlignet med 100 timer for lav-oljevoks. Mikrokrystallinsk voks brytes ned langsommere enn parafinvoks på grunn av dens forgrenede molekylstruktur. Tilstedeværelsen av antioksidanter som butylert hydroksytoluen (BHT) ved 500 ppm utvider den kritiske kumulative overopphetingstiden til 200 timer ved å fjerne frie radikaler. Nitrogenteppe for å utelukke oksygen forhindrer syredannelse helt, men er ofte upraktisk i smeltetanker. Gjentatte overopphetingssykluser forårsaker mer skade enn kontinuerlig overoppheting fordi friskt oksygen tilføres hver gang tanken åpnes.

Kritisk kumulativ overopphetingstid og veiledning

Tabellen nedenfor gir kritiske kumulative overopphetingstider ved ulike temperaturer for parafinvoks, sammen med anbefalte handlinger for grad 2 titaniumvarmere.

Engineering Beyond Overopphetingstidskontroll

Titankvaliteten påvirker syrekorrosjonsbestandigheten betydelig. Grad 7 (palladium-stabilisert) har 2–3 ganger lavere korrosjonshastighet i sur voks, noe som forlenger den kritiske overopphetingstiden til 250 timer ved 120 grader. Veggtykkelse gir et korrosjonsgodtgjørelse; en 2,0 mm vegg med 0,15 mm per år korrosjon fra nedbrutt voks overlever 13 år. Voksen bør byttes ut når TAN overstiger 1,5 mg KOH/g. Tilsetning av 0,1 % natriumkarbonat til voksen nøytraliserer syrer og forhindrer titanangrep, men kan påvirke voksegenskaper. En temperatursensor med alarm innstilt på 100 grader og en varmeovn{17}}avslått på 110 grader forhindrer overoppheting.

Lage en informert spesifikasjon

For en titanvarmestav som brukes til å smelte parafinvoks ved 80 grader med sporadisk overoppheting til 120 grader, begrenser du den kumulative overopphetingstiden til 100 timer i løpet av varmerens levetid. Installer en temperatursensor med en datalogger for å registrere den kumulative tiden over 100 grader. Hvis den kumulative tiden overstiger 100 timer, bytt ut voksladningen og inspiser varmeoverflaten for gropdannelse. For applikasjoner der overoppheting er hyppig eller uunngåelig, spesifiser Grad 7 titan og tilsett 500 ppm BHT-antioksidant til voksen. Under drift, mål det totale syretallet til voksen hver 6. måned; hvis den overstiger 1,5 mg KOH/g, bytt ut voksen. Ved å kontrollere den kumulative overopphetingstiden under den kritiske terskelen på 100 timer, forhindrer ingeniøren parafinnedbrytning og det resulterende syreangrepet på titaniumvarmere.