Stal nierdzewna na tygiel do topienia ołowiu

Nasza firma chciałaby wymienić tygle do przetopu ołowiu. Ołów, który przerabiamy w danym procesie nie jest czysty, czasem posiada różne dodatki modyfikujące (np. wapń, aluminium, cyna). Temp. max. to 450st. C. Zapytaliśmy kilka firm o możliwość dostarczenia takiego tygla i każda zaproponowała inną stal (AISI 304, 309, 310, 316, 1H18N9T, P265GH). Teraz mamy zagwozdkę z jakiej stali wykonać tygiel, aby służył jak najdłużej.

 

W podanym zastosowaniu można użyć zarówno stali nierdzewnych (AISI 304, 316, 1H18N9T) jak i żaroodpornych (AISI 309, 310) oraz klasycznych węglowych stali kotłowych P265GH. Stale nierdzewne (AISI 304, 316) mogą z powodzeniem pracować w temperaturze 450°C, a tym bardziej stale żaroodporne. Stale nierdzewne austenityczne (AISI 304, 316) mogą pracować do ok 800°C natomiast gatunki żaroodporne w jeszcze wyższej. W temperaturze 450°C niema dużej różnicy między gatunkami nierdzewnymi a żaroodpornymi, temperatura jest na tyle niska, że obie grupy stali będą mieć zbliżone własności mechaniczne. Istotna różnica będzie występować pod względem odporności na utlenianie – tworzenie się i odpadanie warstwy zgorzeliny w wysokiej temperaturze i nabiera to na znaczeniu wraz ze wzrostem temperatury, np. ok 1000°C. W takich warunkach stale nierdzewne wykazują zdecydowanie wyższy ubytek masy niż gatunki żaroodporne. Stal kotłowa P265GH w porównaniu do stali odpornych na korozję (nierdzewnych, żaroodpornych) wykazuje większe zużycie w wyniku utleniania.

Ołów w obecności tlenu jest bardziej agresywny niż ołów pokryty warstwą węgla drzewnego (chroni przed utlenianiem). W 400°C można spodziewać się korozji stali typu AISI 304 (1.4301) -18%Cr,8%Ni, natomiast bardziej stopowane gatunki AISI 316 (1.4401) – 18%Cr,8%Ni, 2%Mo i gatunki żaroodporne (zawierają powyżej 20%Cr) powinny być odporne na korozję. Jeżeli temperatura kąpieli jest znacznie wyższa (ok. 900°C) wtedy warstwa węgla drzewnego hamująca utlenianie jest niezbędna i znacznie ogranicza ryzyko poważnej korozji stali. Jeżeli w kąpieli ołowiu występuje antymon to może on zwiększać ryzyko korozji. W środowisku ciekłego ołowiu można się spodziewać zjawiska transportu masy między ciekłym metalem a stalą w warunkach dynamicznych. Ołów ma dość wysoką rozpuszczalność w wielu metalach przez co może prowadzić do pogorszenia ich własności i zjawiska korozji. Ponadto ołów łatwo absorbuje tlen i może prowadzić do szybkiego utleniania powierzchni stali, zwłaszcza na granicy styku ciekły metal/atmosfera w przypadku otwartych kadzi. Z tego względu im wyższa będzie odporność na utlenianie danego gatunku tym niej będzie on podatny na korozję. Należy mieć na względzie, że ochronna warstwa pasywna na powierzchni stali odpornych na korozję staje się mniej stabilna wraz ze wzrostem temperatury. Z tego względu wyższej odporności na atak korozji w środowisku ołowiu będzie można oczekiwać od stali żaroodpornych (AISI 309, 310). Podsumowując, w podanym zastosowaniu najdłuższą żywotność będą mieć stale żaroodporne austenityczne podanych gatunków (AISI 309/1.4828, AISI 310/1.4841) a wybór będzie zależny od dostępności stali, gdzie częściej stosowana jest stal gatunku AISI 309/1.4828.

 

Literatura

[1]. High-temperature characteristics of stainless steels, A designers’ handbook series No 9004, www.nickelinstitute.org

[2]. British Stainless Steel Association, Liquid (molten) metal corrosion resistance of stainless steels, bssa.org.uk