Dalam 50% kalium karbonat (K₂CO₃) pada suhu 110 derajat, lapisan pelindung kalium titanat (K₂TiO₃) terbentuk pada permukaan titanium. Oksigen terlarut (DO) sangat penting untuk pembentukan titanat. Pada DO rendah (0,5 ppm), lapisan titanat tipis (0,1–0,5 µm) dan berpori, sehingga memberikan perlindungan yang buruk. Pada DO tinggi (5 ppm), lapisan menjadi lebih tebal (1–3 µm) dan padat, sehingga mengurangi laju korosi 5–10 kali lipat. Lapisan titanat terbentuk melalui reaksi TiO₂ + K₂O → K₂TiO₃, dimana K₂O berasal dari penguraian K₂CO₃.

Mekanisme Pengaruh Oksigen Terlarut Terhadap Pembentukan Lapisan Titanat

Oksigen diperlukan untuk menjaga permukaan titanium dalam keadaan pasif dimana TiO₂ dapat terbentuk. Dengan adanya K₂CO₃, TiO₂ bereaksi membentuk K₂TiO₃. Tanpa oksigen yang cukup, lapisan TiO₂ menjadi tipis dan rusak, dan lapisan K₂TiO₃ yang terbentuk juga rusak. Pada DO rendah, lapisan mempunyai retakan dan pori-pori yang memungkinkan korosi berlanjut. Pada DO tinggi, lapisan tersebut tumbuh secara merata dan menjadi protektif. Laju korosi pada kondisi stabil diatur oleh difusi oksigen melalui lapisan titanat.

Karakteristik Lapisan Titanat Kuantitatif sebagai Fungsi Oksigen Terlarut

Pengujian terkontrol dalam 50% K₂CO₃ pada suhu 110 derajat selama 1.000 jam telah menghasilkan hal berikut untuk titanium Kelas 2. Pada 0 ppm DO (deaerasi), ketebalan lapisan titanat adalah 0,05–0,1 µm, laju korosi 0,15–0,30 mm per tahun, dan permukaannya gelap dan berpori. Pada DO 0,5 ppm, ketebalannya 0,1–0,3 µm, laju korosi 0,08–0,15 mm per tahun, dan permukaan berwarna abu-abu dengan porositas sedang. Pada DO 2 ppm, ketebalannya 0,5–1,0 µm, laju korosi 0,03–0,08 mm per tahun, dan permukaan berwarna abu-abu muda. Pada DO 5 ppm, ketebalannya 1,0–2,0 µm, laju korosi 0,01–0,03 mm per tahun, dan permukaannya cerah serta protektif. Pada DO 10 ppm, ketebalannya 2,0–3,0 µm, laju korosi 0,005–0,015 mm per tahun, dan permukaannya cerah serta stabil.

Pengaruh Suhu terhadap Kebutuhan Oksigen Terlarut

DO minimum yang diperlukan untuk pasivasi stabil meningkat seiring suhu. Pada suhu 80 derajat, DO minimum untuk lapisan pasivasi yang stabil (laju korosi<0.02 mm per year) is 1 ppm. At 100°C, the minimum is 2 ppm. At 110°C, the minimum is 3 ppm. At 120°C, the minimum is 4 ppm. At 130°C, the minimum is 5 ppm. The recommended DO for a safety margin is 2–3 times the minimum.

Panduan Manajemen Oksigen Terlarut untuk Pemanas Kalium Karbonat

Tabel berikut memberikan rekomendasi kadar oksigen terlarut dalam 50% K₂CO₃ pada 110 derajat untuk pemanas titanium Kelas 2 dan Kelas 7.

Rekayasa Melampaui Kontrol Oksigen Terlarut

Nilai titanium mempengaruhi DO yang dibutuhkan. Tingkat 7 (paladium-distabilkan) membentuk lapisan titanat yang stabil pada tingkat DO yang lebih rendah (1–2 ppm pada 110 derajat ) karena pengurangan oksigen yang dikatalisis paladium-. Kelas 12 menawarkan peningkatan menengah. Ketebalan dinding memberikan toleransi korosi; dinding 2,0 mm dengan korosi 0,03 mm per tahun bertahan 60 tahun. Konsentrasi K₂CO₃ mempengaruhi pasivasi; pada 40% K₂CO₃, DO yang dibutuhkan lebih rendah. Kehadiran klorida dalam larutan K₂CO₃ (dari pengotor) meningkatkan kebutuhan DO sebesar 1–2 ppm.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk batang panas titanium dalam 50% K₂CO₃ pada suhu 110 derajat, pertahankan oksigen terlarut di atas 5 ppm dengan pengosongan udara atau injeksi oksigen. Pasang probe DO dengan alarm disetel pada 4 ppm dan interlock pada 3 ppm. Untuk sistem yang sudah ada dengan DO di bawah 3 ppm, tambahkan sparger atau tingkatkan laju aerasi. Jika aerasi tidak memungkinkan, encerkan K₂CO₃ hingga 40% atau turunkan suhu hingga 100 derajat . Dengan mengendalikan oksigen terlarut di atas 5 ppm, insinyur ini menghasilkan lapisan kalium titanat yang stabil dan melindungi serta meminimalkan korosi.