Lilin parafin dipanaskan hingga 80 derajat untuk dicairkan dalam berbagai proses industri termasuk pembuatan lilin, pengecoran investasi, dan pelapisan. Batang panas titanium cocok untuk layanan ini pada suhu pengoperasian normal. Namun, panas berlebih yang terjadi sesekali hingga 120 derajat, yang dapat terjadi karena kegagalan termostat atau perpindahan panas yang buruk, menyebabkan degradasi termal pada lilin parafin. Degradasi menghasilkan asam karboksilat, terutama asam asetat, format, dan stearat, melalui reaksi oksidasi dan perengkahan. Asam-asam ini menyerang film pasif titanium, menyebabkan korosi pitting dan seragam. Waktu panas berlebih kumulatif kritis sebelum konsentrasi asam mencapai tingkat agresif adalah 100 jam pada suhu 120 derajat. Di luar ambang batas ini, konsentrasi asam melebihi 500 ppm, menyebabkan laju korosi titanium meningkat dari di bawah 0,01 mm per tahun menjadi 0,1–0,3 mm per tahun.

Mekanisme Degradasi Parafin dan Pembentukan Asam pada Suhu Tinggi

Pada suhu 80 derajat, lilin parafin stabil dan tidak terdegradasi secara signifikan. Pada suhu 120 derajat, oksidasi termal terjadi: hidrokarbon parafin (C₂₀–C₄₀) bereaksi dengan oksigen terlarut membentuk alkohol, aldehida, dan akhirnya asam karboksilat. Reaksinya mengikuti mekanisme radikal bebas. Asam yang dihasilkan bersifat korosif terhadap titanium, karena dapat mengkomplekskan ion titanium dan mengganggu kestabilan lapisan pasif. Tingkat degradasi mengikuti hubungan Arrhenius, kira-kira dua kali lipat untuk setiap kenaikan 10 derajat di atas 100 derajat. Setelah asam terbentuk, asam akan tetap berada di dalam lilin dan terus menyerang permukaan titanium meskipun suhu kembali ke 80 derajat.

Pembentukan Asam Kuantitatif dan Laju Korosi sebagai Fungsi Waktu Overheating

Pengujian terkontrol lilin parafin (titik leleh 55 derajat, kandungan minyak<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.

Pengaruh Komposisi Lilin dan Ketersediaan Oksigen terhadap Laju Pembentukan Asam

Laju degradasi tergantung pada komposisi lilin dan ketersediaan oksigen. Lilin parafin dengan kandungan minyak lebih tinggi terdegradasi lebih cepat; pada kandungan minyak 2%, waktu untuk mencapai 1,0 mg KOH/g TAN adalah 60 jam pada suhu 120 derajat dibandingkan dengan 100 jam untuk-lilin minyak rendah. Lilin mikrokristalin terdegradasi lebih lambat dibandingkan lilin parafin karena struktur molekulnya yang bercabang. Kehadiran antioksidan seperti butylated hydroxytoluene (BHT) pada 500 ppm memperpanjang waktu pemanasan kumulatif kritis hingga 200 jam dengan menangkap radikal bebas. Selimut nitrogen untuk mengecualikan oksigen mencegah pembentukan asam sepenuhnya, namun seringkali tidak praktis dalam tangki peleburan. Siklus panas berlebih yang berulang menyebabkan lebih banyak kerusakan daripada panas berlebih yang terus menerus karena oksigen segar masuk setiap kali tangki dibuka.

Panduan Mitigasi dan Waktu Panas Berlebih Kumulatif yang Kritis

Tabel berikut memberikan waktu panas berlebih kumulatif yang kritis pada berbagai suhu untuk lilin parafin, serta tindakan yang disarankan untuk pemanas titanium Kelas 2.

Rekayasa Melampaui Kontrol Waktu Terlalu Panas

Tingkat titanium secara signifikan mempengaruhi ketahanan terhadap korosi asam. Kelas 7 (paladium-stabil) memiliki laju korosi 2–3 kali lebih rendah pada lilin asam, sehingga memperpanjang waktu panas berlebih kritis hingga 250 jam pada suhu 120 derajat . Ketebalan dinding memberikan toleransi korosi; dinding 2,0 mm dengan korosi 0,15 mm per tahun dari lilin yang terdegradasi dapat bertahan selama 13 tahun. Lilin harus diganti ketika TAN melebihi 1,5 mg KOH/g. Menambahkan 0,1% natrium karbonat ke dalam lilin akan menetralkan asam dan mencegah serangan titanium, namun dapat mempengaruhi sifat lilin. Sensor suhu dengan alarm yang disetel pada 100 derajat dan pemanas yang dimatikan pada suhu 110 derajat mencegah panas berlebih.

Membuat Spesifikasi yang Diinformasikan

Untuk batang pemanas titanium yang digunakan untuk melelehkan lilin parafin pada suhu 80 derajat dengan panas berlebih sesekali hingga 120 derajat, batasi waktu panas berlebih kumulatif hingga 100 jam selama masa pakai pemanas. Pasang sensor suhu dengan data logger untuk mencatat waktu kumulatif di atas 100 derajat. Jika waktu kumulatif melebihi 100 jam, ganti muatan lilin dan periksa permukaan pemanas apakah ada lubang. Untuk aplikasi di mana panas berlebih sering terjadi atau tidak dapat dihindari, tentukan titanium Kelas 7 dan tambahkan 500 ppm antioksidan BHT ke dalam lilin. Selama pengoperasian, ukur bilangan asam total lilin setiap 6 bulan; jika melebihi 1,5 mg KOH/g, ganti lilinnya. Dengan mengendalikan waktu panas berlebih kumulatif di bawah ambang batas kritis 100 jam, insinyur mencegah degradasi parafin dan serangan asam yang diakibatkannya pada pemanas titanium.