1.5m/s의 속도로 연마성 슬러리 서비스에서 1mm 얇은 PFA 벽의 경우 구멍(0.1mm/년보다 깊은 국부적 침식)을 방지하기 위해 허용되는 최대 입자 크기는 경질 입자(실리카, 알루미나, Mohs 7~9)의 경우 150~200μm이고 연질 입자(탄산칼슘, 폴리머 비드, Mohs 3~4)의 경우 300~400μm입니다. 더 큰 입자는 충격 에너지(E ∝ d³ × v²)가 PFA 수율의 임계 임계값을 초과하기 때문에 공식을 유발합니다. 1.5m/s의 300μm 실리카 입자는 약 0.5μJ의 충격 에너지를 생성하며, 이는 PFA 표면에 마이크로{16}}분화구(5~10μm 깊이)를 생성하기에 충분합니다. 반복적인 충격으로 인해 분화구가 구덩이로 확대됩니다. 1mm 벽의 경우 0.3mm(두께의 30%)보다 깊은 피트는 수명을 크게 단축시킵니다. 구멍이 나는 것을 방지하려면 입자 크기를 다음으로 제한하십시오.<200 µm for hard abrasives, or reduce velocity to <1.0 m/s.
충격 에너지 및 피팅 임계값
임계 입자 크기 d_crit는 침식 모델 d_crit ∝ (H_PFA / (ρ_p × v²))^(1/3)에서 파생됩니다. 여기서 H_PFA는 경도(≒ 65 Shore D, ≒ 20 MPa 압입)입니다. 실리카(ρ=2,650 kg/m³)의 경우 v=1.5 m/s, d_crit ≒ 180 µm.
입자가 클수록 다음과 같은 이유로 구멍이 생깁니다.
운동 에너지가 더 높습니다(d³에 따라 확장).
더 깊은 들여쓰기를 생성합니다(d에 따라 확장).
더 높은 각도에서 충격을 가하는 경향이 있습니다(회전이 적음).
1mm 벽의 경우 0.3mm의 피트 깊이는 남은 두께를 0.7mm로 줄입니다. 여전히 허용 가능합니다. 그러나 구덩이는 응력 집중 장치 역할을 합니다. 구멍이 뚫리기 시작하면 침식 속도가 국지적으로 가속화됩니다.
재료별 입자 크기 제한
| 입자 재료 | 경도(모스) | 밀도(kg/m²) | 1.5m/s에서 1mm 벽의 최대 크기(μm) | 예상 피트 깊이(μm/년) | 추천 |
|---|---|---|---|---|---|
| 실리카 모래 | 7 | 2,650 | 150–180 | 30–50 | 허용됨 |
| 알루미나 | 9 | 3,900 | 100–130 | 50–80 | 가장자리 가의 |
| 탄화규소 | 9.5 | 3,200 | 80–100 | 80–120 | 권장되지 않음 |
| 유리구슬 | 5.5 | 2,500 | 250–300 | 10–20 | 안전한 |
| 석회석(CaCO₃) | 3 | 2,700 | 350–400 | 5–15 | 안전한 |
| 폴리머 펠릿(HDPE) | 1–2 | 950 | >1,000 | <5 | 안전한 |
| 금속 미세분(강) | 5 | 7,800 | 150–200 | 20–40 | 허용됨 |
| 비산회 | 5–6 | 2,200 | 200–250 | 15–30 | 허용됨 |
임계 입자 크기에 대한 속도의 영향
| 속도(m/s) | 실리카의 임계 d(μm) | d=200 µm에서의 피트 깊이(μm/년) | 메모 |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 400 | <5 | 안전함(패임 없음) |
| 1.0 | 250 | 10–20 | 허용됨 |
| 1.5 | 180 | 30–50 | 얇은 벽의 한계 |
| 2.0 | 120 | 80–120 | 1mm 벽의 위험성이 높음 |
| 2.5 | 90 | 150–200 | 허용되지 않음 |
| 3.0 | 70 | 250–300 | 급속한 실패 |
1mm PFA 벽에 대한 실용 지침
| 서비스 요구 사항 | 최대 입자 크기 | 최대 속도 | 기대 수명(년) |
|---|---|---|---|
| 단단한 입자(실리카, 알루미나) | <150 µm | 1.5 m/s | 1–2 |
| 단단한 입자 | <100 µm | 2.0 m/s | 1–2 |
| 단단한 입자 | <200 µm | 1.0 m/s | 2–3 |
| 부드러운 입자(석회석, 유리) | <400 µm | 1.5 m/s | 3–5 |
| 모든 입자 | N/A | <0.5 m/s | 5–10(침식은 무시할 수 있음) |
현장 예시
A mining slurry contained 250 µm silica sand at 1.5 m/s. A 1 mm PFA wall heater developed pits (0.4 mm deep) after 8 months, leading to perforation at a pit. The plant installed a 2 mm wall heater (same slurry). Pitting depth was 0.2 mm after 18 months (still safe). The plant also installed a hydrocyclone to remove particles >150μm. 1mm 벽 히터는 3년 동안 지속되었습니다.
피팅 감지
돋보기(10~20×)로 히터 표면을 검사합니다. 구덩이는 작은 분화구(직경 0.2~1mm)로 나타납니다. 깊이 게이지나 가는 바늘을 사용하여 피트 깊이를 측정합니다. 1mm 벽에서 피트 깊이가 0.3mm를 초과하는 경우 6개월 이내에 교체를 계획하십시오. 여러 피트가 0.5mm를 초과하는 경우 즉시 교체하십시오.
대형 입자 완화
스크린이나 필터를 설치하세요 upstream to remove particles >200 µm.
유속 감소20~30%(침식은 50~70% 감소).
두꺼운 벽을 사용하세요(2-3 mm) – 천공 전에 더 깊은 구덩이를 허용합니다.
웨어 슬리브를 사용하세요(PTFE, 1~2mm)로 교체할 수 있습니다(조항 #64 참조).
결론: 1.5m/s에서 1mm 벽의 경우, 경질 연마재의 최대 입자 크기는 150~200μm 이하입니다.
1.5m/s의 속도로 연마성 슬러리에 1mm 두께의 벽이 있는 PFA 히터의 경우 공식을 방지하기 위해 허용되는 최대 입자 크기는 단단한 입자(실리카, 알루미나)의 경우 150~200μm이고 부드러운 입자(석회석, 유리)의 경우 300~400μm입니다. 입자가 클수록 시간이 지남에 따라 깊어지는 충돌 분화구(구덩이)가 발생하여 얇은 벽에 구멍이 뚫립니다. 대형 입자를 제거할 수 없는 경우 벽 두께를 2~3mm로 늘리거나 속도를 줄이거나 마모 슬리브를 설치하십시오. 1mm 벽은 섬세합니다. 크고 단단한 입자를 견딜 수 없습니다. 크기가 중요합니다. 걸러내거나 속도를 늦추거나 두껍게 만듭니다. 히터의 수명은 입자 제어에 따라 달라집니다. 슬러리를 측정하고, 입자를 파악하고, 그에 따라 디자인하십시오. 연마 작업에서는 얇은 벽이 위험합니다. 두꺼운 벽이 더 안전합니다. 현명하게 선택하세요.
