Feritinio{0}}austenitinio dvipusio nerūdijančio plieno panaudojimo popieriaus mašinų džiovintuvų cilindruose privalumai

Popieriaus mašinų džiovinimo cilindrai yra popieriaus gamybos darbiniai arkliukai{0}}tai dideli, besisukantys būgnai, kurie džiovina šlapius popieriaus sluoksnius (nuo 60-70 % drėgmės iki 5-8 %) naudojant vidinius garus. Tačiau jų darbas yra žiaurus: jie dirba 100–150 laipsnių kampu, nuolat liečiasi su drėgnu popieriumi ir cheminių medžiagų likučiais (pvz., sieros rūgštimi iš celiuliozės) ir atlaiko popieriaus rulono svorį bei mechaninį sukimosi įtempį. Dešimtmečius gamyklose šiems balionams buvo naudojamas standartinis austenitinis nerūdijantis plienas (pvz., 304 arba 316 l), tačiau jie dažnai sugesdavo anksti: 304 surūdydavo per 2–3 metus, o 316 L, nors ir atsparesnis korozijai, trūko tvirtumo, kad atlaikytų dideles apkrovas be deformacijų.

Čia atsiranda feritinis -austenitinis dvipusis nerūdijantis plienas (dažnai tiesiog vadinamas „dvipusiu plienu“). Šioje medžiagoje susilieja geriausias iš dviejų pasaulių: austenitinio plieno (pvz., 316 l) atsparumas korozijai ir didelis feritinio plieno stiprumas. Tokios klasės kaip 2205 (dažniausiai naudojamos džiovyklose) ir 2304 dabar tampa auksiniu popieriaus mašinų džiovintuvų standartu{6}}ir dėl geros priežasties. Jie išsprendžia dvi didžiausias tradicinių plienų problemas: jie atsparūs drėgmei,{8}}daug cheminių medžiagų ir yra pakankamai tvirti, kad tarnautų dešimtmetį ar ilgiau. Šiame straipsnyje tiksliai paaiškinama, kodėl dvipusis plienas taip gerai tinka džiovinimo cilindrams, turint realių duomenų ir praktinės naudos.

Pirma: kuo dvipusis nerūdijantis plienas skiriasi?​

Prieš pasinerdami į pranašumus, kalbėkime paprastai: dvipusis plienas nėra tik vienos rūšies metalas,{0}}tai dviejų mikrostruktūrų mišinys:​

Austenitinė fazė (apie 50 % konstrukcijos): suteikia plienui puikų atsparumą korozijai ir plastiškumą (todėl lenkiant jis netrūkinėja).

Feritinė fazė (kiti 50 %): padidina atsparumą tempimui ir atsparumą įtempių korozijos įtrūkimams (dažna problema tradiciniuose plienuose esant karščiui ir drėgmei).

Palyginkite tai su tradiciniu 316 l (100 % austenitinis): 2205 dvipusis plienas turi 2 kartus didesnį atsparumą tempimui (800 MPa palyginti su . 485 MPa 316 l) ir didesnį atsparumą „šlapiajai korozijai“, kuri vargina džiovyklos cilindrus. Tai tarsi medžiaga, kuri yra ir „apsauga nuo korozijos“, ir „stiprus pagrindas“-puikiai tinka atšiaurioms džiovyklos aplinkoms.​

Pagrindiniai dvipusio plieno naudojimo džiovinimo cilindruose privalumai

Dvipusio plieno pranašumai yra ne tik teoriniai,{0}} jie leidžia sutaupyti ir sumažinti popieriaus gamyklų prastovų laiką. Štai keturi didžiausi pranašumai, paremti malūno patirtimi:​

1. Puikus atsparumas šlapiai ir cheminei korozijai (nebėra nuotėkio).

Džiovintuvų cilindrai yra korozijos košmaras:​

Vidiniai garai sukuria nuolatinį kondensatą, todėl cilindro vidinis paviršius išlieka drėgnas.

Cheminių medžiagų likučiai iš popieriaus masės (pvz., sieros junginiai ar riebalų rūgštys) prilimpa prie išorinio paviršiaus, reaguodamos su drėgme, sudarydamos švelnias rūgštis.

Tradicinis 316L atlaiko tam tikrą laiką, bet dažnai po 3-4 metų vidiniame paviršiuje atsiranda taškinė korozija (mažos skylutės) – šios skylės virsta nuotėkiais, todėl malūnai verčiami išsijungti ir pakeisti cilindrą. Dvipusis plienas (2205) tai sustabdo:​

Jo mišri mikrostruktūra sudaro tankesnį, stabilesnį oksido sluoksnį (Cr₂O₃ + MoO₃), kuris blokuoja drėgmę ir chemines medžiagas.

Atliekant bandymus, 2205 korozijos greitis buvo 0,005 mm per metus imituotomis džiovyklos sąlygomis (120 laipsnių, 5 % sieros rūgšties tirpalas) – 10 kartų mažesnis nei 316 l 0,05 mm per metus.

Suomijos popieriaus fabrikas 2018 m. pakeitė 316 l džiovinimo cilindrus į 2 205. Jų seni 316 l balionai nutekėjo po 3,5 metų; 2205 cilindrai po 6 metų vis dar nesandarūs, be duobių požymių. „Džiovyklės keitimą planuodavome kas 3 metus“, – sakė malūno priežiūros vadovas. „Dabar mes apie tai net negalvojame,{11}}jie tiesiog dirba

2. Didelio stiprumo=Plonesnės sienos ir mažesnis svoris (taupo energijos)​

Džiovintuvų cilindrai yra sunkūs -tradiciniai 316 l cilindrai (5 metrų ilgio, 1,5 metro skersmens džiovintuvui) sveria apie 2 800 kg. Jų storos sienelės (15–20 mm) reikalingos vidiniam garų slėgiui (paprastai 0,5–1 MPa) ir popieriaus juostos svoriui atlaikyti.

Didesnis dvipusio plieno stiprumas leidžia malūnams naudoti plonesnes sienas (10–12 mm 2205), tačiau vis tiek atitinka saugos standartus. Štai kodėl tai svarbu:

Lengvesnis svoris: 2205 tokio pat dydžio džiovintuvo cilindras sveria ~2100 kg – 30% lengvesnis nei 316l.​

Sunaudojama mažiau energijos: džiovyklės variklis neturi taip sunkiai dirbti, kad suktų lengvesnį cilindrą. Perėjus prie 2205 m., Suomijos gamykloje džiovyklų sekcijai sunaudota elektros energija sumažėjo 4 proc.

Greitesnis šilumos perdavimas: dėl plonesnių sienelių garai greičiau įkaitina cilindro išorinį paviršių, todėl popieriaus džiūvimo laikas sutrumpėja 2–3 % (tai reiškia, kad per valandą pagaminama daugiau popieriaus).

JAV audinių gamykla žengė žingsnį toliau: mažiems džiovyklos cilindrams naudojo 2304 dvipusį plieną (šiek tiek mažesnis-stiprumas, ekonomiškesnė-klasė nei 2205). Jie sumažino sienelių storį nuo 14 mm iki 10 mm, sumažino cilindro svorį 25 % ir padidino audinių gamybą 3 % per pamainą.

3. Atsparumas korozijos įtrūkimams (nėra staigių gedimų).

Viena iš baisiausių problemų, susijusių su tradiciniu plienu, yra įtempių korozijos įtrūkimai (SCC){0}}smulkūs įtrūkimai, kurie susidaro, kai plienas yra veikiamas įtempių (dėl slėgio ar svorio) ir veikiamas drėgmės. SCC gali sukelti staigų džiovyklės cilindro gedimą, o tai ne tik pavojinga, bet ir išjungia gamybą kelioms dienoms.

Dvipusio plieno feritinė fazė daro jį beveik atspariu SCC džiovinimo sąlygomis. Štai duomenys:

Atliekant 1 000 valandų bandymą esant 130 laipsnių temperatūrai (tipinė džiovyklos temperatūra) ir 1 MPa slėgiui, po 450 valandų 316L atsirado SCC įtrūkimai.

2205 neparodė įtrūkimų net po 1000 valandų

Tai labai svarbu gamykloms, kuriose džiovyklos dirba 24 valandas per parą, 7 dienas per savaitę. Kanados celiuliozės gamykloje 2020 m. sugedo SCC 316 l džiovyklos cilindras, todėl prastovos ir remontas kainavo 120 000 USD. Jie pakeitė visas savo džiovykles į 2205 ir nuo to laiko neturėjo problemų su SCC

4. Ilgas tarnavimo laikas ir mažesnė priežiūra (didelis sutaupymas).

Didžiausias dvipusio plieno pranašumas yra ilgas tarnavimo laikas. Tradiciniai 316L džiovyklės cilindrai tarnauja 3-5 metus; 2205 dvipusis plienas tarnauja 10-15 metų. Išskaidykime sutaupytus malūnus su 10 džiovyklos cilindrų:​

Kaštų faktorius	316L nerūdijantis plienas	2205 dvipusis nerūdijantis plienas
Cilindro kaina už vienetą	$15.000​	22 000 USD (30 % didesnis iš anksto).
Pakeitimo ciklas	Kas 4 metus	Kas 12 metų
Bendra cilindro kaina per 12 metų	450 000 USD (3 pakaitalai).	220 000 USD (1 pakeitimas).
Priežiūros išlaidos (per metus).	8 000 USD (nesandarumo taisymas, poliravimas).	3000 USD (minimali priežiūra).
Bendra 12 metų kaina	$546.000​	$256.000​

Tai leidžia sutaupyti 53 % per 12 metų-net ir esant didesnei išankstinei dvipusio plieno kainai. Suomijos gamykla apskaičiavo savo IG perėjus prie 2205: jie išleido

60 000 daugiau iš anksto, bet per 10 metų sutaupė 380 000.​

Realus{0}}Pasaulio atvejis: Vokietijos popieriaus gamyklos dvipusio plieno sėkmė​

Pažvelkime į išsamų pavyzdį: vidutinio-dydžio Vokietijos gamykla, gaminanti pakavimo popierių. Iki 2019 m. jie naudojo 316 l džiovinimo cilindrus ir padengė:​

Metinės priežiūros išlaidos 15 000 € (nesandarumo pašalinimas ir korozijos sugadintų dalių keitimas).

Džiovintuvo keitimas kas 4 metus, kainuoja 180 000 EUR už komplektą (12 cilindrų).​

Dažnos prastovos (2-3 dienos per metus) džiovyklės remontui

2019 m. jie perėjo prie 2 205 dvipusio plieno džiovintuvų. Atlikdami šiuos pakeitimus:​

Sumažintas cilindro sienelės storis nuo 18 mm iki 12 mm (naudojant 2205 stiprumą).​

Pridėtas paprastas paviršiaus poliravimas (dvipusio plieno lygus paviršius sumažina popieriaus lipnumą, dažnai pasitaikanti problema naudojant 316 l).​

Išlaikė esamą garų sistemą (nereikia atnaujinti – 2205 palaiko tokį patį slėgį kaip 316 l).​

Iki 2024 m. (po 5 metų) rezultatai buvo aiškūs:

Nėra džiovyklės nuotėkio ar SCC problemų

Priežiūros išlaidos sumažėjo iki 4000 € per metus

Džiovyklių gamybos prastovos sumažėjo iki 0,5 dienos per metus

Jie apskaičiavo, kad 2205 džiovyklos tarnaus dar 7–8 metus, todėl iki 2032 m. nereikės 180 000 EUR pakeitimo išlaidų.

„Išankstinės išlaidos buvo sunkiai parduodamos“, – sakė gamyklos veiklos direktorius. „Tačiau dabar, matydami, kaip sutaupyta ir kiek mažai liečiame džiovyklas,{1}}niekada nebegrįšime prie 316 l.

Kaip pasirinkti tinkamą dvipusio sluoksnio džiovykloms

Ne visi dvipusiai plienai yra vienodi{0}}malūnai turėtų pasirinkti rūšį pagal konkrečius poreikius:​

2205: Geriausiai tinka malūnams, esant atšiaurioms sąlygoms (didelis cheminių medžiagų likutis, 130–150 laipsnių temperatūra). Jame yra daugiau molibdeno (3%), kad būtų padidintas atsparumas korozijai

2304: geriau malūnams su švelnesnėmis sąlygomis (mažesnis cheminių medžiagų naudojimas, 100-120 laipsnių temperatūra). Jis pigesnis nei 2205 (apie 15 % mažiau) ir vis tiek siūlo 2 kartus didesnį stiprumą nei 316 l.

Venkite „žemos -klasės“ dvipusio spausdinimo: kai kurios gamyklos bando pigius dvipusius tipus (pvz., 2101), kad sutaupytų pinigų, tačiau jie turi mažesnį atsparumą korozijai ir dažnai sugenda per 5 metus. Laikykitės ASTM A240 sertifikuoto 2205 arba 2304.​

Išvada

Feritinis-austenitinis dvipusis nerūdijantis plienas yra ne tik „geresnė“ popieriaus mašinų džiovinimo cilindrų medžiaga-tai sprendimas, kuris pašalina didžiausią gamyklų galvos skausmą: koroziją, dažnus keitimus ir prastovą. Atsparumo korozijai, didelio stiprumo ir ilgo tarnavimo laiko derinys leidžia iš tikrųjų sutaupyti: mažiau priežiūros, mažesnis energijos suvartojimas ir nuoseklesnė gamyba.

Popieriaus gamykloms, norinčioms sumažinti išlaidas ir padidinti patikimumą, dvipusis plienas (ypač 2205 ir 2304) yra protinga investicija. Tai gali kainuoti iš anksto daugiau, bet 10-15 metų eksploatavimo trukmė ir 50 % ir daugiau sutaupytų išlaidų, todėl verta. Galų gale, džiovinimo cilindras, kuris nesandari, neskilinėja ir kurio nereikia keisti kas kelerius metus, yra daugiau nei tik dalis – tai būdas išlaikyti popierių riedėti kiekvieną dieną.