APARATURA W OCHRONIE ŚRODOWISKA - 3. MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "APARATURA W OCHRONIE ŚRODOWISKA - 3. MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE"

Krzysztof Rosiński
7 lat temu
Przeglądów:

1 APARATURA W OCHRONIE ŚRODOWISKA - 3. MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE Wykład dla kierunku Ochrona Środowiska Wrocław, 2015 r. Materiały do budowy aparatury procesowej Do budowy aparatury procesowej wykorzystać można: materiały metalowe: stale, metale nieżelazne i ich stopy, materiały niemetalowe: polimery, tworzywa ceramiczne, szkło, grafit, inne (np. drewno), materiały kompozytowe. 1

2 Stale Stal stop żelaza z węglem (zawartość węgla do 2 %) i ewentualnie z innymi pierwiastkami. Masowa produkcja stali polega na: produkcji surówki w procesie wielkopiecowym, utlenianiu surówki (świeżeniu) usuwaniu zanieczyszczeń (C, Si, Mn, P, S). Podstawowe rudy żelaza: 1) magnetyty (Fe 3 O 4 ), 2) hematyty (Fe 2 O 3 ), 3) limonity (2Fe 2 O 3 x 3H 2 O), 4) syderyty (FeCO 3 ). Ogólny podział gatunków stali STAL WĘGLOWA STOPOWA konstrukcyjna narzędziowa o szczególnych właściwościach fizycznych konstrukcyjna narzędziowa o szczególnych właściwościach fizycznych zwykłej jakości do pracy w podwyższonych temperaturach wyższej jakości odporne na korozję najwyższej jakości żaroodporne i zaworowe o specjalnych właściwościach cieplnych, magnetycznych, mechanicznych itd. 2

3 Stal węglowa Stal węglowa (niestopowa konstrukcyjna) obejmuje gatunki, w których najmniejsze zawartości pierwiastków stopowych nie przekraczają (w %): Mn 0,8, Si 0,4, Ni 0,3, Cr 0,3, W 0,2, Co 0,2, Cu 0,2, Al 0,1, Mo 0,05, V 0,05, Ti 0,05 i nie zawierają innych, celowo dodanych składników. Rodzaje: stale niskowęglowe (do 0,25 % C), średniowęglowe (0,25 0,6 % C), wysokowęglowe (> 0,6 % C). Stal stopowa Stal stopowa obejmuje gatunki, w których zawartość chociażby jednego z wymienionych uprzednio pierwiastków stopowych jest równa lub większa od podanych. Podział w zależności od dominującego udziału pierwiastka stopowego: np. stale chromowe, niklowe, manganowe, chromowo-niklowe, chromowo-molibdenowe, manganowo-chromowe, niklowochromowo-molibdenowe, itp. 3

4 Stal w budowie aparatów procesowych W budowie aparatury procesowej największe zastosowanie znajdują stale o szczególnych właściwościach, w tym żaroodporne oraz odporne na korozję: stale nierdzewne; stale kwasoodporne. Podział według budowy strukturalnej: stale austenityczne, stale ferrytyczne, stale martenzytyczne, stale duplex (ferrytyczno-austenityczne). Stal nierdzewna Stale nierdzewne: stale chromowe (Cr 10,5 % i C 1,20 %); odporne na korozję ze strony czynników atmosferycznych (korozja gazowa), rozcieńczonych kwasów organicznych, r-rów alkalicznych (korozja w cieczach); odporność na korozję zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości Cr i zwiększa się wraz ze zmniejszeniem zawartości C; nie są odporne na większość kwasów nieorganicznych, stężonych r-rów kwasów organicznych i soli kwaśnych; zastosowanie: zbiorniki i cysterny, kolumny rektyfikacyjne, łopatki turbin parowych, chłodnie. 4

5 Stal kwasoodporna Stale kwasoodporne: zasadniczo stale chromowo-niklowe (o zawartości Cr=17-20 %, Ni=8-14 % i o możliwie najmniejszej zawartości węgla); inne dodatki stopowe (np. Ti, Mo, W, Mn) zwiększają odporność na działanie szczególnego środowiska; odporne na działanie kwasów organicznych i większości kwasów nieorganicznych (z wyjątkiem HCl i H 2 SO 4 ); zastosowanie: zbiorniki kwasów, wymienniki ciepła, instalacje w przemyśle nawozów sztucznych, farbiarskim, farmaceutycznym, chemicznym, spożywczym. Stal żaroodporna Stale żaroodporne: odporne na korozyjne działanie gazów utleniających w wysokich temperaturach; zasadniczo stale chromowo-niklowe (o zawartości C=0,1-0,4 %, Cr=13-30 %, Ni=1-20 %); żaroodporność zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości Cr a obecność Ni podnosi wytrzymałość; w celu zwiększenia wytrzymałości dodawany jest Mo (0,5-1,0 %) lub W (do ok. 2 %); dodatki, takie jak Si (do 3 %) lub Al (do 5 %) podnoszą odporność na utlenianie; zastosowanie: elementy pieców, kotłów parowych, wentylatory do gorących gazów, komory spalania, szyny. 5

6 Metale nieżelazne: miedź i jej stopy Miedź: dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne; dobra odporność na korozję; łatwość przetwarzania; zastosowanie: radiatory i wymienniki ciepła, katalizatory, instalacje wodociągowe, gazowe i ogrzewcze. Stopy miedzi: mosiądz stop z cynkiem (Zn=5-45 %); dodatki Pb, Sb, Al polepszają właściwości antykorozyjne; brąz stop z cyną (Sn=2-13 %); twardszy, bardziej wytrzymały i bardziej odporny na korozję od mosiądzu; stopy z niklem (Ni=5-30 %); odporne na korozję w solance i w wodzie morskiej. Metale nieżelazne: nikiel i jego stopy Stopy niklu: stopy o dużej zawartości Ni zapewniają odporność na korozję i wytrzymałość w wysokiej temperaturze; stopy z Cu charakteryzują się większą odpornością na warunki redukujące niż sam Ni i bardziej niż Cu są odporne na środowisko utleniające; odporne na wodę morską; odporne na kwas fluorowodorowy; zastosowanie: grzejne elementy oporowe, elementy maszyn pracujących w styczności z agresywnymi substancjami, np. łopatki turbin parowych. 6

7 Metale nieżelazne: aluminium i stopy Aluminium: duża plastyczność; mała gęstość (metal lekki); dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne; stopy z miedzią (Cu=2,5-5,5 %), Mg, Mn mają dobrą odporność na korozję (środowiska utleniające, mieszaniny alkoholi z wodą, aldehydy, niektóre kwasy organiczne, tłuszcze, oleje, wodę utlenioną, H 2 S); nie są odporne na alkalia, niektóre kwasy (HF, HCl), jony Hg; zastosowanie: elementy grzejne, tłoki i cylindry silników, zbiorniki ciśnieniowe, instalacje sprężonego powietrza. Inne metale nieżelazne Ołów: duża ciągliwość; dobre właściwości odlewnicze; może być spawany i lutowany; stosowany do budowy rurociągów i aparatury odpornej na kwasy. Metale trudnotopliwe i ich stopy (W, Ti, Ta, Zr, Mo, Nb, Be): dobra wytrzymałość mechaniczna w wysokiej temperaturze; odporne w środowiskach korozyjnych i utleniających wobec wielu agresywnych chemicznie substancji. 7

8 Materiały niemetalowe - polimery Polimery: mała gęstość, właściwości antykorozyjne, odporność chemiczna (zależna od rodzaju związku!), stosowane do budowy zbiorników, rurociągów, uszczelnień. Przykłady: polichlorek winylu (PCW, ang. PVC polyvinyl chloride), polietylen (PE, ang. polyethylene), polipropylen (PP, ang. polypropylene), polistyren (PS, ang. polystyrene), politetrafluoroetylen (PTFE, ang. polytetrafluoroethylene, Teflon ), polifluorek winylu (PVF, ang. polyvinyl fluoride, Tedlar ). Materiały niemetalowe - szkło Szkło: borokrzemowe i krzemowe stosowane w laboratoriach i w przemyśle do wyrobu rur, zbiorników i aparatów procesowych; odporne na korozję i naprężenia termiczne; nie jest odporne na alkalia, fluorki i fosforany; szkło krystalizowane używane w aparatach wymagających większej odporności na uderzenia. 8

9 Materiały niemetalowe - ceramika Tworzywa ceramiczne: cement, kamień, tlenki metali, węgliki metali, azotki; duża odporność na ścieranie i korozję, również w wysokiej temperaturze; stosowane do wyrobu elementów jako odlewy lub w postaci wykładzin (cegły, płytki, kształtki); stosowane do wyrobu wypełnień kształtkowych (np. pierścieni) wymienników masy (kolumny absorpcyjne, kolumny rektyfikacyjne). Materiały niemetalowe - grafit Grafit: stosowany gdy wymagana jest duża odporność korozyjna w wysokiej temperaturze; stosowany jako tworzywo konstrukcyjne i wykładzina; stosowany do budowy wymienników ciepła. 9

10 Materiały kompozytowe Kompozyty: składają się z dwóch lub większej liczby różnych materiałów o różnych właściwościach; złożone są z osnowy (matrycy), w której osadzone są włókna lub ziarna (wzmocnienie/zbrojenie); osnową mogą być metale, ceramika i tworzywa sztuczne (np. estry winylowe, żywice epoksydowe); fazą zbrojącą mogą być cząsteczki/ziarna zbrojące (np. tlenki metali, węgliki, grafit) lub włókna (np. włókna szklane, włókna grafitowe, włókna metalowe, włókna z tworzyw sztucznych); charakteryzują się dużą odpornością korozyjną; stosowane do wyrobu rurociągów i zbiorników, kolumn, wymienników ciepła, pomp, wentylatorów. 10

Podobne dokumenty

Stale niestopowe jakościowe Stale niestopowe specjalne

Stale niestopowe jakościowe Stale niestopowe specjalne Ćwiczenie 5 1. Wstęp. Do stali specjalnych zaliczane są m.in. stale o szczególnych własnościach fizycznych i chemicznych. Są to stale odporne na różne typy korozji: chemiczną, elektrochemiczną, gazową