Przedmiotem wynalazku jest ferrytyczna, niskoweglowa stal chromowa sluzaca zwlaszcza do budowy aparatów wyparnych do odparowywania, zatezania i/lub oczyszczania wodnych roztworów chlorków i wodoro¬ tlenków metali alkalicznych.Przy przerobie szeregu chemikaliów, w celu uzyskania ich w postaci handlowej, roztwory i zawiesiny poddaje sie czesto odparowywaniu, przy czym wynikiem tej operacji jest zatezenie przerabianego roztworu lub zawiesiny, a czesto oczyszczenie roztworu lub zawiesiny przez wykrystalizowanie albo zanieczyszczen, aibo zadanego produktu.W zaleznosci od wlasciwosci przerabianych materialów, w procesach tych przez cale lata wykorzystywano rózne typy wyparek.Materialy konstrukcyjne wyparek, zwlaszcza powierzchni stykajacych sie z przerabianym materialem, dobierano z punktu widzenia chemicznych i fizycznych wlasciwosci przerabianych materialów, jak równiez warunków cisnienia i temperatury panujacych w ukladzie wyparnym.Zagadnienie wyboru materialów konstrukcyjnych staje sie szczególnie istotne, na przyklad przy przerobie wodnych roztworów wodorotlenków, metali alkalicznych, takich jakie tworza sie podczas elektrolizy wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych w elektrolizerach przeponowych. Roztwory takie, które poczatkowo zawieraja 8-14% wagowych wodorotlenku metalu alkalicznego, do 18% wagowych chlorku metalu alkalicznego praz do 0,05% wagowych chloranujnetalu alkalicznego, ogrzewa sie do temperatury 50-200°C przy cisnieniu 0,07-7 atmosfer w celu uzyskania roztworu o wiekszym stezeniu wodorotlenku metalu alkalicznego, przy czym typowa zawartosc wodorotlenku metalu alkalicznego wynosi okolo 35—73% wagowych, chlorku metalu alkalicznego okolo 8% wagowych a chloranu metalu alkalicznego do 0,2% wagowych. Przy stykaniu sie z takimi roztworami oraz w podanych warunkach, materialy konstrukcyjne urzadzenia wyparnego narazone sa nie tylko2 91380 na ostry atak wywolany przez wodorotlenki metali alkalicznych, ale równiez na spowodowane obecnoscia chlorków pekanie naprezeniowe, zwlaszcza w rurach znajdujacych sie w czesci do wymiany ciepla.Dotychczas proponowano rózne materialy konstrukcyjne do tego typu aparatów stosowanych do odparowywania, zatezania i oczyszczenia wodnych roztworów wodorotlenków metali alkalicznych. Materialy te obejmowaly szereg konwencjonalnych stali nierdzewnych, takich jak stale 304,304L, 310,316,316L, itp., które nadawaly sie do tego celu tylko czesciowo, poniewaz w ostrzejszych warunkach pracy szybkosc korozji i ilosc pekniec naprezeniowych byla dostatecznie duza tak, ze wymiana ich byla konieczna co kilka miesiecy. Zaden z tych materialów nie byl zatem zadowalajacy z punktu widzenia dlugotrwalego uzytkowania. Klasycznym materialem konstrukcyjnym wyparek stosowanych w przypadkach wodnych roztworów wodorotlenków metali alkalicznych byl nikiel. Chociaz z punktu widzenia dzialania urzadzenia nikiel jest materialem zupelnie zadowalajacym, to z uwagi na jego wysoka cene czyniono wysilki nad znalezieniem odpowiednich materialów, mniej kosztownych. Jednak az do chwili obecnej wysilki te nie byly uwienczone powodzeniem.Przedmiotem wynalazku jest ferrytyczna, niskoweglowa stal chromowa stanowiaca material konstrukcyjny 0 równowaznej niklowi odpornosci na korozje lecz znacznie do niego tanszy.Ferrytyczna stal chromowa wedlug wynalazku zawiera nie wiecej niz 0,01% wegla, nie wiecej niz 0,4% manganu, nie wiecej niz 0,02% fosforu, nie wiecej niz 0,02% siarki, nie wiecej niz 0,4% krzemu, nie wiecej niz ,015% azotu, nie wiecej niz 0,20% miedzi, nie wiecej niz 0,60% niklu z miedzia, 25,0-27,5% chromu, 0,75—1,50% molibdenu oraz zelazo do zrównowazenia bilansu. Podane procenty sa procentami wagowymi.Ferrytyczna stal chromowa o podanym skladzie charakteryzuje sie niska zawartoscia wegla oraz wegla i azotu, przy czym zawartosc tych skladników jest znacznie nizsza niz w innych stalach nierdzewnych. Ponadto korzystnie jest jesli nie zawiera ona niklu. Material taki wytwarza sie w procesie rafinacji w piecu elektronowym, w którym stopiony material poddany jest przez dluzszy okres czasu dzialaniu bardzo wysokiej prózni na przyklad 0,5 mikrona, przy czym material ogrzewany jest przy pomocy wiazki elektronowej. Takie zródlo ciepla zapewnia zlokalizowanie w stopionym metalu obszarów silnego nagrzania, co w konsekwencji ulatwia ulotnienie sie i usuniecie zanieczyszczen. Z kolei rafinowany metal odlewa sie w sposób ciagly, wykorzystujac cieplo wiazki elektronowej do utrzymywania go w stanie plynnym. Sposób i urzadzenie do wytwarzania fer- rytycznej stali chromowej podane sa w amerykanskim opisie patentowym nr 3764297.Stwierdzono, ze ferrytyczna stal chromowa o podanym wyzej skladzie moze byc wykorzystywana jako pelnowartosciowy material zastepczy niklu w systemie wyparnym stosowanym do odparowywania, zatezania i oczyszczania wodnych roztworów chlorków i wodorotlenków metali alkalicznych. Typowe dla takich systemów wyparnych jest to, ze skladaja sie one z jednej lub wiecej jednostek wyparnych, w których przeprowadza sie odparowywanie pod próznia wodnych roztworów chlorków i wodorotlenków metali alkalicznych, takich jak roztwory sody kaustycznej z elektrolizera przeponowego, z wytworzeniem stezonego, oczyszczonego wodoro¬ tlenku sodowego.Aparat wyparny moze nalezec do jednego z typów aparatów, znanych jako nadajace sie do uzycia w przypadku roztworów sody kaustycznej, takich jak wyparki z warstewka wznoszaca sie, wyparki z wymuszona cyrkulacja, z zewnetrznym lub wewnetrznym systemem cyrkulacyjnym, itp. Bez wzgledu na poszczególny typ stosowanego aparatu wyparnego wszystkie te jednostki posiadaja komore odbierajaca ciecz do której wprowadza sie wszystkie przerabiane roztwory, na przyklad roztwór sody kaustycznej z przestrzeni katodowej elektrolizera przeponowego. W typowym rozwiazaniu konstrukcyjnym komora ta znajduje sie w dolnej czesci aparatu i po&iada polaczenie Iz przeplywowa strefa grzejna zawierajaca wymienniki ciepla. Charakter komory odbiorczej moje sie jednak zmieniac w zaleznosci od poszczególnego typu wyparki. Na przyklad w pewnych okolicznosciach komora moze byc oddzielnym, odmiennym urzadzeniem, w innych moze byc rura lub przewodem innego rodzaju, albo po prostu komora lub obudowa pompy cyrkulacyjnej. Dla wygody, przez „komore odbierajaca ciecz" nalezy rozumiec te czesc aparatu, bez wzgledu na jej szczególna konfiguracje, do której wprowadza sie przerabiany roztwór.Przeplywowa strefa grzejna moze byc jakiegokolwiek odpowiedniego typu, chociaz w zasadzie stanowi skrzynke parowa zawierajaca rurki wymiennika ciepla lub kotla. W typowych systemach wodny roztwór chlorku 1 wodorotlenku sodowego przeplywa przez rury, które moga byc rozmieszczone poziomo lub pionowo, przy czym skrzynka parowa umieszczona jest albo wewnatrz, albo na zewnatrz aparatu wyparnego. Przy takim rozmieszczeniu para lub inne medium grzejne przechodzi przez skrzynke parowa, na zewnatrz rurek grzejnych.W innym rozwiazaniu mozna zastosowac skrzynke parowa lub wymiennik ciepla, w których para lub inne medium grzejne przechodzi przez rurki, a poddawany obróbce roztwór przepuszcza sie na zewnatrz tych rurek.Dodatkowo aparat wyparty jest wyposazony w odpowiednie przewody rurowe do przeprowadzenia przerabia¬ nych roztworów z komory odbiorczej do strefy grzejnej.W zaleznosci od konfiguracji aparatu i umiejscowienia strefy grzejnej, przewody te moga byc umieszczone91380 3 albo wewnatrz albo na zewnatrz aparatu wyparnego. Odpowiednie przewody umieszczone sa takze miedzy strefa grzejna i komora rozdzielcza, w której z przerabianego roztworu wytwarza sie mieszanine ciecz-para. Komoja rozdzielcza, pracujaca normalnie pod próznia, moze byc wyposazona w przegrody lub urzadzenia rozdzielcze, których zadaniem jest zapewnienie równomiernego rozdzialu mieszaniny ciecz-para w calym przekroju komory rozdzielczej, to jest zapewnienie takiego wywiazywania sie pary z cieczy, przy którym porywanie i unoszenie cieczy z para jest minimalne. Przewidziane sa ponadto takze odpowiednie przewody do zawracania cieczy t komory rozdzielczej do komory odbierajacej ciecz, z której nastepnie ciecz zawraca sie przez strefe grzejna z powrotem do komory rozdzielczej.W szeregu przypadków, w celu uzyskania wlasciwego rozdzialu i przeplywu przerabianego roztworu przegrody i urzadzenia rozdzielcze moga byc umieszczone w komorze odbiorczej, strefie grzejnej i róznych przewodach/Jak równiez w komorze rozdzielcze].Aparat wyparny moze pracowac oddzielnie, jak wyparka jednodzialowa albo w polaczeniu zjedna lub wieksza iloscia jednostek, w systemie odparowywania wlelodzlalowego. W systemie tym typowe jest na przyklad odparowywanie trójstopniowe, w którym pare wprowadza sie jako medium grzejne do strefy grzejnej lub skrzynki parowi) pierwsze] wyparki podczas gdy pare goraca z komory rozdzielczej pierwszej wyparki wprowadza ste Jako medium grzejne do strefy grzejnej lub skrzynki parowej drugiej wyparki. I analogicznie, goraca pars) i komory rozdzielczej drugiej wyparki wprowadza sie jako medium grzejne do strefy grzejnej lub skrzynki parowa} trzeciej wyparki. Przerabiany roztwór zawierajacy chlorek i wodorotlenek sodowy, tj. roztwór sody kaustycznej z elektrollzera przeponowego, wprowadza sie do komory odbiorczej trzeciej wyparki, w której przeprowadza sie wstepne zatezenie I oczyszczenie tego roztworu. Z kolei czesciowo zatezony i oczyszczony roztwór wprowadza sie do komory odbiorczej drugiej wyparki, w której przeprowadza sie dalsze zatezania I oczyszczenie roztworu. Uzyskany roztwór przechodzi nastepnie do komot y odbiorczej pierwszej wyparki W której zatezenle i oczyszczahle koriczy sie I w której stezony, oczyszczony roztwór sody kaustycznej odbiera sie Jako produkt kortoowy.W Innym sposobie roztwór z elektrollzera mozna wprowadzic najpierw do drugiej, nastepnie do trzeciej I wreszcie pierwszej wyparki. Widac, zatem, ze w pierwszym dziale panuje najwyzsza temperatura i najwieksze stezania wodorotlenku sodowego, natomiast wdziala trzecim wystepuja najwieksze stezania chlorku sodowego.Wdziala pierwszym temperatura wynosi zwykle okolo 120-200°C, stezania wodorotlenku sodowego zawieraja sie w granicach okolo 30-73% wagowych a chlorku sodowego w granicach okolo 4-10% wagowych, natomiast Cisnienia wynosza 0,7-7 atmosfer. Z kolei W wyparce trzeciej typowe temperatury wynosza okolo 40-70°C, stezenia wodorotlenku zawieraja sie w granicach okolo 9-20% wagowych, stezenia chlorku sodowego w grani¬ cach okolo 10-18% wagowych a cisnienia wynosza okolo 0-0,14 atmosfery. W ogólnosci w drugim dziale wyparnym panuja warunki posrednie miedzy warunkami panujacymi w dziale pierwszym i trzecim, to jest typowa sa temperatury okolo 70-120*0, stezenia wodorotlenku sodowego okolo 20-30% wagowych, stezenia chlorku sodowego okolo 6-14% wagowych I cisnienia w granicach 0,21 -1,05 atmosfer.W przypadku, gdy stosuje sie raczej wyparke jednodzialowa niz opisany wyzej wielodzialowy system, warunki temperatury, cisnienia i stezania panujace w wyparce lub jednostce wyparnej sa w ogólnosci zblizone do warunków panujacych w pierwszej wyparce baterii trójdzialowej.Z powyzszego widac, ze materialy stosowane w konstrukcji aparatów lub jednostek wyparnych narazone sa na zmienne stezenia wodorotlenku i chlorku sodowego, zarówno w fazie cieklej jak i parowej, oraz w szerokim zakresie cisnien i temperatur. Ustalono jednak, ze podczas pracy urzadzenia korozja i spowodowane chlorkami pekniecia naprezeniowe staja sie znacznie ostrzejsze w przypadku temperatury powyzej 50°C. W takich warunkach, zwlaszcza w temperaturach powyzej 100°C, rozmaite kompozycje stali nierdzewnych badane dotychczas pod katem przydatnosci jako materialy zastepcze niklu, ulegaja znacznej korozji i peknieciom w stosunkowo krótkich okresach czasu. Wyklucza to ich wykorzystanie na skale przemyslowa. Z tego wzgledu nalezy zdawac sobie sprawe, ze najwieksze zagrozenie korozyjne istnieje w rurach skrzynki parowej pierwszej wyparki. Tu wlasnie wnetrza rur stykaja rie z roztworem sody kaustycznej o zawartosci wodorotlenku sodowego okolo 45% w temperaturze okolo 14B°C, podczas gdy ich zewnetrzne strony stykaja sie z para w temperaturze 186°C i pod cisnieniem okolo 10,5 atm. Przy tego rodzaju pracy, efektywny czas uzytkowania stali nierdzew¬ nych jest bardzo krótki i zupelne zniszczenie niektórych z nich nastepuje w czasie okolo 3-4 tygodni.Jakkolwiek szereg czesci skladowych wyparek w normalnej pracy nie jest narazone na tak skrajne warunki korozyjne, albo nawet na temperatury nie wyzsze niz 100°C i moze byc wykonane z dotychczasowych stali nierdzewnych, to jednak zawsze moga zdarzyc sie warunki pracy odbiegajace od normalnych. W takich przypadkach nawet powierzchnie drugiego i trzeciego dzialu moga stykac sie z roztworami o nadzwyczaj wysokich stezeniach sody kaustycznej, w nienormalnie wysokich temperaturach. Korzystne jest zatem zastosowa¬ nie takiego materialu konstrukcyjnego, który bylby odporny na korozje w calym mozliwym zakresie warunków pracy.4 91 380 Do wytwarzania powierzchni aparatu wyparnego lub jednostki wyparnej, które stykaja, sie z roztworami wodorotlenku sodowego i chlorku sodowego albo z parami zawierajacymi porwane roztwory wodorotlenku i chlorku sodowego, wykorzystuje sie ferrytyczna stal chromowa. Jak wskazywano uprzednio do takich powierzchni w aparatach lub jednostkach wyparnych naleza powierzchnie komory odbiorczej, rur przeplywo¬ wych w strefie grzejnej, komory rozdzielczej, przewodów przegród I urzadzen rozdzielczych itp. Winnym roztwiazaniu z ferrytycznej stali chromowej moze byc wykonany raczej caly aparat wyparny, a nie tylko te czesci, które stykaja sie z roztworem i/lub parami w temperaturach powyzej 50°C.Inna mozliwosc polega na tym, ze z ferrytycznej stali chromowej wedlug wynalazku moga byc wykonane tylko wewnetrzne powierzchnie jednostki wyparnej lub aparatu wyparnego. Mozna tego dokonac przez pokrycie materialu o mniejszej odpornosci korozyjnej, takiego jak stal miekka, stopem z ferrytycznej stali chromowej wykorzystujac do tego celu odpowiednia technike, taka jak walcowanie, lutowanie twarde, spawanie, laczenie eksplozyjne, itp. Chociaz zastosowanie materialu okladzinowego moze byc cokolwiek tansze to powstaje jednak problem utrzymania pelnego wiazania miedzy korodujacym materialem zewnetrznym i warstwa wewnetrzna utworzona z odpornej na korozje ferrytycznej stali chromowej. Dotyczy to w szczególnosci operacji ksztaltowa¬ nia, spawania i montowania jednostek wyparnych. Z tej przyczyny jak juz opisywano, ferrytyczna stal chromowa, stosuje sie korzystnie raczej jako taka, a nie jako material powleczeniowy. Tym sposobem eliminuje sie problemy utrzymania wiazania miedzy powierzchniami metalicznymi i uzyskuje sie jednostke wyparha, która moze byc wykorzystana albo jako pierwsza, druga lub trzecia wyparka w baterii wyparnej, albo tam gdzie nie stosuje sie odparowywania wielodzialowego, jako pojedynczy aparat wyparny.Przy konstruowaniu jednostki wyparnej 2 ferrytycznej stali chromowej mozna w ogólnosci korzystac z techniki konwencjonalnej. Zatem do wytworzenia czesci skladowych jednostki wyparnej mozna wykorzystac konwencjonalne sposoby obróbki i ksztaltowania, przyczyni czesci mozna dalej laczyc stosujac rózne techniki spawania, az do skonstruowania gotowej jednostki wyparnej. Tak wykonane jednostki moga dalej pracowac juz w pelnym zakresie temperatur, cisnien i stezen chemikaliów. Stwierdzono, ponadto, ie Ich czas uzytkowania jest co najmniej równy czasowi uzytkowania porównywalnych jednostek wyparnych wykonanych z niklu.Przedmiot wynalazku jest wyjasniony w przykladach, które nie ograniczaja jego zakretu. W przykladach tych, jesli nie wskazano inaczej czesci i procenty oznaczaja czesci I procenty wagowe a temperatury podano w stopniach Celsjusza. Ponadto material oznaczony w przykladach jako „E—Brite 28—1" jest ferrytyczna stara o podanym uprzednio skladzie, dostarczona przez firme Airo Vacuum Metals. Przyklady te ilustruja tylko wynalazek oraz sposób jego realizacji, nie ograniczajac jego zakresu.W przykladach tych wykorzystano standardowy system odparowywania trójdzialowego 3*2-1, skladajacy sie z trzech konwencjonalnych jednostek wyparnych z wymuszona cyrkulacja. W komorze rozdzielczej lub przestrzeni parowej pierwszej wyparki zawieszone próbki róznych metali o przyblizonych wymiarach 3,8 X 8,98 cm. Niektóre z nich znajdowaly sie w cieczy kornory, w której stykaly sie z roztworem zawierajacym w przybli¬ zeniu 45% wagowych wodorotlenku sodowego 5,8% wagowych chlorku sodowego, 1,0% wagowy siarczanu sodowego i okolo 0,05% wagowego chloranu sodowego, w temperaturze okolo 140°C. Inne próbki zawieszono w czesci parowej komory, gdzie stykaly sie z silnie przegrzana para wodna w temperaturze okolo 140ÓC, która zawierala slady cieczy porwanej z czesci .cieczyw komorze. W takich warunkach utrzymywano w wyparce próbki metali, przy czym system wyparny pracowal przez okres 33 dni. Po uplywie tego czasu próbki wyjeto zmierzono stopien ich skorodowania, który warazono jako szybkosc korozji w milimetrach/rok. Stosujac takie postepowanie uzyskano wyniki podane w tabeli. Nalezy miec na uwadze, ze niektóre próbki mialy wycisniete wglebienia, podczas gdy na innych, w poprzek próbki, przebiegal scieg spoiny. Próbki z wglebieniami oznaczono w tabeli jako „g" a próbki ze szwem spawalniczym jako „W".Przy klady od I do VII znajduja sie w tabeli.Przy kl,ad VIII. Korzystajac z wyzej opisanego aparatu kilka niklowych rurek ze skrzynki parowej pierwszej wyparki zastapiono rurkami wykonanymi z nastepujacych materialów E—Brite, stal nierdzewna 304, stal nierdzewna 309, stal nierdzewna 316, tytan 50A. Rurki ze stali nierdzewnej 304 posiadaly poczatkowa grubosc scianek 0,21 cm, z tytanu 50 A 0,089 cm, podczas gdy grubosc scianek rurek pozostalych wynosila poczatkowo 0,165 cm.System wyparny pracowal poczatkowo w sposób wyzej opisany. Stwierdzono, ze zaledwie po 2 godzinach pracy rurki z tytanu 50A ulegly zniszczeniu i musialy byc usuniete ze skrzynki parowej. Po 25 dniach pracy ze skrzynki parowej wyjeto rurki ze stali nierdzewnych 304, 309, i 316, przy czym stwierdzono, ze rurki ze stali nierdzewnej 316 stracily na sztywnosci. Zbadano rurki ze stali nierdzewnych 304 i 309 i stwierdzono, ze w obydwu przypadkach rurki znacznie zcienialy sie na kazdym koncu, przy czym grubosc scianek rurek ze stali 304 zmniejszyla sie od poczatkowej 0,21 cm do 0,101—0,106 cm, a rurki ze stali 309 od poczatkowej 0,165 cm do 0,104—0,109 cm. Zaobserwowano ponadto ogólne zcienienie rurek ze stali 303 do 0,528 mm na calej91 380 5 dlugosci w ciagu 25 dni, co odpowiada ogólnej szybkosci korozji 7,416 mm/rok. Rurki ze stali 309 wykazywaly ogólne zciemenie na cale] dlugosci okolo 0,0254 mm w ciagu 25 dni, co odpowiada ogólnej szybkosci korozji okolo 0,370 nm/rok.Po 116 dniach pracy urzadzenia wyjeto rurki 2e stali E-Brite, Grubosc scianek na koncach rurek zmhiejssyla Sie tylko do OJ54'-0,160 cm od grubosci 0J65 cm. Ponadto maksymalne zcienienle na calej grubosci rurek wynosilo okolo 0,0254 mm wciagu 118 dni, co odpowiada ogólnej korozji okolo 0,0787 mm/rok* Z powyzszych wyników widac, ze stop ferrytycznej stali nierdzewnej, oznaczony jako „E-Brite 26-1", wykazuje znacznie nizsza szybkosc korozji niz rózne badane stale nierdzewne oraz, le szybkosc korozji tego materialu jest zasadniczo taka sama jak dla niklu. Material ten jest zatem odpowiednim substytutem niklu jako meWial konstrukcyjny w jednostkach wyparnych do pracy z roztworami zawierajacymi chlorek (wodorotlenek sodowy, w temperaturach powyzej okolo B0°C.Przyklad iX. Korzystajac z materialu „E-Brite 26—1" konstruuje sie jednostke wyparna typu konwencjonalnego z wymuszona cyrkualcja. W jednostce tej material uzytyjest do wykonania komory odbieraja¬ ce] ciecz, rurek i oslon rurek w skrzynce parowej, komory rozdzielczej lub przestrzeni parowej, przegród i urzadzen rozdzielczych znajdujacych sie w przestrzeni parowej i komorze odbiorczej jak równiez przewodów laczacych te komory. Jesli odparowywaniu poddaje sie ciecz z przestrzeni katodowej etektrolizera przeponowe¬ go, zawierajaca okolo 11% wagowych wodorotlenku sodowego, 16% wagowych chlorku sodowego, 0,4% wagowego siarczanu sodowego i 0,01% wagowego chloranu sodowego, w temperaturze okolo 80°C, to odpornosc korozyjne tych jednostek je$t co najmniej równowazna odpornosci korozyjnej porównywalnych jednostek wykonanych z niklu, zarówno wtedy, gdy jednostka pracuje jako wyparka jednodzialowa, jako wyparka pierwsza w baterii trójdzialowe], albo jako pierwsze, druga lub trzecia wyparka w takim systemie. ,0185 0,0193 0,0076 0,0147 0,0086 _ 0,0078 0,1717 0,1737 Nieznaczne brazowawe zabarwienie, brak sladów ataku korozyjnego Korozja miedzyziarnowa w uczulo- onych obszarach przyleglych do spoin Rozpuszczona ogólna korozja oraz kilka lekkich wzerów Rozproszona korozja ogólna oraz kilka lekkich wzerów Rozproszona korozja ogólna oraz kilka lekkich wzerów Rozproszona korozja ogólna oraz kilka lekkich wzerów Rozproszona korozja ogólna oraz kilka lekkich wzerów Rozproszona korozja ogólna oraz - kilka lekkich wzerów Rozproszona korozja ogólna Pewne zmatowienie powierzchni rozproszona lekka korozja ogólna Pewne zmatowienie powierzchni, rozproszona lekka korozja ogólna Pewne zmatowienie powierzchni, rozproszona lekka korozja ogólna Bardzo duza korozja ogólna i wy¬ trawienie powierzchni Bardzo duza korozja ogólna i wy¬ trawienie powierzchni, uprzywile¬ jowany atak na spoiny Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 10 zl PLThe subject of the invention is a ferritic, low-carbon chromium steel used, in particular, for the construction of evaporators for the evaporation, concentration and / or purification of aqueous solutions of chlorides and alkali metal hydroxides. In the treatment of a number of chemicals to obtain them in a commercial form, solutions and suspensions are subjected to often evaporation, the result of which is the concentration of the processed solution or suspension, and often the purification of the solution or suspension by crystallization or impurities, or for a given product.Depending on the properties of the processed materials, various types of evaporators were used in these processes for years. evaporators, especially surfaces in contact with the processed material, were selected from the point of view of the chemical and physical properties of the processed materials, as well as the pressure and temperature conditions in the evaporation system. particularly important, for example, in the processing of aqueous solutions of alkali metals hydroxides, such as are formed during the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal chlorides in diaphragm cells. Such solutions, which initially contain 8-14% by weight of alkali metal hydroxide, up to 18% by weight of alkali metal chloride, and up to 0.05% by weight of alkali metal chloranate, are heated to 50-200 ° C under a pressure of 0.07-7 atm. in order to obtain a solution with a higher concentration of alkali metal hydroxide, the typical alkali metal hydroxide content is about 35-73 wt%, alkali metal chloride about 8 wt% and alkali metal chlorate to 0.2 wt%. Upon contact with such solutions and under the given conditions, the materials of construction of the evaporator are not only subjected to severe attack by alkali metal hydroxides, but also to chloride-induced stress cracking, especially in the pipes in the heat transfer section. Various construction materials were proposed for this type of apparatus used for evaporation, concentration and purification of aqueous solutions of alkali metal hydroxides. These materials included a number of conventional stainless steels such as 304,304L, 310,316,316L, etc., which were only partially suitable for this purpose, as under the more severe operating conditions the corrosion rate and the number of stress cracks were high enough so that replacement was necessary every few months. Therefore, none of these materials was satisfactory from the point of view of long-term use. The classic construction material for evaporators used in the case of aqueous solutions of alkali metal hydroxides was nickel. Although from the point of view of the device operation nickel is a completely satisfactory material, due to its high price efforts were made to find suitable materials, less expensive. However, these efforts have not been successful until now. The subject of the invention is a ferritic low-carbon chromium steel as a construction material with an equivalent corrosion resistance to nickel but much cheaper to it. According to the invention, ferritic chrome steel contains no more than 0.01% carbon, not more than 0.4% manganese, not more than 0.02% phosphorus, not more than 0.02% sulfur, not more than 0.4% silicon, not more than 0.015% nitrogen, not more than 0.20 % copper, no more than 0.60% nickel from copper, 25.0-27.5% chromium, 0.75-1.50% molybdenum and iron to balance the balance. The percentages given are percentages by weight. The ferritic chromium steel of the given composition is characterized by a low content of carbon, carbon and nitrogen, and the content of these components is much lower than in other stainless steels. Moreover, it is preferably nickel-free. The material is produced by an electron furnace refining process in which the molten material is subjected to a very high vacuum, for example 0.5 microns, for an extended period of time, while the material is heated by an electron beam. Such a source of heat ensures that areas of high heating are located in the molten metal, which in turn facilitates evaporation and removal of impurities. In turn, refined metal is continuously cast, using the heat of an electron beam to keep it fluid. The method and device for the production of ferritic chrome steel are given in the American patent description No. 3,764,297. It was found that ferritic chrome steel of the above composition can be used as a full-value nickel substitute material in an evaporative system used for the evaporation, concentration and purification of aqueous chlorides and alkali metal hydroxides. Typical of such evaporation systems is that they consist of one or more evaporation units in which the vacuum evaporation of aqueous alkali metal chloride and hydroxide solutions, such as caustic soda solutions from a diaphragm cell electrolyser, is carried out to give concentrated, purified hydrogen gas. The evaporator may belong to one of the types of apparatus known to be suitable for use with caustic soda solutions such as rising film evaporators, forced circulation evaporators, external or internal circulation systems, etc. the particular type of evaporator used, all these units have a liquid receiving chamber into which all treated solutions are introduced, for example caustic soda solution from the cathode space of the diaphragm electrolyser. In a typical design, this chamber is located at the bottom of the apparatus and connects to a flow-through heating zone containing heat exchangers. The nature of the receiving chamber, however, changes depending on the particular type of evaporator. For example, in some circumstances the chamber may be a separate, distinct device, in other circumstances it may be a tube or other type of conduit, or simply a circulation pump chamber or housing. For convenience, by "liquid receiving chamber" is meant that part of the apparatus, notwithstanding its particular configuration into which the treated solution is introduced. The flow-through heating zone may be of any suitable type, although essentially a steam box containing heat exchanger or boiler tubes. In typical systems, an aqueous solution of sodium chloride and hydroxide passes through pipes, which may be arranged horizontally or vertically, with the steam box located either inside or outside the evaporator. With this arrangement, steam or other heating medium passes through the steam box. In another solution, a steam box or a heat exchanger can be used, in which steam or other heating medium passes through the pipes, and the treated solution is passed to the outside of these pipes. In addition, the apparatus is equipped with appropriate pipes for processing ¬ of these solutions from The receiving chamber to the heating zone. Depending on the configuration of the apparatus and the location of the heating zone, these conductors can be placed either inside or outside the evaporator. Corresponding conduits are also placed between the heating zone and the separation chamber in which a liquid-vapor mixture is produced from the treated solution. The distribution chamber, operating normally under vacuum, may be equipped with baffles or distribution devices, the task of which is to ensure an even distribution of the liquid-vapor mixture throughout the entire cross-section of the distribution chamber, that is, to ensure such an action of vapor from the liquid, in which the entrainment and lifting of the liquid from the pair is minimal. In addition, suitable lines are also provided for returning the liquid from the distribution chamber to the liquid receiving chamber, from which the liquid is then returned through the heating zone back to the distribution chamber. In a number of cases, in order to obtain an appropriate distribution and flow of the processed solution, baffles and distribution devices may be be placed in the receiving chamber, heating zone and various ducts / As well as in the distribution chamber]. The evaporator can work separately as a single-barreled evaporator or in combination with one or more units in a power vessel evaporation system. Typical of this system is, for example, three-stage evaporation, in which steam is introduced as heating medium into the heating zone or steam box of the first evaporator, while the hot steam from the first evaporator's distribution chamber introduces ste As heating medium into the heating zone or steam box of the second evaporator. . Likewise, the hot pars) and the separation chamber of the second evaporator are fed as heating medium to the heating zone or steam box of the third evaporator. The processed solution containing chloride and sodium hydroxide, ie caustic soda solution from the diaphragm electro-collector, is introduced into the receiving chamber of the third evaporator, in which the initial concentration and purification of this solution are carried out. In turn, the partially concentrated and purified solution is introduced into the receiving chamber of the second evaporator, where further concentration and purification of the solution are carried out. The obtained solution is then transferred to the receiving chamber of the first evaporator, in which the decantation and purification chamber is stopped and in which the concentrated, purified caustic soda solution is collected as a corticoid product. In another way, the solution from the elektrollzer can be introduced first to the second, then to the third and finally to the first evaporators. It can be seen, therefore, that in the first section there is the highest temperature and the highest concentration of sodium hydroxide, while the third one has the highest concentration of sodium chloride. The operating temperature is usually around 120-200 ° C, sodium hydroxide concentrations are within the range of 30-73% by weight of sodium chloride in the range of about 4-10% by weight, while the pressure is 0.7-7 atmospheres. In the third evaporator, on the other hand, typical temperatures are about 40-70 ° C, the concentrations of hydroxide are about 9-20% by weight, the concentration of sodium chloride is about 10-18% by weight, and the pressure is about 0-0.14 atmosphere. In general in the second evaporative section there are conditions intermediate to those of the first and third sections, i.e. temperatures of about 70-120 * 0 are typical, sodium hydroxide concentration of about 20-30% by weight, sodium chloride concentration of about 6-14% by weight. pressures in the range of 0.21 -1.05 atmospheres. Where a mono-column evaporator is used rather than the above-described multi-column system, the temperature, pressure and concentration conditions of the evaporator or evaporator unit are generally similar to those of the first battery evaporator From the above, it can be seen that the materials used in the construction of evaporative apparatuses or units are exposed to variable concentrations of sodium hydroxide and chloride, both in the liquid and vapor phase, and in a wide range of pressures and temperatures. However, it has been found that during operation, corrosion and chloride-induced stress cracks become much more severe at temperatures above 50 ° C. Under these conditions, especially at temperatures above 100 ° C, the various stainless steel compositions hitherto investigated for suitability as nickel substitute materials undergo significant corrosion and cracks over relatively short periods of time. This excludes their use on an industrial scale. For this reason it should be realized that the greatest risk of corrosion exists in the pipes of the steam box of the first evaporator. It is here that the inside of the pipes is in contact with a caustic soda solution with a sodium hydroxide content of about 45% at a temperature of about 14B ° C, while their external sides are in contact with steam at a temperature of 186 ° C and a pressure of about 10.5 atm. With this type of work, the effective service life of stainless steels is very short and the complete destruction of some of them occurs in about 3-4 weeks. However, many components of the evaporators in normal operation are not exposed to such extreme corrosive conditions or even to such extreme conditions. temperatures not higher than 100 ° C and may be made of the usual stainless steels, however, there may always be operating conditions deviating from the normal ones. In such cases, even the surfaces of the second and third sections may contact solutions with extremely high concentrations of caustic soda, at abnormally high temperatures. It is therefore advantageous to use a material of construction which is resistant to corrosion in the full range of operating conditions possible.4 91 380 For the production of surfaces of the evaporator or evaporator unit which are in contact with sodium hydroxide and sodium chloride solutions or with vapors containing entrained solutions of sodium hydroxide and chloride, ferritic chrome steel is used. As previously indicated, such surfaces in evaporator apparatuses or units include the surfaces of the receiving chamber, flow pipes in the heating zone, the distribution chamber, partition ducts and distribution devices, etc. Another solution of ferritic chrome steel may be the entire evaporator, rather than only those parts which are in contact with the solution and / or vapors at temperatures above 50 ° C. Another possibility is that according to the invention, only the inner surfaces of the evaporator or evaporator can be made of ferritic chrome steel according to the invention. This can be done by coating a material with a lower corrosion resistance, such as mild steel, with a ferritic chromium steel alloy using a suitable technique such as rolling, brazing, welding, explosive bonding, etc. Although the use of a cladding material can be somewhat cheaper however, the problem arises of maintaining a full bond between the corrosive exterior material and the interior layer formed by the corrosion-resistant ferritic chrome steel. This applies in particular to the operations of shaping, welding and assembling the evaporator units. For this reason, as already described, ferritic chrome steel is preferably used as such rather than as a coating material. In this way, the problems of maintaining the bond between metallic surfaces are eliminated and an evaporator unit is obtained which can either be used as the first, second or third evaporator in an evaporator battery or, where multi-cycle evaporation is not used, as a single evaporator. 2 ferritic chrome steel can generally be used with a conventional technique. Thus, conventional machining and shaping methods can be used to manufacture the components of the evaporator unit, and the parts can be further combined using various welding techniques until the finished evaporator unit is constructed. Units made in this way can continue to work in the full range of temperatures, pressures and concentrations of chemicals. Moreover, it has been found that their useful life is at least equal to that of comparable nickel evaporator units. The subject matter of the invention is illustrated by the non-limiting examples. In these examples, unless otherwise indicated, parts and percentages are parts and percentages by weight and temperatures are in degrees Celsius. In addition, the material identified in the examples as "E-Brite 28-1" is a ferritic old with the composition stated previously, supplied by Airo Vacuum Metals. These examples only illustrate the invention and how to implement it, without limiting its scope. These examples use a standard system three-beam evaporation 3 * 2-1, consisting of three conventional forced-circulation evaporative units In the distribution chamber or the vapor space of the first evaporator, dissimilar metal samples approximately 3.8 x 8.98 cm in size were suspended, some of which were in a liquid kornor, in which they were brought into contact with a solution containing approximately 45% by weight of sodium hydroxide, 5.8% by weight of sodium chloride, 1.0% by weight of sodium sulfate, and about 0.05% by weight of sodium chlorate, at a temperature of approximately 140 ° C. Other samples were suspended in the part of the steam chamber, where they were in contact with highly superheated steam at a temperature of about 140 ° C, which contained traces of liquid the liquid in the chamber. Under these conditions, samples of the metals were kept in the evaporator and the evaporation system was operated for a period of 33 days. After this time had elapsed, the samples were removed, the degree of corrosion was measured, which was determined as the corrosion rate in millimeters / year. By applying this procedure, the results presented in the table were obtained. Note that some samples had indentations pressed into them, while others had a weld bead running across the sample. The samples with indentations are marked in the table as "g" and the samples with weld seams as "W". For clades I to VII are listed in the table. For cl. To VIII. Using the apparatus described above, several nickel tubing from the steam box of the first evaporator were replaced with tubing made of the following materials: E — Brite, 304 stainless steel, 309 stainless steel, 316 stainless steel, 50A titanium. The 304 stainless steel tubes had an initial wall thickness of 0.21 cm, 50 A titanium 0.089 cm, while the other tubes had an initial wall thickness of 0.165 cm. The evaporation system initially operated as described above. It was found that after only 2 hours of operation the 50A titanium tubes had deteriorated and had to be removed from the steam box. After 25 days of operation, the 304, 309, and 316 stainless steel tubing was removed from the steam box and 316 stainless steel tubing was found to lose rigidity. 304 and 309 stainless steel tubes were tested and found that in both cases the tubes shaded significantly at each end, with the wall thickness of the 304 steel tubes decreasing from 0.21 cm initially to 0.101-0.106 cm, and the 309 steel tubes starting 0.165 cm to 0.104-0.109 cm. In addition, an overall shade of 303 steel tubes to 0.528 mm across the entire length was observed within 25 days, corresponding to an overall corrosion rate of 7.416 mm / year. The 309 steel tubes showed an overall darkening of about 0.0254 mm in 25 days, which corresponds to an overall corrosion rate of approximately 0.370 nm / year. After 116 days of operation, the E-Brite 2e tubes were removed, Wall thickness at the ends of the tubes zmhiejssyla Sie only to OJ54'-0.160 cm from the thickness of 0J65 cm. In addition, the maximum thinning across the entire thickness of the pipes was about 0.0254 mm in 118 days, which corresponds to a general corrosion of about 0.0787 mm / year * From the above results, you can see that the ferritic stainless steel alloy, labeled "E-Brite 26-1" , has a much lower corrosion rate than the various stainless steels tested and, but the corrosion rate of this material is essentially the same as for nickel. This material is therefore a suitable substitute for nickel as a structural steel in evaporative units for working with solutions containing chloride (sodium hydroxide, temperatures above about B0 ° C. Example iX. Using the material "E-Brite 26-1", a conventional type evaporator unit with forced circulation is constructed. In this unit, the material is used to make the liquid receiving chambers, tubes and tube sheathing in the steam box, the distribution chamber or the steam space, partitions and the distribution devices located in the steam space and the receiving chamber as take the cables connecting these chambers. If the liquid from the cathode space of the diaphragm etectrolyzer is subjected to evaporation, containing about 11% by weight of sodium hydroxide, 16% by weight of sodium chloride, 0.4% by weight of sodium sulphate and 0.01% by weight of sodium chlorate at a temperature of about 80 ° C, the corrosion resistance of these units is at least equivalent to the corrosion resistance of comparable nickel units, whether the unit is operated as a monoblock evaporator, as a first evaporator in a three-beam battery, or as a first, second or third evaporator in such a system. , 0185 0.0193 0.0076 0.0147 0.0086 _ 0.0078 0.1717 0.1737 Slight brownish color, no signs of corrosion attack Intergrain corrosion in sensitized areas adjacent to the joints Dissolved general corrosion and a few light patterns Diffuse general corrosion plus some light patterns Diffuse general corrosion plus some light patterns Diffuse general corrosion plus some light patterns Diffuse general corrosion plus some light patterns Diffuse general corrosion plus - some light patterns Diffuse general corrosion Some surface matting Diffuse light general corrosion Some surface matting, some diffuse matting slight general corrosion Some tarnishing of the surface, diffuse slight general corrosion Very high general corrosion and etching of the surface Very high general corrosion and etching of the surface, preferential attack on the welds Work. Typographer. UP PRL, circulation 120 + 18 Price PLN 10 PL