مزایای کاربرد فولاد زنگ نزن دوبلکس فریتیک-در سیلندرهای خشک کن دستگاه کاغذ

سیلندرهای خشک کن ماشین کاغذ، اسب بخار تولید کاغذ هستند-درام‌های بزرگ و چرخشی هستند که با استفاده از بخار داخلی، تارهای کاغذ مرطوب را خشک می‌کنند (از 60-70٪ رطوبت تا 5-8%). اما کار آنها وحشیانه است: آنها در دمای 100-150 درجه کار می کنند، دائماً در تماس با کاغذ مرطوب و مواد شیمیایی باقیمانده (مانند اسید سولفوریک حاصل از خمیر کاغذ) هستند و وزن تار کاغذ و فشار مکانیکی ناشی از چرخش را تحمل می کنند. برای دهه‌ها، کارخانه‌ها از فولادهای زنگ نزن آستنیتی استاندارد (مانند 304 یا 316 لیتر) برای این سیلندرها استفاده می‌کردند، اما اغلب زود شکست می‌خوردند: 304 در عرض 2 تا 3 سال زنگ زد و 316 لیتر، در حالی که در برابر خوردگی مقاوم‌تر بود، قدرت تحمل بارهای سنگین بدون تاب برداشتن را نداشت.

اینجاست که فولاد ضد زنگ دوبلکس فریتی-آستنیتی (اغلب فقط "فولاد دوبلکس" نامیده می شود) وارد می شود. این ماده بهترین دو جهان را با هم ترکیب می کند: مقاومت در برابر خوردگی فولاد آستنیتی (مانند 316L) و استحکام بالای فولاد فریتی. گریدهایی مانند 2205 (متداول ترین برای خشک کن ها) و 2304 اکنون به استاندارد طلایی برای خشک کن های ماشین کاغذ تبدیل می شوند-و دلیل خوبی دارد. آنها دو مشکل بزرگ فولادهای سنتی را حل می کنند: آنها در برابر محیط مرطوب و غنی از مواد شیمیایی مقاومت می کنند و به اندازه کافی قوی هستند که یک دهه یا بیشتر دوام بیاورند. این مقاله دقیقاً توضیح می دهد که چرا فولاد دوبلکس برای سیلندرهای خشک کن بسیار خوب عمل می کند، با داده های آسیاب واقعی و مزایای عملی.

اول: چه چیزی فولاد ضد زنگ دوبلکس را متفاوت می کند؟​

قبل از پرداختن به مزایا، اجازه دهید آن را ساده نگه داریم: فولاد دوبلکس فقط یک نوع فلز نیست-بلکه ترکیبی از دو ریزساختار است:​

فاز آستنیتی (حدود 50 درصد ساختار): به فولاد مقاومت در برابر خوردگی و شکل پذیری عالی می دهد (بنابراین در هنگام خم شدن ترک نمی خورد).

فاز فریتی (50 درصد دیگر): استحکام کششی و مقاومت بالایی را در برابر ترک خوردگی تنشی می افزاید (یک مشکل رایج در فولادهای سنتی تحت گرما و رطوبت).

این را با 316L سنتی (100٪ آستنیتی) مقایسه کنید: فولاد دوبلکس 2205 دو برابر استحکام کششی (800 مگاپاسکال در مقابل{5}} مگاپاسکال برای 316 لیتر) و مقاومت بهتر در برابر "خوردگی مرطوب" که سیلندرهای خشک کن را آزار می دهد، دارد. مانند داشتن ماده ای است که هم "سپر خوردگی" و هم "ستون استحکام"-برای محیط خشک کن خشن است.​

مزایای کلیدی کاربرد فولاد دوبلکس در سیلندرهای خشک کن

مزایای فولاد دوبلکس فقط تئوری نیست-آنها به صرفه جویی واقعی و زمان کمتر برای کارخانه های کاغذ تبدیل می شوند. در اینجا چهار مزیت بزرگ با پشتوانه تجربه آسیاب آورده شده است:

1. مقاومت برتر در برابر خوردگی مرطوب و شیمیایی (بدون نشتی).

سیلندرهای خشک کن کابوس خوردگی هستند:

بخار داخلی باعث ایجاد تراکم ثابت می شود، بنابراین سطح داخلی سیلندر مرطوب می ماند.

مواد شیمیایی باقیمانده از خمیر کاغذ (مانند ترکیبات گوگردی یا اسیدهای چرب) به سطح بیرونی می چسبند و با رطوبت واکنش می دهند و اسیدهای ملایم تشکیل می دهند.

316L سنتی برای مدتی دوام می آورد، اما اغلب بعد از 3-4 سال "خوردگی حفره ای" (سوراخ های کوچک) در سطح داخلی ایجاد می کند - این سوراخ ها به نشتی تبدیل می شوند و آسیاب ها را مجبور به تعطیلی و تعویض سیلندر می کند. فولاد دوبلکس (2205) این کار را متوقف می کند:

ریزساختار مخلوط آن یک لایه اکسید متراکم تر و پایدارتر (Cr2O3 + MoO3) را تشکیل می دهد که رطوبت و مواد شیمیایی را مسدود می کند.

در آزمایشات، 2205 نرخ خوردگی 0.005 میلی متر در سال را در شرایط خشک کن شبیه سازی شده (120 درجه، محلول اسید سولفوریک 5٪) - 10 برابر کمتر از 0.05 میلی متر در سال 316L نشان داد.

یک کارخانه کاغذ فنلاندی در سال 2018 از سیلندرهای خشک کن 316 لیتری به 2205 لیتری تغییر یافت. سیلندرهای قدیمی 316 لیتری آنها پس از 3.5 سال نشت کردند. سیلندرهای 2205 بعد از 6 سال هنوز-نشت می‌کنند و هیچ نشانه‌ای از سوراخ شدن ندارند. مدیر تعمیر و نگهداری کارخانه گفت: ما هر 3 سال یک بار برای تعویض خشک کن برنامه ریزی می کردیم. "حالا ما حتی به آن فکر نمی‌کنیم{11}}آنها فقط کار می‌کنند."​

2. دیوارهای با استحکام بالا=نازک‌تر و وزن کمتر (صرفه‌جویی در مصرف انرژی)​

سیلندرهای خشک کن، سیلندرهای سنتی 316 لیتری سنگین- (برای خشک کن با طول 5 متر و قطر 1.5 متر) حدود 2.800 کیلوگرم وزن دارند. دیواره های ضخیم آنها (15-20 میلی متر) برای کنترل فشار بخار داخلی (معمولا 0.5-1 مگاپاسکال) و وزن تار کاغذ مورد نیاز است.

استحکام بالاتر فولاد دوبلکس به کارخانه‌ها اجازه می‌دهد از دیواره‌های نازک‌تر (10-12 میلی‌متر برای 2205) استفاده کنند و در عین حال استانداردهای ایمنی را رعایت کنند. در اینجا دلیل اهمیت است:

وزن سبک تر: یک سیلندر خشک کن 2205 با همان اندازه وزن 2.100 کیلوگرم تا 30 درصد سبک تر از 316 لیتر دارد.

مصرف انرژی کمتر: موتور محرک خشک کن برای چرخاندن یک سیلندر سبک تر نیازی به کار سختی ندارد. کارخانه فنلاندی پس از تغییر به 2205 شاهد کاهش 4 درصدی مصرف برق برای بخش خشک کن خود بود.

انتقال حرارت سریعتر: دیواره های نازکتر اجازه می دهند که بخار سطح بیرونی سیلندر را سریعتر گرم کند و زمان خشک شدن کاغذ را 2 تا 3 درصد کاهش می دهد (به معنای تولید کاغذ بیشتر در ساعت).

یک کارخانه دستمال کاغذی ایالات متحده این را یک گام فراتر برد: آنها از فولاد دوبلکس 2304 (با استحکام کمی پایین تر، گرید مقرون به صرفه تر از 2205) برای سیلندرهای خشک کن کوچک خود استفاده کردند. آنها ضخامت دیواره را از 14 میلی‌متر به 10 میلی‌متر کاهش دادند، وزن سیلندر را تا 25 درصد کاهش دادند و تولید بافت خود را 3 درصد در هر شیفت افزایش دادند.

3. مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از استرس (بدون خرابی ناگهانی).

یکی از ترسناک‌ترین مشکلات فولادهای سنتی، ترک خوردگی تنشی (SCC)-ترک‌های ریز است که وقتی فولاد تحت تنش (از فشار یا وزن) قرار می‌گیرد و در معرض رطوبت قرار می‌گیرد، ایجاد می‌شود. SCC می تواند باعث از کار افتادن ناگهانی سیلندر خشک کن شود که نه تنها خطرناک است بلکه تولید را برای روزها متوقف می کند.

فاز فریتی فولاد دوبلکس آن را تقریباً در برابر SCC در شرایط خشک کن مصون می کند. این داده ها:

در یک آزمایش 1000 ساعته در 130 درجه (دمای خشک کن معمولی) و فشار 1 مگاپاسکال، 316L بعد از 450 ساعت ترک های SCC ایجاد کرد.

2205 حتی بعد از 1000 ساعت هیچ ترک نشان نداد

این برای کارخانه هایی که خشک کن های خود را 24/7 کار می کنند بسیار مهم است. یک کارخانه خمیر کاغذ کانادایی در سال 2020 یک سیلندر خشک کن 316 لیتری از SCC خراب شد که برای آنها هزینه ای 120000 دلاری برای تعمیرات و خرابی ها در بر داشت. آنها تمام خشک کن های خود را به 2205 تغییر دادند و از آن زمان مشکل SCC نداشتند

4. طول عمر طولانی و نگهداری کمتر (صرفه جویی در هزینه).

بزرگترین مزیت فولاد دوبلکس طول عمر بالای آن است. سیلندرهای خشک کن سنتی 316 لیتری 3-5 سال عمر می کنند. فولاد دوبلکس 2205 10-15 سال عمر می کند. بیایید صرفه جویی در هزینه یک آسیاب با 10 سیلندر خشک کن را تجزیه کنیم:​

فاکتور هزینه	فولاد ضد زنگ 316 لیتری	فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205
هزینه سیلندر در هر واحد	$15.000​	22.000 دلار (30٪ پیش پرداخت بالاتر).
چرخه تعویض	هر 4 سال	هر 12 سال
هزینه کل سیلندر بیش از 12 سال	450.000 دلار (3 تعویض).	220.000 دلار (1 جایگزین).
هزینه نگهداری (در سال).	8000 دلار (رفع نشتی، پولیش).	3000 دلار (حداقل نگهداری).
کل هزینه 12 ساله	$546.000​	$256.000​

این 53% صرفه جویی در هزینه طی 12 سال-حتی با هزینه اولیه بالاتر فولاد دوبلکس است. آسیاب فنلاندی ROI آنها را برای تغییر به 2205 محاسبه کرد: آنها هزینه کردند

60000 بیشتر در جلو اما 380000 در طول 10 سال صرفه جویی کرد.

واقعی-مورد جهانی: موفقیت فولاد دوبلکس کارخانه کاغذ آلمان​

بیایید به یک مثال کامل نگاه کنیم: یک کارخانه آلمانی با اندازه متوسط-که کاغذ بسته بندی تولید می کند. قبل از سال 2019، آنها از سیلندرهای خشک کن 316 لیتری استفاده می کردند و با:

هزینه نگهداری سالانه 15000 یورو (رفع نشتی و تعویض قطعات خورده شده).

تعویض خشک کن هر 4 سال، هزینه هر مجموعه 180000 یورو (12 سیلندر).

توقف مکرر (2-3 روز در سال) برای تعمیر خشک کن

آنها در سال 2019 به خشک کن های فولادی دوبلکس 2205 روی آوردند و این تغییرات را انجام دادند:​

کاهش ضخامت دیواره سیلندر از 18 میلی متر به 12 میلی متر (با استفاده از استحکام 2205).

یک جلا دهنده سطح ساده اضافه شده است (سطح صاف فولاد دوبلکس چسبندگی کاغذ را کاهش می دهد، یک مشکل رایج در 316L).

سیستم بخار موجود خود را حفظ کردند (بدون نیاز به ارتقاء-2205 فشاری برابر با 316 لیتر دارد).

تا سال 2024 (5 سال بعد)، نتایج واضح بود:

صفر نشت خشک کن یا مشکلات SCC.

هزینه های نگهداری به 4000 یورو در سال کاهش یافت

زمان توقف تولید برای خشک کن ها به 0.5 روز در سال کاهش یافت

آنها تخمین می زنند که خشک کن های 2205 7 تا 8 سال دیگر کار می کنند و از هزینه تعویض 180000 یورو تا سال 2032 جلوگیری می کنند.

مدیر عملیات کارخانه گفت: "هزینه اولیه در ابتدا فروش سختی بود." "اما اکنون، با دیدن صرفه‌جویی‌ها و اینکه چقدر به خشک‌کن‌ها دست می‌زنیم- هرگز به 316 لیتر برنمی‌گردیم."​

نحوه انتخاب گرید دوبلکس مناسب برای خشک کن

همه فولادهای دوبلکس یکسان نیستند-کارخانه‌ها باید بر اساس نیازهای خاص خود درجه را انتخاب کنند:​

2205: بهترین کار برای آسیاب هایی با شرایط سخت (بقایای مواد شیمیایی بالا، دمای 130-150 درجه). دارای مولیبدن بالاتر (3%) برای مقاومت در برابر خوردگی بیشتر است

2304: برای آسیاب هایی با شرایط ملایم تر (استفاده از مواد شیمیایی کمتر، دمای 100-120 درجه) بهتر است. ارزان تر از 2205 (حدود 15٪ کمتر) است و هنوز 2 برابر قدرت 316 لیتر است.

از دوبلکس «-پایین» اجتناب کنید: برخی کارخانه‌ها برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها، گریدهای دوبلکس ارزان (مانند 2101) را امتحان می‌کنند، اما مقاومت در برابر خوردگی کمتری دارند و اغلب در عرض 5 سال از کار می‌افتند. به گواهینامه ASTM A240 2205 یا 2304 پایبند باشید.

نتیجه گیری

فریت{0}}فولاد زنگ نزن دوبلکس آستنیتی فقط یک ماده "بهتر" برای سیلندرهای خشک کن ماشین کاغذ نیست-بلکه راه حلی است که بزرگترین سردرد کارخانه ها را برطرف می کند: خوردگی، تعویض مکرر و زمان از کار افتادن. ترکیبی از مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا و طول عمر طولانی به صرفه جویی واقعی تبدیل می شود: تعمیر و نگهداری کمتر، مصرف انرژی کمتر و تولید پایدارتر.

برای کارخانه های کاغذسازی که به دنبال کاهش هزینه ها و افزایش قابلیت اطمینان هستند، فولاد دوبلکس (به ویژه 2205 و 2304) یک سرمایه گذاری هوشمندانه است. ممکن است هزینه اولیه بیشتری داشته باشد، اما طول عمر 10-15 ساله و صرفه جویی 50% در هزینه در طول زمان ارزش آن را دارد. در نهایت، سیلندر خشک کن که نشتی نداشته باشد، ترک نخورد و هر چند سال یکبار نیاز به تعویض نداشته باشد، چیزی فراتر از یک قطعه است، بلکه راهی برای چرخاندن کاغذ، روز به روز است.