KR950005323B1 - 황산에 의한 부식을 방지하기 위한 합금 및 그의 사용 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

황산에 의한 부식을 방지하기 위한 합금 및 그의 사용 방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 농도 96% 이상의 황산에 대한 내식성을 갖는 장치의 구조재로 사용하기 위한 것으로, 크롬 21 내지 55중량%, 철 30중량%이하, 텅스템 5 중량%이하, 니켈 45 내지 79중량%의 필수 구성 요소와 탄소, 규소, 인, 황, 질소, 알루미늄, 구리, 바나듐, 티타늄, 탄탈 및 니오브와 같은 불순물 원소로 구성되는, 몰리브덴은 함유하지 않고 크롬을 함유한 합금에 관한 것이다.

[발명의 배경]

황산은 일반적으로 이산화황을 삼산화황으로 산화시키고, 이것을 농축황산에 흡수시켜 물과 반응케 하여 다른 황산을 형성시킴으로써 제조된다.

황산 제조에 있어서의 주요 단계는건조, 흡수 및 냉각이다. 이 작업에서 황산의 농도는 일반적으로 96% 이상이 된다.

농축 황산과 발연황산은 특히 비교적 고온에서 극히 적극적인 매체이다. 따라서 황산과 접촉하는 설비, 예로서 접촉탑, 열교환기, 파이프, 밸브, 펌프, 분배기 등과 같은 황산 제조 공장의 모든 부품은 내식성 재료로 제조되어야 한다. 여기에 사용되는 내식성 재료에는 주철, 벽돌, 플라스틱 및 내식성 합금이 있다.

사용된 금속재 부품은 특히 급속한 부식을 받는다. 그래서 각별한 주의를 하지 않거나 고합금화하지 않으면 이들의 수명은 제한된다.

고합금 재료와 주철은 공장의 형태가 한정되고, 플랜지와 결합구가 보다 많게 되어 단가가 상승되고 잠재적 누출 부위가 발생하는 등의 가공상의 난점이 있다.

부식을 감소시키기 위한 한가지 방법으로는 양극 보호법(anodic protection)이 있다. 산화막의 전기화학적 형성에 의해 부식은 상당히 감소될 수 있다. 그래서 120℃이상의 산성 분위기에서도 스테인레스강을 사용할 수 있게 된다.

양극 보호법의 단점은 형상이 간단한 장치에만 사용 가능하다는 점이다. 따라서, 노즐, 파이프 굴곡부, 플랜지 등의 특정 부품은 양극 보호에 의해서는 부식으로부터 보호되지 않는다. 그외에도 산업 규모상 양극 전위를 유지시키는 데에는 광범위한 감시가 요구된다. 또 조업중지시에는 경우에 따라 다시 부동태화시키지 않으면 안된다.

내식성 재료의 제조에 탄탈을 사용하는 방법(이.에프.룹톤의 1983년도 화학공업지 35권 6호의 화학 장치용 특수 금속)은 용도 제한에 따른 가격 상승으로 인해 사용이 한정된다.

독일 특허 제2,154,126호는 고온 농축 황산에 대한 내식성 재료로서 몰리브덴을 함유하는 오스테나이트계 니켈 합금을 예시하고 있다. 그러나 상기 합금은 가공상의 난점으로 인하여 그의 사용은 샤프트, 베어링, 펌프, 밸브 등과 같은 부품에 한정된다.

독일 특허 제3,320,527호는 규소함유강에 관한 것인데, 이와같은 종류의 재료도 취급상의 난점으로 인하여 그의 용도는 한정된다.

마지막으로 고온, 고농축 황산에 이용하기 위한 재료를 유럽 특허 제1,309,674호가 예시하고 있는데, 그러나 상기 재료중에서 합금 26-1(재료번호 1.4131, 코드번호 XICrMo 261)만이 요구 조건하에서 우수한 내식성을 보일 뿐이다. 이들 재료의단점는 가공성의 불량이다. 그 중에서도 특히 용접하는 데에는 엄격한 조건이 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 황산에 대해 저항성이 있으며, 전술한 합금의 어떠한 단점도 갖지 않은 저렴하고 취급이 용이한 재료를 제공하는 것이다.

[발명의 요약]

농도가 96%이상인 황산의 제조 및 처리에 사용되는 제조 설비의 요구 조건을 만족시키는 것으로, 철 0.5 내지 30중량%, 텅스텐 5 중량%이하, 니켈 79중량% 이하를 함유하고, 21 내지 55중량%인 크롬 함유량을 갖는 크롬 함유 합금이 발견되었다. 본 발명은 몰리브덴을 함유하지 않으면서 21 내지 55중량%의 크롬과 79중량%이하의 니켈을 함유하는 금속 합금으로 황산과 접촉하는 설비나 장치를 제조하므로써 황산의 제조및 처리시에 황산의 영향에 의해 발생되는 부식으로부터 장치를 보호하는 것에 관한 것이다.

[상세한 설명]

따라서 본 발명은 농도가 96%이상인 황산의 부식 영향에 대해 내식성이 있는 장치의 재료로서 크롬 21내지 55중량%, 철 30중량%이하, 텅스텐 5 중량% 이하 및 니켈 45 내지 79중량%와 전형적인 불순물 원소로서 탄소, 규소, 인, 황, 질소, 알루미늄, 구리, 바나듐, 티타늄, 탄탈 및 니오브로 구성되는 크롬 함유 합금에 관한 것이다.

특히 우수한 내식성은 합금이 크롬을 23 내지 55중량% 함유할 때 얻어진다.

황산에 내식성이 있는 종래의 합금은 적어도 몰리브덴을 2 중량% 함유하고 있지만, 본 발명의 합금은 몰리브덴을 함유하지 않는다. 그러면서도 본 발명에 따른 합금의 내식성은 몰리브덴을 함유한 상기 종래의 합금보다 더 우수하다. 본 발명에 따른 합금의 니켈 함유량은 우수한 가공성에도 기여한다.

본 발명에 따른 합금으로 구성된 장치는 고농도 황산에 극히 높은 내식성을 보인다. 따라서 본 발명은 농도가 100중량%이하, 적합하게는 98.0 내지 99.5중량%에 이르는 황산에 저항하는 물질이 본 발명에 따라 사용되는 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명에서는 황산의 재생산에도 관련하고 있다.

또한 놀랍게도 상기 물질은 농도가 100 내지 122.5 중량%에 이르는 황산(발연황산)에도 내식성을 보이는 것이 발견되었다. 발연황산의 범위에 있어서도 물질의사용은 그 탁월한 부식 반응에 의해 경제적이고 안전한 것으로 추천되고 있다.

황산의 농도에 따른 부식 반응 외에도 본 발명에 따른 합금의 독특한 온도 반응은 황산 저항 재료로서의 용도에 극히 중요하다. 본 발명에 따른 합금으로 구성된 물질은 350℃이하, 적합하게는 50 내지 250℃, 더욱 적합하게는 80 내지 200℃의 온도에서 황산에 저항을 보인다.

본 발명에 따른 합금의 사용은 그 전반적인 특성으로 보아 종래의 물질에 비해 우수하다. 따라서 본 발명의 합금은 열교환기, 파이프 라인, 펌프, 펌프부품, 결합구, 플랜지, 여과기 바스켓, 스모크 여과기, 드롭 분리기, 그리고 SO₃함유가스의 흡수용 및 황산을 건조제로 사용하는 경우의 가스의 건조용 장치 및 용기의 제작용으로 특히 적합하다. 장치는 동일 또는 유사 종류의 용접 보조물을 이용하는 통상의 기술로 제조한다.

합금원소의 높은 비율로 인해, 본 발명의 물질은 비교적 적극적인 냉각수와도 사용할 수 있다.

황산 제조시에 에너지 회수의 면에 있어서는 특히 중감 또한 최종 흡수에 대해 약 80℃이상이 적합한데, 이 때 공급수를 예열하거나 또는 110℃이상의 온도에서 저압 증기를 생성하기 위해 열교환이 이용된다. 본 발명에 따른 합금은 상기 용도에도 적합하다. 따라서 본 발명에 따라 다른 실시예는, 본 발명의 합금으로 구성된 장치가 80 내지 200℃의 온도와 H₂SO₄가 98.0 내지 99.5중량%인 황산 농도하에서 황산설비의 중간 및 최종 흡수 단계에 사용되는 특징을 갖는다. 다음의 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로서, 어떠한 의미에서도 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

[실시예 1]

SO₃500톤의 1일 생산 능력을 갖는 황산로에 근거한 이중접촉 설비에 있어서, 각종 합금을 125 내지 135℃의 온도와 98.5 내지 99.5%의 황산 농도에서 산 냉각기에 투입하기 전에 중간 흡수기의 산 회로에 사용했다.

유속은 대략 1m/sec였으며, 시험 기간은 42 내지 60일이었다. 순환된 산의 양은 약 250㎥/hour였다.

장방형 시험편의 치수는 50×15×3mm였다.

개개의 시편(경우에 따라 용접된)을 테프론 스페이서를 사용하여 서로 분리하고, 튜브의 벽으로부터 격리 시켰다.

내식성(mm/a)은 중량 측정법과 변환법을 사용하여 측정했다.

시험한 물질은 표 1에 기재하였고, 실시예 1의 결과는 표 2에 기재했다.

[표 1]

[실시예 2]

다음의 물질은 각종 온도에서 99% H₂SO₄에 7일간 보관했다. 다음의 부식율은 mm/a로 측정하여 관측했다. 시편의 치수는 50×15×3mm였다.

온 도(℃)

[표 2]

물질 1 내지 3의 시험편은 실질적으로 균일하게 부식되었으며, 물질 4와 5는 더욱 심각하게 부식되었다.

Claims (10)

1. 21내지 55중량%의 크롬, 30중량% 이하의 철, 5중량% 이하의 텡스텐 및 45 내지 70중량%의 니켈을 필수 구성 요소로 포함하고, 탄소, 규소, 인, 황, 질소, 알루미늄, 구리, 바나듐, 티타늄, 탄탈 및 니오브로 이루어진 그룹에서 선택한 적어도 하나의 원소를 불순물로 포함하고, 몰리브덴은 함유하지 않고 크롬을 함유하는 합금을, 96%이상의 농도를 갖는 황산과 접촉하며 이에 저항하는 물체로서 사용하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금의 크롬 합유량은 23 내지 51중량%인 것을 특징으로 하는 부식 방지용 합금을 사용하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 황산의 농도는 98.0 내지 100중량%인 것을 특징으로 하는 부식방지용 합금을 사용하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 황산의 농도가 100 내지 122.5중량%인 발연황산인 것을 특징으로 하는 부식방지용 합금을 사용하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 황산은 350℃이하의 온도에서 장치부분과 접촉하는 것을 특징으로 하는 부식방지용 합금을 사용하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 온도는 50 내지 250℃인 것을 특징으로 하는 부식 방지용 합금을 사용하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 온도는 80 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 부식 방지용 합금을 사용하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 금속 장치부분은 교환기, 파이프 라인, 펌프, 펌프부품, 결합구, 플랜지, 여과기 바스켓, 스모크 여과기, 드롭 분리기, 용기 및 SO₃함유 가스의 흡수용 장치 또는 황산을 건조제로 사용하는 경우의 가스의 건조용 장치인 것을 특징으로 하는 부식 방지용 합금을 사용하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 장치부분은 온도 80 내지 190℃, 황산 농도 H₂SO₄98.0 내지 99.5 중량%에서 작동하는 황산 설비의 중간 및 최종 흡수 단계에 놓이는 것을 특징으로 하는 부식 방지용 합금을 사용하는 방법.
10. H₂SO₄98.0% 이상의 농도를 갖는 황산을 취급하거나 그와 접촉하기 위한 금속 장치의 부식용 방지하기 위한 부식 방지용 합금에 있어서, 상기 합금은 21내지 55 중량%의 크롬, 30중량% 이하의 철, 5중량% 이하의 텡스텐은 45 내지 79중량%의 니켈을 필수 구성원소로 포함하고, 탄소, 규소, 인, 황, 질소, 알루미늄, 구리, 바나듐, 티타늄, 탄탈 및 니오브로 이루어진 그룹에서 선택한 적어도 하나의 원소를 불순물로 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 방지용 합금.