Dias 16 e 17 de maio...SemTec João Pessoa

Artigo publicado pela World Cement em junho de 2017 discorre sobre como melhorar a eficiência da instalação de tijolos refratários em fornos rotativos de cimento

TROCA DE VIROLA OU PROTEÇÃO?????

Fique de olho.... 

Impacto Econômico da troca de um trecho de virola comparativamente à recuperação com KilnGard-600SCW

O custo de reposição de 10 metros de uma virola de um forno com 5,6 metros de diâmetro está ilustrado na tabela abaixo. O forno teve que parar depois que uma perfuração foi detectada no casco. Os cálculos foram feitos tomando por base uma produção de 2.000 ton. de clínquer por dia.

Dias de produção perdidos	15
Produção perdida (ton)	30.000,00
Valor da produção (US$)	$   2.145.000,00
Custo de reposição da virola (US$)	$       750.000,00
Custo de refratário (US$)	$       182.000,00
Custo total	$   3.077.000,00

Ricardo Mosci, valores de 2002

Área do trecho da virola
Diâmetro (m)	5,60
Comprimento (m)	10,00
Área (m²)	175,84

Custo de recuperação da virola com KilnGard-600SCW
Dias de produção perdidos	2
Produção perdida (ton)	4.000,00
Valor da produção (US$)	$       286.000,00
Custo material e instalação do KG600SCW (US$)	$         47.930,58
Custo de refratário (US$)	$       182.000,00
Custo total	$       515.930,58

Obs: situação hipotética de 2 dias de produção perdidos considerando dias extras de forno parado dedicados exclusivamente à instalação de KilnGard-600SCW (tempo de parada normalmente não é estendido em função da inclusão deste serviço no cronograma).

Proteção à corrosão para fornos de cimento

A corrosão interna da virola de fornos rotativos das fábricas de cimento vem se tornando um problema mais frequente e sério. Com o aumento do uso de combustíveis alternativos houve um aumento dos compostos de cloretos nos gases da combustão. Estes cloretos somados aos óxidos de enxofre normalmente presentes produzem um condensado ácido e quente sobre o casco do forno por debaixo do refratário. O efeito deste tipo de corrosão não é uniforme, comumente é pior no último terço do trecho da virola. Há um novo revestimento cerâmico para proteção que pode ser aplicado sobre o casco do forno antes da instalação do tijolo refratário. Este material seca à temperatura ambiente e durante a partida do forno cura à alta temperatura, resultando numa barreira quimicamente resistente, que suporta a abrasão e previne a corrosão da virola do forno.

Introdução

Muitos fornos de cimento estão sofrendo com o severo ataque corrosivo por debaixo do refratário. No passado a corrosão no forno não era um assunto que merecesse atenção, mas nos últimos anos está se tornando cada vez pior.

Há duas tendências atuais que observamos e parecem se relacionar com a intensidade da corrosão: o alto teor de enxofre no combustível e, mais importante, o aumento do uso de combustíveis alternativos.

A figura 1 mostra a taxa de corrosão de um forno que foi protegido com chapa de sacrifício em inox. A perda de espessura do casco na região onde a chapa foi instalada foi maior do que 1,3 mm em apenas 11 meses de operação. Obviamente este não foi um sistema de proteção efetivo.

Figura 1. Corrosão num forno de cimento novo protegido com chapa de sacrifício em inox

Várias fábricas de cimento instalaram uma nova tecnologia de materiais cerâmicos chamada KilnGard-600SCW que é simples de instalar, fácil de inspecionar e tem excelentes características para proteção contra a corrosão e contra a abrasão.

Muitos fornos de cimento no México, Colômbia, Brasil, Filipinas, Honduras e Guatemala foram protegidos com este novo revestimento cerâmico, além de vários outros projetos em curso, incluindo um forno na Malásia e um projeto de reaplicação numa mesma região de um forno no México.

Considerando o investimento global para um novo forno, esta é uma solução muito rentável para adicionar mais anos à sua vida útil. A Figura 2 mostra o interior de um forno de cimento depois de remover o refratário. Após 6 anos de operação, a espessura do casco em algumas áreas saiu de 30 mm originais para 19 mm atuais.

Figura 2. Vista de perto de uma área corroída de casco de formo de cimento.

Corrosão sob o refratário

Um forno de cimento rotativo tem um ambiente muito diversificado no interior, basicamente é um reator químico complexo com várias zonas de temperatura e composições. Adicionalmente, a composição de matérias-primas, o tipo de combustível utilizado e as condições de operação irão influenciar a corrosão que ocorre num forno rotativo de cimento.

De todas as variáveis ​​de interesse, a composição química da farinha crua utilizada e especificamente seus teores de cloreto e enxofre e o tipo de combustíveis alternativos utilizados no forno são provavelmente as duas mais importantes em termos de sua contribuição à corrosão que irá ocorrer dentro do forno. Os cloretos e o enxofre vêm principalmente do combustível, mas em algumas plantas também podem estar presentes no calcário ou no ar de combustão.

Os vapores de óxidos de enxofre e cloretos podem vazar através de rachaduras no refratário, atingir a face interna do casco e produzir condensados ​​ácidos que podem ser muito agressivos. A Figura 3 mostra um grande pedaço de ferrugem com 3 a 4 mm de espessura.

Figura 3. Amostra de ferrugem do forno após 12 meses de operação.

Aplicações de campo

Uma fábrica de cimento no México passou pela experiência de evidenciar corrosão severa do casco por debaixo do refratário. Eles tiveram que substituir uma seção de 20 metros de comprimento de um dos fornos devido à espessura reduzida. Houve uma correlação com o aumento no uso de combustíveis alternativos. Tipicamente aço corroído delamina em camadas grossas que são fortemente magnéticas; isso geralmente corresponde ao tipo Fe₃O₄ de óxido de ferro.

Esta foi uma boa oportunidade para instalar o novo material nanocerâmico desenvolvido pela 3L&T – KilnGard-600SCW - para prolongar a vida útil da virola do forno. Este material é aplicado por pulverização sobre a superfície de aço jateada, numa espessura recomendada de 0,5 mm. Após secagem à temperatura ambiente durante cerca de 12 horas, os tijolos podem ser instalados como habitualmente. Este revestimento cerâmico atinge suas máximas propriedades físicas e químicas após o aquecimento do forno durante o processo de startup. A figura 4 ilustra mostra o processo da aplicação por pulverização do revestimento.

Figura 4. Aplicação do KilnGard-600SCW.

Uma outra fábrica de cimento nas Filipinas também fez várias aplicações de KilnGard-600SCW com base nos bons resultados obtidos. Após cada remoção de refratário, várias áreas revestidas sofrem algum dano mecânico e necessitam de algum reparo. A Figura 5 mostra a inspeção visual de uma seção de forno que foi protegida um ano antes, não há perda de espessura de casco.

Figura 5. Casco de forno protegido depois de 13 meses de operação

Uma boa maneira de confirmar a proteção contra a corrosão do revestimento do forno é medindo a espessura do metal ao longo do forno. A distância recomendada para o monitoramento é de metro em metro. Os pontos medidos inicialmente devem ser marcados de modo que as medidas de seguimento sejam feitas no mesmo local. A Figura 6 ilustra os resultados destas medições para um forno protegido com KilnGard-600SCW, a espessura da virola é praticamente a mesma após 12 meses em serviço.

Figura 6. Monitoramento de espessura de um casco de forno protegido com KilnGard-600SCW.

Conclusões

A corrosão é um problema adicional relativamente novo nas fábricas de cimento, quando isso acontece pode ser muito caro. Há muitos componentes diferentes que interferem no processo de corrosão e é uma batalha difícil mantê-lo sob controle. Várias plantas usaram revestimentos e tintas que não forneceram proteção adequada.

Em muitos fornos de plantas de cimento, a corrosão dos cascos tem sido mais agressiva nos últimos anos. Isto é devido a uma combinação de fatores, principalmente mais enxofre e cloretos nos gases.

Esta crescente necessidade de mercado levou a 3L&T a desenvolver um novo material cerâmico que tem demonstrado ser eficaz em condições severas de temperatura, abrasão e ataque químico. Este novo revestimento cerâmico, KilnGard-600SCW, pode ser aplicado durante a parada do forno, o refratário novo é instalado em cima dele e é curado no lugar durante o início normal da operação.

As aplicações de KilnGard-600SCW descritas neste artigo são apenas o começo.Um engenheiro experiente nos disse há alguns anos que "há um monte de corrosão lá fora". Nós nos sentimos orgulhosos de sermos capazes de fornecer uma solução.

SemTec - BH

A TE&M participou da 2ª edição do SemTec em Belo Horizonte (dias 05 e 06/10/2016). O SemTec foi concebido como um espaço para apresentar palestras técnicas e relevantes direcionadas para a indústria do Cimento e Cal. O evento reuniu empresas da região de Minas Gerais, Espírito Santo e Rio de Janeiro.

A programação contou com 20 palestras, entre elas as palestras ministradas pela nossa diretora Eliane Taveira, que também foi a mestre de cerimônia do seminário.

A palestra sobre “Corrosão na indústria cimenteira x coprocessamento - situação atual, soluções disponíveis, novas tecnologias”, abordou como ocorre o processo de corrosão e como este é agravado pelo aumento do coprocessamento (onde há a presença de compostos ácidos e umidade nos gases) que gera impacto cumulativo de até 1mm/ano e resulta na maioria dos casos em vida útil menor que 4 anos.

Os métodos de proteção normalmente aplicados – mudança das condições operacionais, o uso de ligas especiais (aço inoxidável 316L, hastelloy ou inconel) como material de construção ou a aplicação de tintas epóxis, revestimento à base de silicone e outras tintas tradicionais – não são eficientes no combate à corrosão.

Como proteger efetivamente os filtros de mangas ou outros equipamentos?

Através do uso de revestimento de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico com resistência às altas temperaturas, uma tecnologia desenvolvida pela 3L&T que a TE&M trouxe com exclusividade para o Brasil.

A palestra sobre “O ciclo de manutenção do refratário - novos equipamentos, diminuição de tempos de parada, segurança e qualidade na instalação de tijolos em fornos de cimento x ganhos reais” tratou da otimização do processo de manutenção do refratário e como as normas de segurança podem ser respeitadas e ainda assim o tempo de parada do forno pode ser diminuído.

Valorizando a segurança cria-se um ambiente de trabalho saudável que aumenta a produtividade da equipe, que, aliada ao uso de equipamento adequado, aumenta a qualidade da instalação do refratário e reduz o tempo de parada, o que resulta em aumento da lucratividade.

Para proporcionar tudo isso à sua empresa a TE&M trabalha com os produtos da Bricking Solutions, há mais de 40 anos no mercado e especialista em soluções para manutenção do refratário.

O Processo da Corrosão

Corrosão é a deterioração dos materiais, especialmente metálicos, pela ação eletroquímica ou química do meio. As reações de corrosão são espontâneas.

Enquanto na metalurgia adiciona-se energia ao processo para obtenção do metal, na corrosão observa-se a volta espontânea do metal à forma combinada, com a consequente liberação de energia. Este ciclo é denominado de “ciclo dos metais”.

Na indústria cimenteira o processo de corrosão gerado pelos gases quentes provenientes da combustão do forno ou de um gerador de gases quentes e a gravidade dessa corrosão variam de acordo com a natureza do equipamento e com as condições operacionais sob as quais a corrosão ocorre. Os quatro principais fatores que afetam a gravidade da corrosão são: a presença de compostos ácidos nos gases, a condensação na superfície interna do aço, a alta temperatura e a abrasão de partículas finas. A formação de condensado ácido corrói agressivamente o aço carbono a taxas de 1 mm /ano ou superior.

O equipamento que opera na temperatura mais baixa dentro do processo de produção de cimento é onde a maior parte dos problemas de corrosão ocorre, por exemplo, o filtro de mangas da moagem de carvão/coque e as chaminés. A corrosão nessas áreas pode ser ainda pior se houver vazamentos de ar, se as temperaturas exteriores forem baixas e se houverem paradas e partidas frequentes. 

Numa fábrica de cimento, com os gases quentes da combustão, o ácido condensado é a solução eletrolítica e o pH baixo potencializa a condutividade. A elevada temperatura acelera o ataque ao metal nas regiões aniônicas e as partículas abrasivas presentes nos gases removem a ferrugem da superfície e expõem novo metal à corrosão. Este processo explica porque a taxa de perda de espessura do metal pode ser maior do que 1 mm/ano em muitos equipamentos. Isto é facilmente visualizado em chaminés, onde a chuva ácida deixa marcas claras de seu rastro quando escorre pelas paredes do equipamento.

A figura mostra um duto de entrada de gases numa chaminé drasticamente corroído.

Métodos de proteção à corrosão

• Mudar as condições operacionais, mantendo a temperatura dos gases alta, acima do ponto de orvalho para prevenir a condensação. Porém essa prática gera desperdício de energia, não evita a condensação durante partidas e paradas, além de ser proibida em muitos casos dadas as restrições ambientais

• Uso de ligas especiais na construção dos equipamentos (inox 304, 316 ou 316L, Hastelloy). As ligas especiais encarecem o projeto de 5 a 10 vezes em relação ao uso do aço carbono. E mesmo as ligas “L” com baixo de teor de carbono não resistem a grandes concentrações de ácido sulfúrico, nem a presença de cloretos ou fluoretos continuando a correr risco de corrosão.

• Uso de revestimentos convencionais à base de silicone ou epóxi. Neste caso o revestimento precisa ser aplicado em várias camadas e mesmo assim possui vida útil curta, falhando por delaminação, por formação de bolhas ou em consequência de corrosão undercut (corrosão por debaixo da camada de revestimento aplicada por falta de adesão à superfície metálica).

• Uso de revestimentos 3L&T desenvolvidos para atender a necessidade de combater eficientemente o processo de corrosão com formulação química que permite uma forte adesão à superfície metálica criando uma camada protetora resistente a altas temperaturas e ao ataque dos ácidos presentes no processo. 

Problemas distintos de corrosão em fábricas de cimento demandam soluções específicas e de longo prazo. A corrosão, se não está sob controle, aumenta o custo de manutenção e reduz a eficiência operacional de uma planta. 

A análise mais importante da engenharia no que se refere à corrosão é determinar um sistema de proteção efetivo. Para um desempenho de longo prazo o sistema de revestimento deve ser capaz de resistir à temperatura operacional – incluindo picos eventuais, deve ser capaz de sobreviver a severo ataque químico, adicionalmente deve suportar a abrasão causada por particulado fino e mais importante – tem que ser imune à corrosão "undercut", ou seja, o revestimento tem que se ligar ao substrato metálico de forma tal que o condensado ácido não seja capaz de penetrar por debaixo da película protetiva. 

Por isso a TE&M trouxe para o Brasil a linha completa de sistemas de proteção à corrosão da 3L&T com tecnologia exclusiva que atende todas as especificações citadas acima.