Tenth LACCEI Latin American and Caribbean Conference for Engineering and Technology (LACCEI’2012) ”Megaprojects: Building Infrastructure by Fostering Engineering Collaboration, Efficient and Effective Integration and Innovative Planning” July 23 - 27, 2012 Panama City, Panama.

ANALISIS DE FALLA DE UN CODO DE UN TUBO RADIANTE DE UN RECALENTADOR DE GAS

REFORMADO DE UNA LA PLANTA DE REDUCCION DIRECTA DE MINERALES DE HIERRO

Gil Linda, Ottmar Rodríguez Universidad Nacional Experimental Politecnica “Antonio Jose de Sucre”, Centro de Estudios de Corrosion, UNEXPO,

Ciudad Guayana, Bolivar, Venezuela, Email: lindaegilgmail.com

1. INTRODUCCIÓN

En los procesos de reduccion directa de minerales de hierro , se requiere que para que el Gas Reductor se encuentre a las temperaturas operativas necesarias para lograr la reducción del mineral de hierro, para ello se emplean Recalentadores de gas reformado, los cuales mediante la circulación del gas por los tubos radiantes se logra que el gas alcance la temperatura adecuada (Backer 1999, Grabke2003) . En el año 2011, se presentó una falla del tipo catastrófica en dos codos de los tubos radiantes presentes en la en el Recalentador de una Planta de Reduccion Directa de Minerales. La falla se manifesto en la perdidad de material tipo picadura pasante en la zona expuesta a mayor temperatura, ocasionando que el equipo fuera sacado de servicio, disminuyendo así la producción de briquetas en la Planta. La presente investigación se planteo como objetivo determinar las causas que originaron la falla.

2. METODOLOGÍA

Para la realización de este trabajo, se siguio la metodologia caracteristicas para un analisis de falla de materiales. se realizo revision de aspectos de diseño y de especificaciones tecnicas del Recalentador de gas reformado, de su historial de operaciones, mantenimiento e inspección del mismo. Se tomaron muestras representativas de los codos fallados a las que se les realizó: Inspección visual del codo fallado, análisis químico, determinación de dureza, caracterización metalografica por microscopía óptica a fin de determinar la microestructura y verificar especificaciones técnicas del material tales como; tamaño de grano, nivel de inclusiones, fases presentes y caracterización de daños por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), ara ello se evaluaron secciones transversales y planares con un microscopio electrónico de barrido Phillips XL30, acoplado un microanalizador por energía dispersiva (EDX) modelo EDAX DL4. Finalmente se caracterizaron los depósitos y/o productos de corrosión por Difracción de rayos X, con un difractometro PHILLIPS, PW3710, bajo las siguientes condiciones utilizando un Cátodo: Cu (Kα), filtro de Ni, λ: 1.54178Å, Velocidad: 0.02°2θ/s. La figura 1 muestra el codo que presento perforación.

Figura 1: a) Codo del tubo radiante del Recalentador que presento perforacion en radio interno .b) Vista del interior del codo fallado

10th Latin American and Caribbean Conference for Engineering and Technology

Panama City, Panama July 23-27, 2012 2

3. MECANISMO DE FALLA Y CONCLUSIONES

La caracterización fisicoquímica del material corresponde con la de una aleación ASTM A 297 HP Nb, la cual no tiene variación a pesar del uso presentado. La microestructura de la aleación evaluada se corresponde con un acero Hp modificado con Nb, el cual presenta una matriz de austenitica (solución sólida de Fe-Cr-Ni) con carburos primarios ricos en Cr y Nb en los bordes de grano y carburos de cromo dispersos dentro de la matriz. La evidencia experimental obtenida señala como mecanismo de falla un ataque localizado por un mecanismo de Metal Dusting, corroborado con la presencia de polvo de grafito en la superficie interna del codo y la presencia de una actividad del carbono en la mezcla de gases mayor a 1. Lo anterior nos indica que no se lleva un control adecuado de inyección de H2S para prevenir el metal dusting y además una variación de parámetros operativos debido a constantes paradas del equipo. Investigaciones previas (Zhang, 2007) sobre materiales resistentes al Metal Dusting confirman que un mínimo de 28% de Cr (Lai, 1997) es requerido para formar una estable y continua capa de oxido de cromo que proteja el metal de la carburización y metal dusting. Esto puede explicar que en nuestro caso, en el acero de fabricación Hp mod. Nb, los porcentajes de Cr, obtenidos experimentalmente están por debajo de este valor. La presencia de zonas con una alta precipitación de carburos secundarios se explica en función de que una vez, perdida la capacidad protectora de las capas antes mencionadas, el gas entra en contacto directo con el aleación de fabricación, dado las condiciones de trabajo en cuanto a temperatura y composición de gases (actividad del carbono mayor a 1 , como en la presente investigación), se produce el fenómeno de metal dusting ( Baker, 1999, Szakalos,2001) en el cual el CO se descompone formando C disuelto el cual difunde a través de la matriz para formar carburos. En la aleación en estudio los elementos Cr, Ni y Nb, que tienen una mayor tendencia a formar carburos, están presentes en porcentajes considerables lo cual produce la formación de carburos complejos de estos elementos (carburos secundarios). Esto propicia el inicio de un proceso de corrosión microgalvánica entre la matriz y los carburos. Estos carburos luego se descomponen para formar carbono en forma de grafito, como el observado en las secciones frontales de todas las muestras evaluadas. Los principales componentes de los productos de corrosión son óxidos de Hierro y Cromo. Dentro de los productos de corrosión obtenidos se presenta el sulfato de hierro, debido a la presencia en el gas del H2S.

REFERENCIAS

Baker, B. and Gaylord, D. Smith (1999). “Metal Dusting Behaviour of High Temperature Alloys”, Proceedings of Corrosion 99, Ed. NACE International, Paper No. 54, Houston, USA. Grabke H. J. (2003). “Metal Dusting”. Corrosion, Vol. 54, No. 10, pp 736-746. Lai, G. Y. (1997), High-Temperature Corrosion of Engineering Alloys, Ed. ASM International, USA Szakalos, P. (2001). “Mechanisms of Metal Dusting -An Overview of Current Literature”, Proceedings of Corrosion 2001, Ed NACE International, Paper No. 01372, Hosuton, USA. Zhang, J. and Young, D. (2007). “ Kinetics and mechanisms of nickel metal dusting I. Kinetics and morphology”. Corrosion Science , Vol.49 , pp 1496–1512 Authorization and Disclaimer LINDA GIL, Y OTTMAR RODRIGUEZ authorize LACCEI to publishes the paper in the conference proceedings. Neither LACCEI nor the editors are responsible either for the content or for the implications of what is expressed in the paper.