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A corrosão e o coprocessamento no cimento – novas tecnologias

em proteção anticorrosão

SemTec Curitiba – Junho 2019 Eliane Taveira

CONCEITO E IMPORTÂNCIA DA CORROSÃO

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 conseqüente liberação de energia.

Este ciclo é denominado de “ciclo dos metais”.

“Corrosão” é um termo químico bastante empregado no cotidiano para se referir ao processo de destruição total, parcial, superficial ou estrutural de determinado material causado pela ação do meio.

As reações de corrosão são espontâneas

O processo da corrosão

Corrosão mais comum = processo eletroquímico ...um metal reage com seu meio ambiente para formar um óxido e outros componentes, geralmente na presença de água.

A pilha de corrosão que causa este processo tem três constituintes essenciais:

a) um anodo, b) um catodo e c) uma solução eletricamente

condutora.

Esquema da corrosão eletroquímica do metal.

Assim, a corrente de corrosão entre anodo e catodo consiste em: • elétrons fluindo dentro do metal e • íons fluindo dentro do eletrólito.

O processo da corrosão Corrosão eletroquímica

Como se dá o processo da corrosão numa fábrica de cimento, com os gases quentes da combustão:

o ácido condensado é a solução eletrolítica o pH baixo potencializa a condutividade a elevada temperatura acelera o ataque ao metal nas regiões aniônicas as partículas abrasivas presentes nos gases removem a ferrugem da superfície e expõem novo metal à corrosão.

RESULTADO: taxas de perda de espessura do metal > 1 mm/ano

O processo da corrosão

Quando esta é a situação: TARDE

DEMAIS!!!

Chaminé corroída

COPROCESSAMENTO NO CIMENTO

PROCESSO DA CORROSÃO e o COPROCESSAMENTO

• Aumento do uso de combustíveis alternativos

PetCoke

Borracha, pneus

PVC, garrafas PET

Silicone

Cavaco de madeira

R.G.C (Revestimento Gasto de Cubas) ou “Spent Potling”, alucoque

Resíduos industriais dos mais diversos

• Presença de compostos ácidos nos gases

– Alto teor de enxofre carvão ou Pet Coke, alto teor de voláteis x baixo preço - Cloretos na alimentação, no combustível ou no ar (costa) - CO2 e NOx provenientes da combustão

PROCESSO DA CORROSÃO

• Os gases provenientes do processamento de combustíveis contêm: vapor d’água, SOx, CO2, Cl, , F, Nox,

• e operam em temperaturas próximas do ponto de orvalho

• quando o ponto de orvalho é atingido produz-se condensação ácida e quente nas paredes metálicas dos equipamentos

• é neste cenário que a CORROSÃO aparece.

Torres de acondicionamento de gases

Sistemas de tratamento de gases do

carvão, da escória, de pozolana

Estruturas metálicas

Elevadores de canecas

Transportadores de correia

Filtros de mangas

Filtros eletrostáticos

Dutos, ventiladores, chaminés

Cascos de fornos rotativos de cimento e cal

Âncoras metálicas de fornos de cimento e cal

CORROSÃO NA INDÚSTRIA CIMENTEIRA

O que se pode fazer para reduzir o impacto deteriorativo ocasionado pela corrosão: a) manter a temperatura dos gases alta, acima do ponto de

orvalho para prevenir a condensação

b) eliminar os componentes ácidos dos gases

Métodos de proteção à corrosão

1) Mudança das condições operacionais

Alternativas

Métodos de proteção à corrosão

1) Mudança das condições operacionais

Alternativas

Limitações:

a) Quanto à temperatura:

desperdício de energia

proibida em muitos casos dadas as restrições ambientais

não evita a condensação durante partidas e paradas

b) Quanto a eliminar os componentes ácidos dos gases:

normalmente não é possível - mesmo diluídos, os ácidos quando quentes são muito corrosivos

Métodos de proteção à corrosão

Alternativas

2) Uso de ligas especiais como materiais de construção

Fabricação em aços inoxidáveis ou ligas especiais

Uso das ligas austeníticas 304 ou 316, ou de suas versões com

baixo teor de carbono, o 304L e o 316L

Uso de ligas como o Hastelloy ou Inconel

Limitações: Econômicas: investimento entre 5 a 10 vezes > aço carbono Operacionais: casos em que ligas especiais não resistem

a) concentração de H2SO3 e H2SO4 alta

b) presença de cloretos nos gases (provenientes da queima de pneus, borracha, garrafas pet, resíduos orgânicos) ou

c) Presença de fluoretos (da queima de resíduos da indústria de alumínio ou outros)

Métodos de proteção à corrosão

Alternativas 2) Uso de ligas especiais como materiais de construção

PROTEÇÃO À CORROSÃO:LIGAS INOXIDÁVEIS

RESISTÊNCIA À CORROSÃO E RESISTÊNCIA MECÂNICA DAS LIGAS INOXIDÁVEIS

CORROSÃO POR TENSÃO FRATURANTE SCC (Stress Corrosion Cracking)

Métodos de proteção à corrosão

Alternativas

3) Aplicação de tintas e revestimentos convencionais

Uso de diferentes tintas e revestimentos tradicionais, como:

a) os epóxis, resinas tipo Novolak ou similares

b) revestimentos à base de silicone

c) Primers como etil silicato de zinco

d) Tintas convencionais

Limitações:

• preparo de superfície intenso (não aceitam a presença de contaminantes sobre a superfície metálica)

• aplicação em múltiplas demãos (demanda tempo)

• vida útil muito limitada, falham em consequência de corrosão undercut (corrosão por debaixo da camada de revestimento aplicada por falta de adesão à superfície metálica)

Métodos de proteção à corrosão

Alternativas 3) Aplicação de tintas e revestimentos convencionais

Perfuração

Limitações: falham por delaminação ou por formação de bolhas

Métodos de proteção à corrosão

Alternativas 3) Aplicação de tintas e revestimentos convencionais

Delaminação

Desenvolvida final de 1999 - início dos anos 2000, nos EUA

O objetivo inicial era resolver problemas de corrosão em sistemas de desempoeiramento de fábricas de cimento.

Temperatura operacional: de 100ºC a 225ºC, picos de até 270ºC

Principal causa da corrosão:

a presença de SO2 e SO3 provenientes do enxofre no combustível e

a presença de cloretos dos combustíveis alternativos, ou devido à proximidade com a costa marítima.

Métodos de proteção à corrosão

Uso de revestimentos de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico – nova tecnologia FlueGard™-225

Alternativas

Objetivos do desenvolvimento x tecnologia integrada:

a) obter um revestimento que promovesse uma longa e forte adesão ao metal ... uso de um“binder” altamente reticulado e quimicamente muito reativo... passivação do metal durante a etapa de cura térmica

a) obter um revestimento que resistisse à temperatura operacional alta... incorporação de diversos “fillers” (preenchedores) inorgânicos interativos

b) Imunidade ao ataque de ácidos...matriz orgânica altamente reticulada

c) Resistência à erosão/abrasão por particulado fino...cadeia elastomérica no polímero

Uso de revestimentos de liga polimérica, curados e ligados ao substrato metálico – nova tecnologia FlueGard™-225

Métodos de proteção à corrosão Alternativas

Corrosão severa na área em aço exposta

Revestimento em condição impecável

FlueGard®-225SQC – amostra retirada de filtro de mangas após 5 meses em operação

PLACA DE TESTE VISTA DE PERTO!!!

FlueGard®-225SQC – crosslink entre revestimento e substrato metálico

SISTEMAS DE PROTEÇÃO À CORROSÃO DA 3L&T

Esquema de aplicação tradicional: a)jateamento ao metal quase branco b)rugosidade mínima entre 75 e 100 micrometros c)pulverização do revestimento em camada única (500 µm EFS) d)cura à temperatura ambiente – seco ao toque e)cura em alta temperatura – coesão ao substrato metálico

LINHA DE MATERIAIS: liga polimérica e nanocerâmica polimérica alta tecnologia e qualidade temperaturas desde ambiente até 625°C resistentes a SO3, SO2, CO2, HCl, HF e NOx

LINHA DE PRODUTOS ATUAL

Produtos que suportam até 255°C:

FlueGard®-225SQC – liga polimérica WearGard™-225SG – liga polimérica com alta resistência à abrasão StackGard™-255SQW – proteção à corrosão com amplo intervalo de cura Para temperaturas intermediárias: FlueGard™-425S – sistema polimérico inorgânico - suporta até 425ºC FlueGard™-455CHT – sistema polimérico cerâmico – suporta até 455ºC Produtos que curam e desenvolvem altíssima força de coesão com o aço em temperatura ambiente: CorrosionGard™-50S - temperatura ambiente CorrosionGard™-160S e SH2 – até 160°C constantes, com picos de até 250ºC

Produtos para alta temperatura - nanocerâmicos KilnGard™-600SCW – proteção para cascos de fornos WearGard™-625S – proteção à erosão+corrosão em alta temperatura

Padrão visual de limpeza ao metal quase branco conforme norma Petrobrás SA 2 ½

Inspeção de todas as pecas com rugosímetro Elcometer 223 Rugosidade mínima entre 75 e 100 micrometros

PROJETO MOAGEM DE CIMENTO INTERIOR SP PROCESSO DE APLICAÇÃO 1º Passo – Jateamento

para seu preparo é necessário usar um batedor manual

PROCESSO DE APLICAÇÃO

2º passo: preparo do material

Quase todos os materiais da linha da 3L&T são bicomponente – pot life!!!

3.1 Stripcoating - flanges, soldas, emendas preenchidos manualmente antes da pulverização

3.2 Pulverização - com tanque de pressão convencional ou Airless Spray

PROCESSO DE APLICAÇÃO

3º passo: aplicação do material

3.4 - Demarcação de áreas que terão que ter a espessura corrigida

3.3 Controle de espessura de camada úmida

3.5 - 2ª demão, completando camada úmida recomendada entre 650 e 900 micrometros, intervalo entre demãos de 12 a 48 h, dependendo do material

Instrumento: Positector 6000 Espessura mínima requerida 500µm (micrometros)

Ótimos resultados !!!

3.6 – Inspeção de espessura do filme seco (DFT)

Inspeção pós operação 4 anos depois

CorrosionGard em ótimo estado, nenhum desgaste aparente!!!

Mais frequentes e séria com o aumento do uso de combustíveis alternativos - presença de cloretos

Interior de um forno de cimento após a remoção do refratário Depois de 6 anos em operação a espessura da virola passou de 30 para 19,0 mm

Corrosão da virola em fornos de cimento

KILNGARD-600SCW 1. Produto bicomponente

2. Suporta até 600ºC

3. Ideal para proteção de cascos de fornos de cimento

Principais características do KG-600: - resistência a altas temperaturas - altíssima resistência química - forte adesão ao aço

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.

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

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).

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

Avaliação econômica

Depois de selecionadas as alternativas possíveis e aprovadas tecnicamente devemos avaliar qual a solução mais econômica em basicamente três pontos:

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Custo dos materiais colocados no local de obra (CM);

Custo da instalação incluindo montagem e desmontagem dos andaimes (CI);

Duração da solução (T).

Daí resulta o custo anual (CA) CA = CM + CI T

Avaliação econômica

Alternativa 1 • Epóxico convencional com

100-150 micrometros de espessura;

• Preço por m²

– Da tinta + solvente posto na fábrica = R$ 60,00

– CM= R$ 6.000;

• Custo instalação CI =R$ 12.000;

• Duração estimada T = 1 ano.

Alternativa 2 • CorrosionGard-160S(3L&T) com

500 micrometros de espessura;

• Preço por m²

– CorrosionGard-160S + solvente + supervisão = R$ 500 posto fábrica

– CM = R$ 50.000;

• Custo instalação CI = R$ 12.000;

• Duração estimada T = 10 anos

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Exemplo: Revestir 100 m² do plenum de um filtro de mangas de coque.

CA = CM + CI

T

Avaliação econômica

Alternativa 1

• CM= R$ 6.000;

Alternativa 2

• CM = R$ 50.000;

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Se olharmos simplesmente CM - Custo dos Materiais:

Se Olharmos Investimento que engloba CM + CI:

Alternativa 1 CM+CI= R$ 18.000;

Alternativa 2 CM+CI = R$ 62.000;

Alternativa 1 Alternativa 2

Avaliação econômica

Alternativa 1 Alternativa 2

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Mas ao avaliarmos o Custo Anual

A Alternativa 2 é mais barata em R$ 11.800 /ano.

CA = 18.000/1,0 = 18.000

CA = 62.000/10 = 6.200

CA = CM + CI

T

CONCLUSÕES 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 desempenho de longo prazo o sistema de revestimento deve ser capaz de: resistir à temperatura operacional – incluindo picos eventuais,

sobreviver a severo ataque químico,

suportar a abrasão causada por particulado fino e

mais importante – o revestimento tem que ser imune à corrosão

"undercut” - tem que se ligar ao substrato metálico de forma tal que o condensado ácido não seja capaz de penetrar por debaixo da película protetiva.

CONCLUSÕES

Os revestimento da 3L&T, quando adequadamente instalados, têm todos os atributos acima mencionados.