Tecnología Unifuse® de WSI para Extensión de la Vida Útil de los ductos de EAF (Hornos de Arco Eléctrico)
Con la atención puesta en los mecanismos primarios de falla, que incluyen la pérdida de espesor de la pared causada por la erosión-corrosión, y el agrietamiento por fatiga térmica causado por los procesos operativos cíclicos utilizados en las plantas con EAF, se requiere una forma de mitigación exitosa para todos.
La historia
La tecnología de Hornos de Arco Electrico (EAF) antecede el año 1970, en su mayoría consistiendo de sistemas no refrigerados por agua, pero diseñados con placas de acero con revestimiento refractario. Con el crecimiento de la eficiencia del proceso EAF, se han introducido ductos refrigerados por agua porque los ductos revestidos con refractario eran costosos de revestir y los revestimientos refractarios se estaban desgastando a un ritmo acelerado. Los ductos de gases de escape refrigerados por agua se volvieron rápidamente más económicos que el predecesor con revestimiento refractario. Con el tiempo, las cargas de proceso en EAF siguieron creciendo e incluso los ductos con placas refrigeradas no proporcionaban un intercambio de calor suficiente. La generación siguiente de sistemas EAF se proyectaron con paneles de tubos de agua, en uso actualmente. Ductos construidos con paneles de tubos de agua son mucho más eficientes en la conducción térmica que sistemas de placas porque el flujo de agua es más rápido y más distribuido.
Durante la década de 1990, la utilización de sistemas de energía química con quemadores entró rápidamente en uso común. Sistemas de energía química aumentaron de forma drástica la eficiencia del EAF y redujeron el ciclo entre las fundiciones por consecuencia. El resultado, sin embargo, fue la reducción de la vida útil de los paneles de tubos de agua. La vida de los paneles de tubos de agua, particularmente en las secciones entre el techo del EAF y la salida de la cámara de combustión pasaron de medirse de años a meses. La industria llegó a un punto en el que el calor excesivo alcanzó un nivel en el que incluso el acero al carbono dejó de ser el material adecuado para construir ductos refrigerados. Esto se convirtió en un reto, ya que el elevado caudal de agua era insuficiente para un intercambio de calor aceptable y suficiente para refrigerar la sección del conducto.
Comprobaciones Operativas
La industria ha llegado a un punto en la tecnología del proceso EAF en el que para aumentar la vida útil de los sistemas refrigerados se requería una evolución significativa en la tasa de intercambio de calor y se hacía necesario mejorar los materiales para permitir el funcionamiento del metal a mayores temperaturas. Para ello, los diseñadores de sistemas refrigerados han experimentado con diferentes materiales de tuberías, desde P22 (Cr-Mo), acero inoxidable, bronce-aluminio hasta otras formas de revestimiento y refrigeración por spray.
Con el objetivo de conseguir una fiabilidad operativa de unos pocos años, ninguno de los métodos aplicados fue suficiente para que los sistemas de refrigeración funcionaran de forma constante o alcanzaran los resultados deseados. Los propietarios han evaluado varios materiales probando una amplia gama de resultados, desde materiales de alto costo con un retorno de la inversión inaceptable, una vida útil reducida, hasta fallos en la aplicación.
Mecanismos de Fallos
El Agrietamiento por Fatiga térmica se produce porque los gases expuestos a la superficie de las paredes de la tubería o de la placa tienen temperaturas más altas que el lado frío de la tubería. Esta variación de temperatura es cíclica según el modo de operación de sistemas EAF resultando en bajos ciclos de intercambio de térmico los cuales eventualmente producen agrietamientos por fatiga térmica. Además, la reducción del espesor de pared ocurre porque los paneles de tubos de agua están expuestos a gases corrosivos a altas temperaturas causando perdida de espesor por erosión corrosión.
Debido a que estas superficies también están expuestas a flujos de partículas de velocidad media a alta, la capa de oxidación se erosiona por las partículas dejando el nuevo metal para volver a formar una capa de oxidación. Las capas oxidadas se erosionan fácilmente porque son poco resistentes y porque tienen baja tenacidad en su adherencia con el metal base. Históricamente, en esta industria, la respuesta para este problema ha sido la adopción de tubos más gruesos para proveer una tolerancia de corrosión mayor para ese problema de erosión-corrosión, pero en la mayoría de los casos, eso simplemente lleva a temperaturas en el metal más altas en la superficie de los tubos lo que acelera el mecanismo de erosión-corrosión. Finalmente, en las zonas en que la temperatura del ciclo operativo es lo suficientemente baja, se puede encontrar condensación de sales, así como de agua. Con frecuencia, en estas zonas, puede ocurrir una acelerada pérdida de espesor de las paredes por la erosión-corrosión. En algunos casos, la combinación de agua y contaminantes del proceso pueden generar un entorno que resultará en corrosión por picaduras en las paredes durante períodos no operativos. Se observa condensación típica cuando el aire del entorno es más cálido que el agua en circulación en la tubería. El efecto de condensación puede ocurrir también cuando se desplaza el techo del horno para carga o mantenimiento. Durante este tiempo, el sistema aspira aire de ambiente caliente. Cuanto mayor es el período que el sistema está absorbiendo aire caliente, mayor será la propensión de crear un entorno corrosivo en el sistema de enfriamiento por agua está en temperatura más baja. Históricamente, la respuesta a este problema ha sido la instalación de tubos más gruesos, pero en la mayoría de los casos eso simplemente lleva a temperaturas en el metal más altas en la superficie de los tubos lo que acelera el mecanismo de erosión-corrosión.
Alternativa de Éxito para Extensión de la Vida Útil para Ductos y Campanas
La tecnología Unifuse® fue patentada por WSI resultando en un proceso de fabricación de tubos bimetálicos usando un proceso de soldadura automatizado de fusión total. Los parámetros de soldadura del revestimiento se controlan por medio de automatización y se diseñan para crear un aporte de calor de soldadura (heat input) extremamente bajo para minimizar la dilución de soldadura y espesor de la zona afectada por el calor (ZAC). Los tubos producidos son muy dúctiles, lo que permite que el fabricante ejecute curvas y pliegues necesarios para cumplir la configuración del componente.
Unifuse® 180 y Unifuse® 360 para Aplicaciones en EAF
Con la atención puesta en los mecanismos primarios de fallo, que incluyen la pérdida de espesor de la pared causada por la erosión-corrosión, y el agrietamiento por fatiga térmica causado por los ciclos operativos utilizados en las plantas con EAF, se requiere una forma de mitigación exitosa para todos estos. La adición metalúrgica de una aleación 625, realizada por el proceso de soldadura de revestimiento patentado y comprobado de WSI provee un remedio exitoso a los modos de fallos típicos en sistemas refrigerados de ductos de EAF y campanas de BOF. Como resultado, el Revestimiento de Soldadura Unifuse® con aleación 625 está cambiando el paradigma de cómo la industria verá que los ductos de refrigeración de EAF y las campanas de refrigeración del sistema BOF se hagan permanentes, como ocurre con muchos otros componentes de EAF, o BOF, que tienen una vida útil que se mide en décadas y no simplemente en unos pocos años o incluso meses. Estos bajos costos operativos de mantenimiento no habituales en relación con la larga vida útil resultante, hacen que las campanas BOF y los ductos EAF producidos mediante el proceso patentado Unifuse® de Soldadura de Revestimiento de WSI con aleación 625 sean las soluciones de menor costo en comparación con la sustitución de equipos. Si se toma en cuenta la eliminación de las paradas no programadas debidas a fallas prematuras o reparaciones inesperadas, además del ahorro de tiempo en las paradas programadas cuando se sustituyen los ductos refrigerados de acero al carbono o las versiones de ductos de bronce-aluminio, el coste operativo se reduce aún más, lo que hace que el proceso patentado de Revestimiento por Soldadura Unifuse® de WSI sea el coste de propiedad más bajo para los sistemas de ductos refrigerados EAF o campanas refrigeradas de BOF.
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Referencia:
Inglés
https://live-avail.pantheonsite.io/featured_stories/azz-wsis-unifuse-technology-for-eaf-duct-life-extension/
Portugués
https://live-avail.pantheonsite.io/featured_stories/tecnologia-unifuse-da-azz-wsi-para-extensao-de-vida-dos-dutos-de-eaf-forno-eletrico-a-arco/
