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Uso duplex na indústria de celulose e papel

Visão geral: Aços de carbono e austeníticos padrão de aço inoxidável foram os metais dominantes por muitos anos na indústria de celulose e papel. Estes materiais ainda desempenham um papel significativo, mas o duplex 2205 e outros aços inoxidáveis ​​duplex são cada vez mais utilizados na produção de novos equipamentos. A principal razão para o foco no aço duplex é devido aos benefícios de custo. O motivo subjacente é devido a vários fatores. Primeiro, o impulso ambiental iniciado na década de 1970 levou a ambientes de processamento mais severos, que exigem materiais com melhores propriedades de corrosão do que o aço carbono. Além disso, a indústria está se afastando dos desligamentos de manutenção semestrais que existiam rotineiramente no passado. Isso levou à necessidade de materiais que demonstrassem quantidades ainda menores de corrosão ao longo do tempo do que era permitido no passado. Finalmente, deve-se notar que aqui tem sido uma curva de aprendizado associada ao aço duplex. Sua introdução à indústria tem sido gradual, mas o uso duplex tem ganho constantemente impulso ao longo do tempo. Benefícios do Duplex: Os aços duplex têm muitas propriedades benéficas que combinam de perto com as necessidades das modernas fábricas de papel e celulose. Primeiro, eles têm excelentes propriedades de corrosão, particularmente no que diz respeito às condições de corrosão sob tensão, corrosão, fadiga e abrasão .. Embora os aços austeníticos também tenham propriedades de corrosão adequadas para lidar com muitas condições em moinhos modernos, os aços duplex típicos oferecem propriedades de corrosão comparáveis ​​a um custo de material menor. Além disso, os aços duplex têm quase o dobro da força dos aços austeníticos. Isso leva a uma economia significativa de peso do material. Além disso, deve-se notar que, mesmo em ambientes menos corrosivos, quando o aço carbono ainda pode ser tecnicamente usado, os aços duplex vencem frequentemente quando se observam os custos gerais do ciclo de vida. O aço carbono pode ter um custo de material inicial mais baixa do que o aço duplex, mas ao longo do tempo, mesmo uma quantidade controlável de corrosão podem conduzir a maiores custos globais para o aço de carbono ii. Os custos gerais devem levar em consideração os custos iniciais de materiais, custos de manutenção, custos de inspeção, custos de reparo e, o mais importante, o custo incorrido quando a produção precisa ser desligada para acomodar a manutenção, inspeção e reparos. Produção de papel: Enquanto os aços duplex têm excelentes propriedades que se alinham bem com a celulose e o papel, é importante notar que os moinhos modernos incluem uma ampla variedade de ambientes. Há cinco etapas principais para as produções de papel, e cada uma dessas etapas tem suas próprias condições específicas de corrosão que devem ser consideradas individualmente ao escolher os materiais. Primeiro, lascas de madeira são alimentadas em um digestor, sob condições de alta temperatura e pressão, a fim de separar a cola que mantém as aparas de madeira juntas. Em seguida, a polpa é processada através de uma série de lavagens, a fim de remover ainda mais as impurezas e reciclar o licor de cozimento, também conhecido como licor negro neste ponto do processo. Isto é seguido por um processo de branqueamento que aumenta o brilho da polpa para a quantidade apropriada com base no produto de polpa ou papel desejado. Após o branqueamento, a polpa é processada em estoque líquido que pode ser transferido para uma fábrica de papel. O estoque de líquido é então processado através de uma série de equipamentos de extremidade úmida e extremidade seca para aspirar a água e comprimir as fibras para criar o produto de papel final. O equipamento, temperatura, pressão, tipos químicos e concentrações variam consideravelmente para cada uma dessas operações. Além disso, muitos outros fatores afetam as seleções de materiais. Primeiro, a quantidade de reciclagem de água dentro de cada fábrica faz uma enorme diferença nos ambientes de processamento. A indústria de papel não tem mais permissão de passar um rio de água através de suas fábricas e então despejar a água processada de volta no meio ambiente sem limpá-la primeiro. Em vez disso, moinhos de polpa e de papel agora tendem a ser sistemas de circuito fechado em que a água é reutilizada muitas vezes e, em seguida, limpo antes de ser libertado iii. Esses sistemas de circuito fechado levam a condições severas de corrosão devido ao aumento das concentrações de produtos químicos. Além disso, o tamanho e a qualidade das fibras de madeira, os métodos específicos para alcançar cada uma das principais etapas e, é claro, as especificações para o tipo de celulose ou papel em produção também podem fazer uma grande diferença nos ambientes de processamento. Implementações Duplex: Dadas todas as variações de condições dentro de uma fábrica e entre usinas, cada ambiente deve ser cuidadosamente considerado ao fazer escolhas de materiais. Ainda assim, parece haver algumas tendências gerais na indústria em relação ao uso de materiais duplex para novos equipamentos. Hoje, o duplex é usado em digestores para cozinhar e reatores para o branqueamento. Também está encontrando crescente utilização em todos os tipos de equipamentos de processo, incluindo o equipamento de lavagem e peneiramento, reatores de oxigênio, tubulações, equipamentos de recuperação de produtos químicos, processamento de celulose e nas caixas de cabeçotes e rolos de sucção de máquinas de papel iv . Aqui estão alguns exemplos específicos de uso duplex nas fábricas hoje. Duplex 2205 e LDX 2101® nos Digestores: O duplex 2205 (UNS S31803 / S32205) foi introduzido pela primeira vez na indústria de papel em 1982. Dois digestores kraft sólidos duplex 2205 foram instalados em uma usina da Nova Zelândia i . Os digestores Kraft, que são usados ​​para cozinhar as aparas de madeira em uma solução alcalina, são o tipo de equipamento mais comum usado na primeira etapa da produção de papel i . Ambientes operacionais incluem altas temperaturas, condições de corrosão amplamente variáveis ​​e condições altamente abrasivas. Após essa instalação duplex sólida inicial, não houve atividade duplex adicional por um período de tempo até que os dados pudessem ser coletados. Claramente correu bem porque quase todos os novos digestores são agora feitos de duplex sólido. Hoje, existem mais de 114 biodigestores em operação i . Curiosamente, um estudo da Outokumpu mostrou que os duplexes magros, como LDX 2101® (UNS S32101) e duplex 2304 (UNS S32304), podem ser uma opção ainda melhor para digestores do que o duplex 2205. O duplex 2205 melhora significativamente a corrosão em digestores Kraft em comparação com as classes austeníticas padrão, mas não a elimina completamente. O teste de cupons, que é realizado pesando pedaços de metais que foram expostos a condições corrosivas para medir a perda de peso ao longo do tempo, foi realizado em digestores operacionais de diferentes materiais. Os resultados indicam que a resistência à corrosão aumenta com o teor de cromo, mas não com o molibdênio. De fato, o molibdênio tem um impacto negativo nas soluções alcalinas quentes que são típicas dos digestores v. Assim, o LDX 2101® e o duplex 2304, com seus níveis mais baixos de molibdênio, podem oferecer não apenas economia de custo do material, mas também melhores propriedades de corrosão. Em 2007, a fábrica de celulose Ostrand da SCA, na Suécia, substituiu a metade superior de um digestor de aço carbono existente pelo LDX 2101® vi . O digestor original tinha muitos problemas de corrosão, devido à corrosão sob tensão. O material LDX 2101® teve um bom desempenho e agora é uma opção disponível para novos digestores. LDX 2101® em vasos de pressão: Condições corrosivas para o processo de branqueamento em fábricas de celulose podem variar consideravelmente dependendo dos produtos químicos utilizados. Nas últimas décadas, houve uma mudança para menos uso de cloro, a fim de ser mais ecológico. O TCF (“totalmente livre de cloro”) é o padrão ideal hoje. No branqueamento TCF, os produtos químicos disponíveis incluem oxigênio, peróxido de hidrogênio, ozônio e perácidos i . Smurfit kappa A Kraftlie Pitea é o maior produtor europeu de papel kraftliner, que é um cartão utilizado para fabricar papelão ondulado de alta qualidade. Em 2006, eles instalaram o primeiro reator de peróxido de hidrogênio LDX 2101® que é usado para a etapa de branqueamento TCF. O LDX 2101® foi selecionado devido a sua alta resistência, o que permitiu que os projetistas usassem medidores mais finos em comparação com os aços austeníticos. Além disso, mostrou-se bastante adequado para lidar com as condições de corrosão do processo do reator de peróxido de hidrogênio, um ambiente alcalino com altas pressões e uma temperatura em torno de 110 graus Celsius. Um benefício adicional do LDX 2101® é uma boa usinabilidade. Deve-se notar que os graus duplex 2205 e também 904L (UNS N08904) foram implementados com sucesso em versões anteriores dos vasos de pressão,vii . Aço duplex em tanques de armazenamento: Dado o grande volume de tanques de armazenamento, os aços inoxidáveis ​​duplex oferecem uma excepcional economia de peso quando usados ​​na produção desses tanques. No passado, os tanques de armazenamento eram feitos principalmente de aço carbono com uma permissão de corrosão, ou de graus austeníticos. Com base nos testes de laboratório e nos testes de moagem, verifica-se que mesmo os tipos austeníticos (304 e 316L) nem sempre oferecem resistência à corrosão suficiente para certos licores, especialmente aqueles com maior teor de sólidos. Assim, os aços duplex oferecem não apenas economia de peso, mas também benefícios de corrosão. A fábrica da Stora Enso em Imatra, na Finlândia, usa atualmente tanques de licor branco que são feitos de aço inoxidável duplex LDX 2101® viii . Os tanques de armazenamento duplex 2304 e duplex 2205 também podem ser encontrados na produção. Embora o aço inoxidável duplex tenha tido um bom desempenho nos tanques de armazenamento de licor branco da fábrica da Finlândia, alguns licores provaram ser um desafio mesmo para os materiais duplex. Em 2002, a metade superior de um tanque de armazenamento de licor negro usado na produção foi substituída por um sólido duplex 2205. O tanque foi originalmente feito com 316L (UNS S31600) e teve problemas contínuos devido a rachaduras severas. Infelizmente, o novo tanque duplex 2205 começou a sofrer danos por corrosão em 2008, após seis anos de serviço. Os problemas de corrosão incluem pitting e corrosão sob depósitos, bem como trincas por corrosão sob tensão no metal de solda. Análises posteriores indicaram que o alto teor de cloreto do licor (0,5 a 1%) provavelmente levou à corrosão. O teste foi feito para determinar se os duplexes enxutos podem ter um desempenho melhor. Além disso,ix . Referências: “Aços Inoxidáveis ​​para Processos de Celulose e Papel”. Www.outokumpu.com. Outokumpu, 2008. Web. Maio de 2011. Tuthil, Arthur Hl "Aços Inoxidáveis ​​e Ligas Especiais para Celulose e Papel". Stainless-steel-world.net. Instituto de Desenvolvimento de Níquel, agosto de 2002. Web. Maio de 2011. Brongers, Michael PH e Aaron J. Mierza. “Papel e Celulose, Apêndice W.” www.corrosioncost.com. 2006. Web. Maio de 2011. Chater, James. “A indústria de celulose e papel se volta para o duplex”. Www.stainless-steel-world.net. Mundo do Aço Inoxidável, 2007. Web. Maio de 2011. “Papel de celulose | Outokumpu. ”Outokumpu, julho de 2009. Web. Maio de 2011. “Um avanço LDX 2101® em vasos de pressão | Outokumpu. ”Outokumpu, outubro de 2006. Web. 18 de maio de 2011. “Tanques de aço inoxidável e torres de celulose | Outokumpu. ”Outokumpu, junho de 2009. Web. 19 de maio de 2011. Bergquist, Arne e Lena Wegrelius. “Duplex 2205 - Experiência na Indústria de Papel e Celulose de um Grau de 30 Anos.” Palestra. ABTCP-TAPPI 2010. 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