Title

Mecanismos de falha em tubos e postes refrigerados a água de um forno de reaquecimento de placas do tipo walking beam

Failure mechanisms in water-cooled skid pipes and posts of a walking beam furnace

Authorship

ASSUMPÇÃO, RAPHAEL FRANÇA; CARMINATI, FÁBIO ARPINI; RODRIGUES, CAIO ALEXANDRE FONSECA; GRECCO, BRUNO BRUNORO

ASSUMPÇÃO, RAPHAEL FRANÇA

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CARMINATI, FÁBIO ARPINI

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RODRIGUES, CAIO ALEXANDRE FONSECA

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GRECCO, BRUNO BRUNORO

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DOI

10.5151/2594-5297-43754

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Abstract

Sete corpos de prova provenientes dos tubos e das colunas de skid refrigerados a água de um forno de reaquecimento de placas do tipo viga caminhante foram examinados por metalografia de seção transversal, ensaio de dureza Vickers e mapeamento elementar por EDS, complementados por avaliação da qualidade da água de processo e simulações térmicas unidimensionais do refratário. As falhas dos tubos de skid seguiram uma sequência de dentro para fora: depósitos minerais na parede interna isolaram termicamente o tubo, elevaram a temperatura da parede e favoreceram a corrosão sob depósito. A esferoidização da cementita confirmou a sobretemperatura sustentada da parede em dois corpos de prova. As falhas das colunas seguiram o padrão oposto, com consumo externo progressivo da parede por oxidação e sulfetação em alta temperatura, produzindo paredes residuais de até 0,7 mm, enquanto as dimensões internas e a microestrutura ferrítica permaneceram próximas do normal. Em uma junta soldada entre coluna e tubo de skid, a restrição rígida da expansão diferencial prevista em projeto produziu flexão cíclica e trincamento simétrico no pé do cordão de solda. A espessura de parede remanescente é o critério estrutural determinante para ambos os tipos de componente, independentemente da condição microestrutural.

Seven specimens from the water-cooled skid pipes and posts of a walking beam slab reheating furnace were examined by cross-sectional metallography, Vickers hardness testing, and EDS elemental mapping, complemented by process water quality assessment and one-dimensional refractory thermal simulations. Skid pipe failures followed an inside-out sequence: mineral deposits on the inner wall thermally insulated the tube, raised wall temperature, and promoted under-deposit corrosion. Cementite spheroidization confirmed sustained wall overtemperature in two specimens. Post failures followed the opposite pattern, with progressive external wall consumption by high-temperature oxidation and sulfidation producing residual walls as low as 0.7 mm while internal dimensions and the ferritic microstructure remained near normal. At a post-to-skid pipe welded junction, rigid restraint of the design-intent differential expansion produced cyclic bending and symmetric cracking at the weld toe. Remaining wall thickness is the governing structural criterion for both component types, independently of microstructural condition.

Keywords

Forno Walking Beam, Corrosão sob Depósitos, Oxidação em Alta Temperatura, Sulfidação

Walking beam furnace, Under-deposit corrosion, High-temperature oxidation, Sulfidation