technical article / artículo técnico limpeza e passivação ... · limpeza mecânica a primeira...

Technical Article / Artículo TécnicoArtigo TécnicoArtigo TécnicoArtigo TécnicoArtigo TécnicoArtigo Técnico

98 O PAPEL abril • 2001

ResumoOs aços inoxidáveis utilizados na fa-

bricação de máquinas desaguadoras e de

secagem de celulose possuem resistên-

cia frente à corrosão, devido à formaçãode uma película superficial de óxidos

aderentes, compactos e insolúveis, cha-

mada camada passiva, que protege o

material contra o ataque corrosivo domeio. Quando o meio é capaz de causar

instabilidade desta película, o aço ino-

xidável perde sua resistência e pode pas-

sar a sofrer uma corrosão severa.

O presente trabalho apresenta os pro-

cedimentos de limpeza e passivação da

Máquina de Secagem 3 da Cenibra, efe-

tuado pela equipe técnica da Logos con-

juntamente com a Escola Politécnica daUniversidade de São Paulo (USP).

IntroduçãoA Máquina de Secagem 3 (MS III),

da Cenibra, já vinha apresentando pro-

blemas de corrosão. Periodicamente, por

ocasião das paradas programadas, eram

efetuadas limpezas com um produto re-

Limpeza e passivaçãode máquinas de secagemde celulose – caso prático

* Celulose Nipo-Brasileira S/A – Cenibra, Belo Oriente, MG, Brasil** Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da Universidade deSão Paulo (USP)*** Logos Química Ltda.

*Francisco C. Freire**Deniol K. Tanaka***Luigi Pepe***Daniel A. Marques

tainless steels for the pulp drying

and dewatering machines cons-

truction are corrosion resistant due to the

formation of a compact and unsolvable

oxides film adhered to the surface and re-

ferred to as passivated layer which acts as

a protective barrier against the surroun-

ding corrosive medium. When this surroun-

ding medium overcomes the protective

layer stability, stainless steel looses its re-

sistant condition and could undergoes se-

vere corrosion.

This paper presents Cenibra’s Nº 3 Pulp

Drying Machine cleaning and passivation

procedures, a work performed by the tech-

nical staff of Logos Química Ltda. in clo-

se cooperation with the Polytechnic Scho-

ol of the São Paulo State University.

Key-words: Austenitic stainless steel, pas-

sivation, pulp drying machines, corrosion

inhibitors.

SAbstractAbstractAbstractAbstractAbstract

Cleaning and passivation of pulp drying machines – case historyLimpieza y pasivación de máquinas de secado de celulosa - caso práctico

Palavras-chave: aços inoxidáveis austeníticos, passivação, máquinas secadoras de

celulose, inibidores de corrosão.

O PAPEL abril • 2001 99

comendado pelo fabricante dos equipa-mentos, mas após curto período de tem-

po, as manchas e produtos de corrosão

voltavam a aparecer. Através de contatos

iniciados com a equipe que opera a má-

quina, foi proposto um trabalho de lim-peza, passivação e aplicação de inibido-

res de corrosão para garantir a integrida-

de do material construtivo da máquina.

Como a literatura[3 a 6] em aços inoxi-dáveis, dos fabricantes, corrosionistas e

da indústria metalúrgica, indicam os pro-

cedimentos generalizados de prepa-

ro, limpeza e passivação de aços inoxi-

dáveis em meios corrosivos, porém, semdefinir um procedimento específico para

cada liga. Mais ainda, não indica o pro-

cedimento que se deve tomar para

meios relativamente agressivos, quandoo material já foi submetido à ação corro-

siva, com ocorrência da corrosão locali-

zada do tipo pite.

No caso específico da Máquina de

Secagem no 3, MS III, da Cenibra, queapresentava um estado avançado e in-

tenso de corrosão em frestas e por pites,

houve a necessidade de desenvolver um

programa de limpeza, passivação e con-trole da ação corrosiva do meio (água

branca). Este programa foi desenvolvi-

do a partir de estudos e ensaios labora-

toriais no Laboratório de Fenômenos deSuperfícies – LFS da Escola Politécnica

da Universidade de São Paulo – EPUSP,

e posteriormente em escala experimen-

tal, pela Logos Química Ltda. e Ceni-

bra, com o acompanhamento da EPUSP.O programa inicial, na própria planta da

Cenibra, mostrou-se promissor, no en-

tanto, devido ao estágio relativamente

avançado da corrosão por pites, houvenecessidade de ajustes e aprimoramen-

to. Após o período de ajuste, adotou-se

um esquema de procedimentos que é

apresentado neste trabalho. Este traba-

lho apresenta os procedimentos de lim-peza e passivação que foram aplicados

na máquina em questão.

ProcedimentosOs procedimentos para limpeza e

passivação de aços inoxidáveis austenís-

ticos podem ser assim divididos:

Limpeza mecânicaA primeira operação de limpeza con-

siste na remoção mecânica dos produtos

de corrosão, utilizando-se escovas de cer-

das poliméricas ou de aço inoxidável. Esteprocedimento não é capaz de remover os

produtos mais aderentes e, neste caso, há

a necessidade de utilização de lixas d’água

de carboneto de silício (SiC).

Neste passo é necessário atentar paraos seguintes cuidados[4, 5]:

• nunca utilizar-se de materiais de

aço carbono ou liga diferente de aço

inoxidável;• usar água, isenta de ferro e clore-

tos, em abundância, mantendo o metal

molhado;

• efetuar todos os procedimentos

manualmente, evitando o aquecimen-to do metal.

Decapagem ácidaA decapagem ácida, ou limpeza quí-

mica, tem por objetivo eliminar os pro-

dutos de corrosão extremamente ade-

rentes à superfície metálica, ou aqueles

formados durante o lixamento, prove-nientes da exposição do metal ativo à

água de lixamento. Este óxido, forma-

do durante o lixamento, apresenta pro-

priedades físico-químicas diferentes da

película passiva, não oferecendo cara-terísticas protetoras e, portanto, deve

ser eliminado. Assim, a literatura su-

gere a decapagem de aços inoxidáveisausteníticos da série 300[3], soluções

ácidas, cuja composição está apresen-

tada na Tabela 1.

PassivaçãoApesar dos aços inoxidáveis auste-

níticos possuírem elevada capacidade

de autopassivação, e como a superfí-cie decapada apresenta atividade ele-

vada, e, portanto, não apresentando

resistência adequada à corrosão, há a

necessidade da passivação. A literatu-

ra sugere inúmeras alternativas para osprocedimentos de passivação e, no pre-

sente caso, foram selecionadas solu-

ções à base de ácido nítrico com ou sem

soluções de dicromato de sódio[3], con-forme a tabela 2.

Definição do procedimentoespecífico para o caso Cenibra

A composição das soluções, bem

como o procedimento de limpeza e pas-

sivação, depende da composição real

do aço inoxidável. Variações na com-

posição química do aço podem deman-dar alterações significativas na com-

posição e/ou tempo de tratamento quí-

Tabela 2. Procedimentos de passivação para aços AISI série 300

A B C Uni.HNO

320 a 50 20 a 40 20 a 40 %

Na2Cr

2O

7- 2 a 6 2 a 6 %

Água q. s. p. q. s. p. q. s. p. %

Temperatura 21 a 38 49 a 71 21 a 38 °CTempo 30 a 60 10 a 30 30 a 60 Min.

Tabela 1. Especificações parasolução de decapagem ácida de açosAISI série 300

HNO3

6 a 25 %

HF 0,5 a 8 %

Água q. s. p.

Temperatura 21 a 60 °C

Tempo 5 a 30 min.



Tabela 4. Pasta SELECIONADA parapassivação do AISI 316L SS

HNO3

20 %

BaSO4

36,4

Água q. s. p.

Temperatura Ambiente

Tempo 30 min.

mico para se obter uma película passi-va efetiva. Assim, foram realizados en-

saios de polarização potenciodinâmi-

ca, segundo recomendações da Norma

ASTM G61-86[2], no LFS-EPUSP, para

determinar a composição e procedi-mento de limpeza e passivação para se

estabelecer um procedimento adequa-

do para o material específico da MS

III da Cenibra.As tabelas 3 e 4 apresentam a com-

posição das soluções que apresentaram

o melhor resultado para a decapagem e

passivação, respectivamente.A utilização da pasta, obtida com a

adição de sulfato de bário, foi feita vi-

sando a melhorar a aplicabilidade da

solução pelo aumento da viscosidade e

também para minimizar a alteração dacomposição da solução decapante, pois

o ácido fluorídrico é muito volátil.

Embora a grande maioria dos proce-

dimentos recomende o tratamento a tem-peraturas superiores ao ambiente, foi es-

colhida a temperatura ambiente para a

realização dos procedimentos dadas as di-

ficuldades técnicas de se aplicar uma pasta

aquecida na MS III e para reduzir a per-da por evaporação dos compostos ativos,

notoriamente, o ácido fluorídrico, gerado

Tabela 3. Pasta SELECIONADA paradecapagem do AISI 316L SS

HNO3 12 %

NH4F.HF 3,6 %

BaSO4

36,4

Água q. s. p.

Temperatura Ambiente

Tempo 15 min.

Figura 1. Ensaios de polarização potenciodinâmica do aço inoxidável AISI 316L,após procedimentos de limpeza e passivação, em meio de H2SO4 0,5 MOL/L

Passivação A – Corpo-de-prova tratado in loco;Passivação B – Corpo-de-prova tratado em laboratório.

pela acidulação do bifluoreto de amônio.

Este foi escolhido por questões de logísti-ca de transporte e manuseio.

Avaliação inicial do estadoda corrosão

A aplicação em planta dos procedi-

mentos determinados em laboratório foi

registrada fotograficamente. A eficácia

do tratamento aplicado foi determinadapor meio de corpos de prova tratados in

loco, simultaneamente à operação de

limpeza e passivação do equipamento, e

avaliados em laboratório.

A figura 1 apresenta os resultados daavaliação do procedimento de passiva-

ção em laboratório e em planta. Nesta

figura nota-se que a transição ativo – pas-

sivo (apresentada no círculo amarelo) éreduzida, indicando a eficiência do tra-

tamento. A baixa corrente passiva tam-

bém atesta esta afirmação.

As figuras 2 a 5 apresentam o aspec-

to da MS III antes dos procedimentos.Nesta figura observa-se o intenso ata-

que na superfície metálica com mancha-

mento da mesma com os produtos de

corrosão de coloração vermelha.

Figura 2. Lateral oposta ao fluxo dafolha da 2ª caixa de sucção, vista dolado comando

Figura 3. Detalhe (Região delimitadapelo retângulo em amarelo) da figura 2

O PAPEL abril • 2001 101

Um dos problemas, do ponto de vistade corrosão, observados na máquina, era

a utilização de metais dissimilares na sua

montagem. Um exemplo está mostrado

na figura 4, onde se observa a utilização

de porcas de liga de cobre (no detalhe emamarelo). A análise realizada no LFS-

EPUSP indicou tratar-se de liga bronze-

silício, que também se encontrava em es-

tado avançado de corrosão, conforme podeser observado pelo depósito de pátina (óxi-

do verde azulado) na superfície.

A utilização de metais dissimilares é

problema, tanto na operação como no

procedimento de limpeza e passivação.Devido à heterogeneidade no comporta-

mento eletroquímico, na grande maio-

ria das vezes, eles são causadores de cor-

rosão por efeito galvânico. Esta açãogalvânica irá também comprometer a

eficiência da limpeza e passivação, além

de comprometer a ação química.

Além dos problemas acima menciona-

dos, em muitos pontos da superfície da cha-pa de aço inoxidável foram observados de-

pósitos de produtos escuros, conforme pode

ser visto na figura 5. Estes produtos são,

muito provavelmente, oriundos da precipi-tação de íons dissolvidos na própria água

branca, na sua grande maioria de produtos

de corrosão, que se concentraram além do

valor de sua solubilidade pela evaporaçãoda água. Devido à sua não perfeita adesão,

existem frestas entre a película depositada

e o metal, e estes pontos são locais, onde

acontecerá a corrosão em frestas, devendo-

se, portanto, fazer limpeza e passivação.

Execução da limpezaA operação de limpeza foi realizada,

utilizando-se as soluções inicialmentequalificadas em laboratório, com proce-

dimento primeiramente determinado com

corpos-de-prova. Para poder ilustrar a atu-

ação dos agentes químicos na remoção dos

produtos de corrosão, as figuras 6 a 10apresentam os aspectos superficiais, pas-

so a passo, após cada etapa do processo.

A Figura 6 mostra detalhe do aspec-to da régua formadora do lado aciona-

mento antes da limpeza mecânica. Ob-

serva-se o estado avançado do processo

corrosivo com grande formação de pro-

dutos de corrosão na superfície.O aspecto após a limpeza com esco-

vas de aço inoxidável está mostrado na

figura 7. Observa-se que o escovamento

não é capaz de remover totalmente o de-pósito, sobretudo aqueles produtos de cor-

rosão mais internos aos pites, salientan-

do a necessidade da limpeza química.

A aplicação da pasta decapante leva

à dissolução de produtos de corrosão,conforme pode ser observado na figura

8. Esta operação não foi, contudo, ca-

paz de remover completamente os pro-

dutos de corrosão, requerendo uma açãomecânica de escovamento, concomitan-

te com a aplicação da pasta. A figura 9

apresenta o aspecto da superfície metá-

lica após esta operação, mostrando a re-

moção total do produto depositado.A figura 10 mostra o aspecto após o

enxágüe, indicando a total remoção dos

produtos aderidos, o que comprova a efi-

ciência da mistura decapante e da ope-ração de escovamento.

As figuras 11 a 14 mostram as mes-

mas regiões apresentadas nas figuras 2 a

5, após o tratamento superficial completo.Na Figura 12 está apresentado um

detalhe da lateral da 2ª caixa de sucção

(retângulo amarelo da figura 11), onde

não se manifesta presença de produtos

de corrosão na superfície.Nota-se que os produtos de corrosão

foram removidos com sucesso, estando a

superfície metálica limpa e brilhante. Nos

detalhes em amarelo observam-se as por-cas que ainda apresentam parte dos pro-

dutos de corrosão. Isto porque as ligas de

cobre não têm resistência para suportar o

tratamento com as pastas selecionadas, à

base de ácido nítrico, que, por ser extre-mamente corrosivo a ligas de cobre, não

foram aplicadas sobre as mesmas.

Figura 5. Espelho inferior da caixa deentrada, vista do lado comando

Figura 6. Vista em detalhe da réguaformadora lado acionamento

Figura 7. Mesma tomada apóslimpeza mecânica

Figura 4. Sustentação de caixa desucção lado acionamento



Figura 8. A aplicação da pasta dedecapagem remove os produtos decorrosão mais “leves”. Note odesaparecimento da coloraçãoavermelhada

Figura 9. O escovamento realizadocom a pasta decapante sobre asuperfície proporciona melhorrendimento desta. Note a dissoluçãode todos os produtos de corrosão

Figura 10. Aspecto final após apassivação. Observa-se a retirada dosprodutos de corrosão superficiais e degrande aprte dos internos aos pites

na água branca. Esta recomendação foibaseada no fato da ocorrência de corro-

são por pite. Como os produtos de cor-

rosão retidos no interior dos pites são de

difícil remoção, a sua presença pode cau-

sar a corrosão, autocataliticamente, aolongo do tempo. Um fato, este, confir-

mado através de acompanhamentos pe-

riódicos. Assim, foi recomendada a adi-

ção de inibidores de corrosão para asse-gurar a integridade do material, e deu-

se início a um esquema de tratamento.

Ao longo do tempo, procedeu-se a

ajustes na formulação e dosagem do ini-

bidor adotado, para atender às condiçõesoperacionais da máquina e das carate-

rísticas da celulose processada.

ConclusõesOs processos de limpeza e passivação

desenvolvidos e aplicados na MS III da

Cenibra foram os adequados para aços ino-

xidáveis austeníticos AISI 316L, removen-

do totalmente os produtos de corrosão.Como o material apresentava corro-

são por pite intensa, houve a necessida-

de de utilização de inibidores de corro-

são na água branca para assegurar a in-tegridade do material.

O esquema de inibição adotado para

a máquina MS III da Cenibra tem apre-

sentado desempenho adequado.

Bibliografia1. Uhlig, H. H. and Revie, R. W. “Corrosion

and Corrosion Control Op. Cit. Introduction to

Corrosion Science and Engineering.” 13ª Ed Wi-

ley Interscience, 1985. P 1 – 177, p. 263 – 277.

2. 1992 ANNUAL BOOK of ASTM STAN-

DARDS – Metals Test Methods and Analytical

Procedures. American Society for Testing and

Materials. Philadelphia, Pa, 1992. V. 03.02 –

Wear and Erosion; Metal Corrosion. p 102 –

109, p 223 – 226, p. 231 – 235, p. 322 – 327.

3. Cleaning and descaling Stainless Steel

Parts, Equipment’s and Systems. ASTM A 380-

88, American Society for Testing and Materi-

als. Philadelphia, Pa.

Considerações finaisComo a limpeza e a passivação apli-

cadas aos aços inoxidáveis não garante

a proteção total do material, foi sugeri-

da a utilização de inibidores de corrosão

Figura 11. Lateral oposta ao fluxo dafolha da 2ª caixa de sucção, vista dolado comando

Figura 12. Vista do detalhe(apresentado no ret6angulo emamarelo) da figura 10

Figura 13. Sustentação de caixa desucção, lado acionamento

4. Tuthill, A. H.; Avery, R. E. Specifying Stain-

less Steel Surface Treatment. Nickel Development

Institute. NiDI Technical Series n° 10 068.

5. Tuthill, A. H. Fabrication and Post Fabri-

cation Cleanup of Stainless Steels. Nickel Deve-

lopment Institute. NiDI Technical Series n° 10 004.

6. Cleaning and Descaling Stainless Steels –

A Designers’ Handbook Series n° 9 001,-Nickel

Development Institute, and American Iron and

Steel Institute. s

technical article / artículo técnico limpeza e passivação ... · limpeza mecânica a primeira...

Documents