Metodología experimental

Capítulo 3

Corrosión de los materiales

- 82 - - Sistema de control del flujo de gases (SG): integrado por los reguladores de dos etapas

(ArgenFlow AF2640; 15 bares de presión máxima de trabajo; caudal máximo de 500 L/min a 8 bares) y dos caudalímetros de bola (“flotámetros”) regulables (Bruno Schillig, modelo UV-Rx/15), uno para cada tipo de gas (argón u oxígeno) (Figura 3.1.7). Estos últimos fueron calibrados a 1 atm para medir entre 0,1 – 2,1 L/min de argón y 0,2 - 6,0 L/min de oxígeno, con precisión de 0,02 L/min. Las mangueras de salida de ambos flotámetros se acoplan a una única manguera de 2000 mm de largo y 8 mm de diámetro mediante un racor de acople rápido tipo “Y” Festo (Festo Automation S.A.U., 2019 – Figura 3.1.7), para la mezcla de los gases previo a su ingreso en la cámara de reacción a través de del orificio central de la brida inferior.

Figura 3.1.7 – Sistema de control del flujo de gases (SG).

Corrosión de los materiales

- 83 - Capítulo 2, sección 2.1.1 (dirección de corte paralela a la de prensado). Además, las

caras planas del cilindro se rectificaron con una muela diamantada, con el objetivo de favorecer el contacto con los discos de alúmina (Figura 3.1.1) que restringen la exposición de estas caras a la atmósfera gaseosa. Previo al ensayo, las probetas fueron pirolizadas en lecho de grafito a 500 °C durante 5 horas para evitar la generación de volátiles orgánicos cuando se utiliza la sonda de oxígeno, dado que perjudican su funcionamiento (Moliné, 2015). Para seleccionar estas condiciones se llevaron a cabo tratamientos térmicos, entre 500 y 1000 °C, y entre 1 y 10 horas de permanencia, luego de lo cual el material fue analizado por ATD. Se seleccionó como condición para el tratamiento aquella en la cual se constató que el refractario había perdido la cantidad de volátiles estimada de acuerdo con la caracterización del material original, a la menor temperatura y en el menor tiempo, sin alteración significativa en el contenido de carbono.

Los materiales pirolizados fueron caracterizados con el objetivo de determinar las variaciones en el contenido de carbono y la textura producidas por el acondicionamiento térmico. El contenido de carbono se determinó mediante la técnica C LECO, utilizando un equipo CR12 LECO (LABSPA, CERZOS, Bahía Blanca). Como parámetros texturales se evaluaron la densidad global, la porosidad aparente y la densidad picnométrica utilizando la misma metodología descripta para los materiales originales (Capítulo 2, sección 2.1.1). La distribución de tamaños de poros en el rango de 7,34 a 13000 nm (mesoporos) se determinó mediante porosimetría de intrusión de mercurio usando un equipo Pascal 440 Thermo Scientific (CETMIC, La Plata).

❖ Ensayo de corrosión gaseosa

Los ensayos se realizaron por duplicado a 1000 °C, con permanencia de 1 hora (velocidades de calentamiento y enfriamiento de 5 °C/min), empleando gases comerciales de alta pureza para generar dos condiciones atmosféricas diferentes: argón

> 99,998 % (grado 4.8) y oxígeno > 99,5 %. En una de ellas se simuló la concentración de oxígeno disponible en aire, a la cual está expuesta la cara externa del ladrillo refractario durante el precalentamiento de la cuchara, denominada “Q-Ox”, mezclando 20 O2:80 Ar en volumen. Como segunda variante se evaluó una condición menos oxidante, nombrada como “Q-Red”, en la que el contenido de oxígeno se reduce a 3 O2:97 Ar en volumen, simulando la baja concentración de oxígeno que presenta el seno

Capítulo 3

Corrosión de los materiales

- 84 - de los ladrillos refractarios durante el baño de acero líquido. En este caso sólo se usó

gas argón, en el cual se determinó un 3 % v/v de O2 al ser inyectado en el sistema, sin muestra (blanco de medición). Los gases fueron inyectados con un flujo total de 1 L/min durante la meseta a 1000 °C. En las rampas térmicas se insufló únicamente argón (Figura 3.1.8), bajo una ligera sobrepresión (1 a 1,1 atm), favoreciendo el flujo de los gases hacia el interior de la cámara reactiva, y reduciendo la entrada de gases atmosféricos desde el exterior; el gas se inyectó a partir de 500 °C, teniendo en cuenta la temperatura a la cual se inicia la pérdida de masa en los materiales pirolizados ( 600

°C), determinada por ATG. Bajo el régimen de inyección indicado se estimó que se requieren ~ 3 minutos para alcanzar el barrido completo de la cámara en la meseta térmica (~ 3 L a 1 L/min).

0 100 200 300 400

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Q-Red = 0,03 O₂ L/min 0,97 Ar L/min

Atmósfera reactiva

Flujo de Ar Flujo de Ar

Fin de ensayo

Temperatura (°C)

Tiempo (min) Tamb

Sin flujo de gases

Q-Ox = 0,20 O₂ L/min 0,80 Ar L/min

Figura 3.1.8 – Variación de la temperatura y la composición de la atmósfera gaseosa durante los ensayos de corrosión gaseosa.

Los registros de masa y temperatura circundante se efectuaron en forma continua desde que se inició el calentamiento, de modo de contemplar las variaciones de esas variables durante todo el tratamiento. La concentración de oxígeno sólo fue registrada a partir de 700 °C, temperatura a partir de la cual la medición es confiable (Moliné, 2015;

Australian Oxytrol System, 2021). La variación de masa registrada durante el tratamiento térmico fue corroborada con el pesaje de la probeta antes y después del

Corrosión de los materiales

- 85 - ensayo de corrosión. Por su parte, la evolución de la concentración de oxígeno fue

comparada con “blancos de medición”: ensayos realizados bajo las mismas condiciones que los de corrosión gaseosa, pero sin muestra refractaria.

❖ Caracterización post-ensayo

La caracterización de las probetas ensayadas incluyó la evaluación del espesor descarburado y de los parámetros texturales. El espesor descarburado fue determinado mediante el seccionamiento de la probeta en tres fragmentos (Figura 3.1.9), previo embutido en vacío con resina poliéster. El primer corte se efectuó transversalmente, para determinar el área descarburada. El segundo corte, sobre una de las dos porciones generadas, se realizó para evaluar si fue efectivo el uso de los discos de alúmina para reducir la oxidación del material refractario por las caras planas. Las imágenes fueron procesadas usando el programa Image-ProPlus 6.0. Los parámetros texturales determinados fueron la porosidad aparente y la densidad global, del mismo modo que fue descripto anteriormente para los materiales originales (Capítulo 2, sección 2.1.1).

Figura 3.1.9 – Proceso de seccionamiento de una probeta ensayada: luego del ensayo (Ay B) embutida en resina poliéster (C) y seccionada para el análisis de imagen (D).

Capítulo 3

Corrosión de los materiales

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