El problema del tratamiento térmico en habitaciones cerradas

El punto de partida para la profundización en un problema en los tratamientos térmicos con habitaciones no perforadas correctamente proviene de un evento que realmente sucedió dentro de nuestra empresa. El tratamiento térmico de un cilindro de metal hueco de 172 cm de longitud con un diámetro de 17,5 cm, al que el fabricante no proporcionó adecuadamente orificios de ventilación, provocó la explosión de la tubería, con daños tanto en la carga como en la infraestructura del horno.

Cuantificado el daño, afortunadamente solo material, se dio prioridad a descubrir cuáles fueron las causas de la explosión en un tratamiento térmico realizado en el aire (sin atmósfera controlada y sin la presencia de gas combustible o mezclas explosivas).

Los hechos

Durante un recocido en el horno a 580 °C, se produjo un corte en el horno en varias áreas, con daños en las paredes internas hasta la rotura de una zona. En particular, se produjo un daño grave a un rodillo sin las dos tapas soldadas, con un extremo desgarrado por más de la mitad de su circunferencia.

la problematica del trattamento termico a camere chiuse

Consideraciones sobre el evento

Según las observaciones del daño de la tubería y el horno recogidas con fotos, que conducen a pensar un aumento de la presión dentro del rodillo en la carga de recocido, el evento puede haber sido generado por:

1- Presencia de sustancias explosivas

2- Explosión de mezcla gaseosa (gases, vapores, nieblas)

3- Estallido al alcanzar la presión de resistencia máxima causada por la presencia de líquidos dentro del tubo

4- Presencia de sustancias reactivas

El estudio realizado por un organismo especializado en daños generados por «fenómenos explosivos» ha demostrado que la causa más probable sea el punto 3. A continuación se muestra un extracto de este estudio que enumera en detalle las causas del evento.

Para entender cómo pudo haber ocurrido el incidente con el daño a la tubería y al horno de recocido, informamos de la serie de eventos que probablemente tuvieron lugar:

  • el tubo contiene un poco de líquido y/o polvos que quedan por casualidad en el interior,
  • el aumento progresivo en la temperatura del horno, hasta aproximadamente 580 °C, genera la vaporización del líquido con el valor de presión correspondiente a la presión de vapor. Teniendo en cuenta la cantidad de líquido (3578 cm3) calculado a partir de las trazas dentro del tubo, se puede alcanzar un valor de presión de cientos de bares (al menos por encima de 160 bar a 345,7 °C) considerando el volumen específico de vapor saturado de 0, 00955 m3/kg calculado suponiendo que el líquido está constituido por agua, el volumen del tubo es igual a 34163 cm3 y el peso del agua es igual a 3578 g),
  • polvo de aluminio y óxido de hierro dentro del tubo, también localizados entre la tapa y la brida, se desencadena por la alta temperatura del horno el incendio de los polvos teniendo en cuenta la temperatura de aproximadamente 2700 °C que llega a la reacción entre los polvos y genera un aumento significativo en la presión que hace que las tapas salten,
  • el aumento de presión entre el tapón y la brida alcanza valores que causan la deformación del paraguas invertido del tapón y la brida considerando los polvos ubicados en esta área, la presión dentro del tubo, que ha excedido la resistencia de los dos tapones, genera la expulsión de la misma. El escape de la atmósfera gaseosa interna determina el desplazamiento del tubo por reacción. El tubo se mueve en la dirección opuesta a la perforación de la pared, ya que el extremo hacia la perforación está completamente libre, mientras que el otro extremo no está completamente libre para la conformación del tapón. Mientras se expulsa no puede hacer que el área esté disponible ventilación debido a la proximidad de otro artefacto de metal, además de haber unido también la brida,
  • el alto valor de la presión en el área entre la tapa y la brida un momento antes de las roturas de las tapas genera la apertura de la extremidad, también facilitada por el movimiento del tubo que, al tocar otras piezas, desencadenó algunas fracturas,
  • la tapa del extremo roto después de la expulsión impacta en la pieza vecina como muestran claramente las impresiones,
  • la otra tapa del extremo no rasgado impacta violentamente en la parte inferior del objeto en la forma de una bandeja, que produce a su vez con la parte inferior opuesta la perforación en la pared del horno,
  • la atmósfera gaseosa que se escapa del tubo genera un tubo de reacción con una fuerza que mueve el haz de los rodillos, que a su vez mueve todos los artefactos vecinos, lo que hace que sea fácil romper el material refractario de las paredes,
    el flujo gaseoso del tubo completa la rotura y la caída de los paneles refractarios.

 
Recomendaciones:

– Evite absolutamente las cámaras cerradas para piezas que deben someterse a tratamientos térmicos a alta temperatura.

– Es obligación de todos los diseñadores ser conscientes del peligro y comprobar que los productos con cámaras cerradas no sufren durante los tratamientos térmicos.

Bibliografía y referencias:

[1] Informe técnico sobre el cilindro hueco dañado – Ing. Nicola Mazzei

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