ارزیابی غیرمخرب لوله‌های ریفرمر در واحد احیا مستقیم آهن به روش آزمون جریان گردابی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بابل- خیابان شریعتی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل دانشکده مهندسی مواد و صنایع

2 دانشیار گروه مهندسی مواد دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

10.30494/jndt.2021.277416.1065

چکیده

ارزیابی غیرمخرب به روش بازرسی جریان گردابی برای برآورد عمر کارکردی لوله‌های فولاد زنگ‌نزن آستنیتی ریختگی ‏مربوط به واحد ریفورمر احیا مستقیم سنگ آهن بررسی شد. این ارزیابی تحت فرکانس ‏kHz‏ 60 و بر اساس نقشه امپدانسی و ‏به‌صورت بازرسی نقطه‌ای انجام شد. از لوله‌های مرجع با ریزساختار و عمر کارکرد مشخص برای کالیبراسیون استفاده شد. از ‏میکروسکپ‌های نوری و الکترونی روبشی برای بررسی‌های ریزساختاری استفاده شد. بررسی‌های میکروسکپی نشان داد که ‏ریزساختار ریختگی این فولاد شامل زمینه آستنیت به همراه سل‌های یوتکتیک حاوی کاربیدهای غنی از کروم و نیوبیم است. ‏همچنین مشاهده شد که با افزایش زمان کارکرد و افزایش شدت پیری، تغییرات ریزساختاری با شدت بیشتری رخ ‌می‌دهد. این ‏تغییرات شامل اکسید ‌شدن و کربوراسیون سطحی، ایجاد رسوبات مخرب، کم شدن مقدار کروم محلول در زمینه آستنیت، تغییر ‏مورفولوژی سل‌های یوتکتیک و ایجاد میکروترک‌های خزشی است. نتایج ارزیابی جریان گردابی نشان داد که تغییرات ریزساختاری ‏ناشی از افزایش عمر کارکردی بر پاسخ الکترومغناطیسی لوله تأثیر معنی‌داری دارد. با افزایش عمر لوله‌ها، شاخص مقاومت خودالقایی ‏با افزایش شدید و شاخص مقاومت اهمی با کاهش همراه است. در نقشه امپدانسی دستگاه جریان گردابی، نمایش برهمکنش این دو ‏شاخص برای هر لوله به صورت نقطه مشخص شده است. مقایسه موقعیت این نقاط در نقشه امپدانسی نشان‌دهنده وجود تغییرات ‏خطی بین رفتارهای الکترومغناطیسی و پیری است. بنابراین می‌توان از روی پاسخ‌های الکترومغناطیسی در روش جریان گردابی، عمر ‏کارکردی لوله‌های ریفورمر را برآورد کرد.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Nondestructive Evaluation of Reformer Tubes in Direct Reduction of Iron Unit by Eddy Current Test Method

نویسندگان [English]

  • Karim Yosefpour Shirsavar 1
  • Majid Abbasi 2
  • Seyed Jamal Hosseinipour 1
1 MSC Student, Faculty of Materials Engineering, Babol Noshirvani ‎University of Technology, Mazandaran, Iran.‎
2 Associate Professor, Materials Engineering Department, Babol Noshirvani University of Technology
چکیده [English]

The eddy current nondestructive evaluation was investigated to ‎estimate the service life of cast ‎austenitic stainless steel tubes in the reformer unit of the direct ‎reduction iron ore plan. This ‎evaluation was performed at 60 kHz based on the ‎impedance plane and as a point inspection ‎method. Reference tubes with specified microstructure ‎and service life were used for ‎calibration. The optical and SEM microscopes were used‎‏ ‏‎for ‎microstructural studies. The ‎microscopic examination showed that the as-cast microstructure has ‎austenitic matrix with ‎eutectic cells ‎containing chromium and ‎niobium carbides. It was also ‎observed that with ‎increasing operating time and increasing the intensity of aging, the ‎microstructural changes occur ‎more severely. These changes include oxidation and carburization of ‎surface, creating of ‎destructive phases, and depletion of chromium ‎in the austenite matrix, variation ‎of eutectic cells ‎morphology and formation of the creep microcracks. The results of eddy current ‎evaluation ‎showed that microstructural changes due to increasing the service life have a significant ‎effect ‎on the electromagnetic response of the tube. As the life of the tubes increases, the self-‎‎inductance resistance index increases sharply and the resistivity index decreases. The interaction ‎of these two index is ‎indicated as a point on the ‎impedance plane of for each tube. Comparison ‎of the position of these points in the impedance plane indicates the ‎existence of linear changes ‎between electromagnetic and aging behaviors. Therefore, the service ‎life of the reformer tubes ‎can be estimated from the electromagnetic responses in the eddy current ‎method.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reformer
  • Direct Reduction of Iron
  • Life Assessment
  • Cast Stainless Steel
  • Eddy Current Testing
  • Impedance &lrm
  • plane
[1]  Béchara, R., Hamadeh, H., Mirgaux, O., Patisson, F. (2020). Carbon impact mitigation of the iron ore direct reduction process through computer-aided optimization and design changes. Metals (Basel), Vol. 10, pp. 1–12.
[2] Ray, K., Kumar, G., Krishna, M., Gunjan, B. Goswami, Bose, S. C. (2011). Microstructural studies and remnant life assessment of eleven years service exposed reformer tube. Mater. Sci. Eng. A., Vol. 529, pp. 102–112.
[3]  Wang, M., Flahaut, D., Zhang, Z., Jones, I. P., Chiu, Y. L. (2019). Primary carbide transformation in a high performance micro-alloy at 1000 °C. J Alloy Compd, Vol. 781, pp. 751–760.
[4] Asadi, A., Abbasi, M., Shamgholi M. (2018). Eddy current detection of retained austenite in NiHard4 cast Iron, Research in Nondestructive Evaluation, Vol. 29, pp. 38–47
[5] جواهری، م.، عباسی، م.، عزیزی ن.، بوترابی س. م.ع. (1397) ارزیابی غیرمخرب گلوله‌های آسیا چدن پرکروم توسط آزمون جریان گردابی. فناوری ‏آزمون‌های غیرمخرب، دوره 2، شماره 2، ص49-57. ‏
[6]  Alvino, A., Lega, D., Giacobbe, F., Mazzocchi, V., Rinaldi, A. (2010). Damage characterization in two reformer heater tubes after nearly 10 years of service at different operative and maintenance conditions. Eng. Fail. Anal., Vol. 17, pp. 1526–1541.
 
[7]  Soares G. D.de A., De Almeid, L. H., da Silveira, T. L., May, I. Le. (1992). Niobium additions in HP heat-resistant cast stainless steels. Mater. Charact, Vol. 29, pp. 387–396.
[8] Silva, I. C., Rebello, J. M., Bruno, A. C., Jacques, P. J., Nysten, B., and Dille, J. (2008). Structural and magnetic characterization of a carburized cast austenitic steel. Scr. Mater., Vol. 59, pp. 1010–1013.
[9] علی‌نژاد، ح.، عباسی، م. (1399) ارزیابی میکروسکپی و الکترومغناطیسی پدیده پیری در فولاد زنگ‌نزن دوفازی 2304. مهندسی متالورژی، دوره23، شماره2، ص117 -103.
[10] اسدی، ا.، عباسی م، شامقلی. م. (1394) ارزیابی غیرمخرب ریزساختار چدن مقاوم به سایش نایهارد4 با استفاده از آزمون جریان گردابی، مجله مهندسی متالورژی، دوره 18، شماره 59، ص34-43.
[11] جواهری، م.، عباسی، م. (1396) ارزیابی ریزساختار و سختی فولاد ریختگی عملیات حرارتی شده با آزمون غیرمخرب جریان گردابی. پژوهش‌نامه ریخته‌گری، دوره 1، شماره 3، ص 149-160‏.
[12] Arenas, M.P. et al. (2018). Magnetic evaluation of the external surface in cast heat-resistant steel tubes with different aging states. J. Magn. Magn. Mater, Vol. 456, pp. 346–352.
[13] Meguid, S. A., Arenas, M. De Almeida, L. H., Sacramento, R., Pereira, G. R., De Janeiro, R. (2015). Magnetic characterization by eddy current testing to evaluate the aged microstructure of reformer furnace tubes. In: Proceeding of the 4th Int. Cong. of J. Mech., (pp. 1829–1830).
[14] Shi, S., Lippold, J. C. (2008). Microstructure evolution during service exposure of two cast, heat-resisting stainless steels - HP-Nb modified and 20-32Nb. Mater. Charact., Vol. 59, pp. 1029-1040.
[15] Rodríguez, J., Haro, S., Velasco, A., Colás, R. (2000). Metallographic study of aging in a cast heat-resisting alloy. Mater. Charact., Vol. 45, pp. 25–32.
[16] Guglielmino, E., Pino, R., Servetto, C., Sili, A. (2016). Creep damage of high alloyed reformer tubes.  Vol. 2. Elsevier Ltd.