ANÁLISE DE FALHA DA GRELHA DUPLA DE DESCARGA DO MOINHO SEMI-AUTÓGENO (SAG) DA MINA DO SOSSEGO

Transcrição

1 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ CAMPUS DE MARABÁ FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS MAYRON SAMINEZ ARAÚJO NUNES ANÁLISE DE FALHA DA GRELHA DUPLA DE DESCARGA DO MOINHO SEMI-AUTÓGENO (SAG) DA MINA DO SOSSEGO MARABÁ 2013

2 2 MAYRON SAMINEZ ARAÚJO NUNES ANÁLISE DE FALHA DA GRELHA DUPLA DE DESCARGA DO MOINHO SEMI-AUTÓGENO (SAG) DA MINA DO SOSSEGO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Materiais, Campus de Marabá, Universidade Federal do Pará. Orientador: Prof. M.Sc. Márcio Corrêa de Carvalho. MARABÁ 2013

3 3 MAYRON SAMINEZ ARAÚJO NUNES ANÁLISE DE FALHA DA GRELHA DUPLA DE DESCARGA DO MOINHO SEMI-AUTÓGENO (SAG) DA MINA DO SOSSEGO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Materiais, Campus de Marabá, Universidade Federal do Pará. Orientador: Prof. M.Sc. Márcio Corrêa de Carvalho. Data de aprovação: - 16 de agosto de 2013 Banca examinadora: - Orientador Prof. M.Sc. Márcio Corrêa de Carvalho UFPA - Membro interno Prof. Esp. Márcio Paulo de Araújo Mafra UFPA - Membro interno Prof. Dr. Edinaldo Teixeira - UFPA

4 4 Dados Internacionais de catalogação na publicação (CIP), Biblioteca Josineide Tavares UFPA, CAMAR - Marabá, PA. Nunes, Mayron Saminez Araújo Análise de falha da grelha dupla de descarga do moinho semi-autógeno (SAG) da mina do sossego./ Orientador: Prof. M.Sc. Márcio Corrêa de Carvalho Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Federal do Pará, Campus Universitário de Marabá, Faculdade de Engenharia de Materiais, Marabá, Engenharia de materiais. 2. Resistência de materiais. 3. Moinho Semi-autógeno I. Título. CDD 22.ed

5 A Deus, minha família, namorada e amigos.

6 "Posso todas as coisas naquele que me fortalece. (Filipenses 4.13)

7 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus por ter me dado a oportunidade de concluir mais uma etapa da minha vida, me dando a chance de me tornar engenheiro de materiais, pelas lutas vividas, porque através delas alcancei minha vitória, pois somente Ele foi o responsável por esta conquista; Sou grato a minha família pelo apoio incondicional, pela confiança e pelo carinho que sempre recebi durante o curso, à minha mãe Maria Delsuita Saminez Araújo Nunes, meu pai Pedro Santos Nunes e meu irmão Marllys Saminez Araújo Nunes; Dedico parte desse sucesso a meus amigos e colegas de faculdade, os quais me ajudaram e contribuíram em muito para que este trabalho fosse realizado; Adilton Rocha, Adriano Rafael; Amanda Medeiros, Luanda Jabour e Luca Marins, e ao professor Márcio Corrêa pela orientação e oportunidade de fazer parte dos trabalhos em laboratório e pela experiência construtiva nas áreas de Engenharia de Materiais e Metalurgia. Agradeço a Faculdade de Engenharia de Materiais e a Universidade Federal do Pará pela oportunidade.

8 RESUMO Este trabalho trata da análise de falhas da grelha dupla de descarga do moinho semi-autógeno (SAG) da mina de cobre do Sossego, localizada em Canaã dos Carajás-PA. O metal utilizado para a fabricação da grelha é um aço baixa liga Cr-Mo (cromo-molibdênio), que possui as características mecânicas adequadas ao tipo de solicitações de serviço e é produzido a partir do processo de fundição em molde de areia. Esta grelha é responsável pela classificação das partículas do minério e faz parte do revestimento interno do moinho, o qual possui características de resistência ao desgaste e ao impacto, e são utilizadas a fim de contribuir com a moagem do minério, sendo um dos componentes de menor vida útil e maior troca do equipamento. A falha ocorreu durante moagem do minério no moinho SAG, ocasionando uma parada não programada para a manutenção do equipamento, já que o mesmo não poderia continuar em operação sem o devido reparo. Nesta investigação foram usadas técnicas de caracterização metalografica como microscopia óptica e eletrônica, análise química, ensaios de tração, impacto e microdureza. O trabalho experimental permitiu a identificação da possível causa da falha. Os resultados obtidos pela análise indicaram que a falha ocorreu pelo mecanismo de propagação de trincas por fadiga, caracterizado pela forma e morfologia das superfícies de falha, ocasionado pela presença de defeitos de fundição na peça como: porosidade e cavidades formadas por gases e inclusões. PALAVRAS-CHAVES: Análise de falhas. Moinho semi-autógeno. Grelhas. Fratura em metais.

9 ABSTRACT This work deals with the failure analysis grid double discharge of the mill semiautogenous (SAG) of the copper mine of Sossego, located in Canaã dos Carajás-PA. The metal used for making the grate is a low alloy steel Cr-Mo (chrome-molybdenum) that has mechanical characteristics appropriate to the type of service requests and is production from the process of casting sand mold. This grate is responsible for the classification of the ore particles and part of the inner lining of the mill, which has characteristics of resistance to wear and impact and is used to contribute to grinding the ore being one of the minor components life and greater exchange of equipment. The failure occurred during grinding the ore in SAG mill, causing an unscheduled stop for equipment maintenance, since it could not continue operating without proper repair. In this investigation were used techniques of metallographic characterization, such as optical and electron microscopy, chemical analysis, tensile, impact and microhardness testing. The experimental work has allowed the identification the cause failure. The results obtained by the analysis indicated that the failure occurred by fatigue, characterized by the shape and morphology of surfaces of failure, caused by the presence of casting defects in the play as porosity and cavities formed by gases and inclusions. Keywords: Failure analysis. Semi-autogenous mill. Grids. Fracture in metals.

10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura Corte lateral do moinho SAG em operação Figura Representação esquemática de um moinho semi-autógeno Figura Grelha com menor (a) e maior abertura (b) Figura Principais componentes do revestimento do moinho SAG Figura Máquina universal de ensaios Figura Corpos de prova de ensaio de tração Figura Esquema de uma máquina de ensaio de impacto Figura Ângulos da tangente à esfera do ensaio de microdureza Figura Procedimento para a determinação da diagonal em uma impressão obtida por penetrador de diamante Figura Solubilidade do hidrogênio em ligas de alumínio Figura Máximas pressões de gases geradas por machos em função de suas dimensões e premeabilidades Figura Pressão dos gases no interior de moldes e machos aliviadas pela presença de respiros Figura Aspecto macrográfico da fratura ductil e frágil Figura Mecanismo de nucleação de trincas por fadiga Figura Representação esquemática da fratura por fadiga Figura Microestrutura da falha por fadiga Figura Marcas de praia em fraturas por fadiga Figura Fluxograma da metodologia utilizada Figura Região de corte (a) para a usinagem e preparação dos corpos de prova de prova (b) Figura Corpos de prova de tração, impacto, análise química e microdureza Figura Ensaio de tração (a) e ensaio de impacto (b) Figura Falha catastrófica da grelha no moinho Figura Grelha com possiveis defeitos Figura Vista superior da fratura da grelha Figura Sentido do fluxo de polpa Figura Superficies de falha SF1 (a) e SF2 (b)

11 Figura Superficies de falha SF3 (a) e SF4 (b) Figura Sentido da propagação da trinca Figura Propagação da falha na superficie SF Figura Sentido de torção e propagação na SF3 (a) e SF4 (b) Figura Início da fratura na SF Figura Metalografia com aumento de 200x (a) e 1000x (b) Figura Esquema de indentação de microdureza Figura Resultados do EDS Figura Detalhes da porosidade com inclusões por MnS no corpo de prova de impacto (a) e com ponto do EDS (b) Figura Porosidade no início da propagação da trinca no corpo de prova de impacto (a) e (b) Figura Porosidade no início da propagação de trinca por tração

12 LISTA DE TABELAS Tabela Aços baixa liga do tipo Cr-Mo perlitico com boa resistência ao impacto e a abrasão Tabela Composição química e dureza de revestimentos de moinhos semiautógenos produzidos pelos principais fornecedores mundiais Tabela Processos típicos de fundição Tabela Análise química da grelha Tabela Resultados da microdureza

13 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS AG Moinho Autógeno Al 2 O 3 Óxido de alumínio ou Alumina C Carbono CAMAR Campus de Marabá-PA Cr Cromo CP Corpo de prova EDS Energy Dispersive Spectrum (Espectro de Energia Dispersiva) l Comprimento LABMETAL Laboratório de Metalografia MEV Microscopia Eletrônica de Varredura Mn Manganês MnS Sulfeto de manganês Mo Molibdênio Ni Níquel P Fósforo PUC Pontifícia Universidade Católica S Enxofre SAG Moinho Semi-Autógeno SF1 Superfície de falha 1 SF2 Superfície de falha 2 SF3 Superfície de falha 3 SF4 Superfície de falha 4 Si Silício TiN Nitreto de titânio UFPA Universidade Federal do Pará

14 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVOS REVISÃO BIBLIOGRÁFICA MOINHO SEMI-AUTÓGENO (SAG) Revestimentos e grelhas de moinhos SAG ENSAIOS DOS MATERIAIS Ensaio de tração Ensaio de Impacto Ensaio demicrodureza Vickers Caracterização microestrutural Microscopia Óptica e Eletrônica de Varredura (MEV) DEFEITOS NA FUNDIÇÃO DE MATERIAIS METÁLICOS Fundição Defeitos em produtos fundidos Defeitos causados por gases FRATURA E ANÁLISE DE FALHAS EM MATERIAIS METÁLICOS Fratura ductil e fratura frágil Propagação de trincas por fadiga Morfologia da superfície de fratura por fadiga METODOLOGIA RESULTADOS E DISCUSSÕES INSPEÇÃO VISUAL ANÁLISE QUÍMICA MICROSCOPIA ÓPTICA MICRODUREZA VICKERS MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV) CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS... 59

15 14 1 INTRODUÇÃO No Brasil e no Pará, a mineração é uma atividade econômica de destaque. Sua importância é revelada através dos níveis de produção, da renda gerada, dos investimentos realizados e do papel que exerce no saldo da balança comercial. O estado do Pará, por sua vez, possui papel de destaque na atividade mineral ocupando o segundo lugar no ranking nacional de produção, com participação que gira em torno dos 22%. O primeiro lugar é ocupado por Minas Gerais, com participação que vai além dos 70%, deixando o estado paraense como referência absoluta da atividade na região Norte. O estado do Pará detém um dos maiores ativos minerais do mundo, toneladas de minérios de Ferro, Manganês, Níquel, Estanho, Alumínio, Cobre, e Ouro, são extraídos e processados diariamente partindo inicialmente do processo de cominuição ou moagem. As plantas de beneficiamento de minérios sempre começam com operações de britagem e moagem. O elevado consumo de energia e de materiais de desgaste característico do processo torna a moagem, na maioria das vezes, a operação unitária de maior custo numa unidade de processamento mineral, levando em consideração as trocas constantes dos componentes e possíveis falhas que possam ocorrer durante o processo de cominuição. Os sistemas de moagem são um símbolo da aplicação de força bruta para extrair riqueza mineral da natureza e são uma parte muito importante e crítica de qualquer unidade de processamento mineral 1. Neste quadro, na moagem de grande porte, existem alguns tipos de moinhos utilizados no beneficiamento de minérios, destacando-se os moinhos AG (autógenos) e os SAG (semi-autógenos). Até 1983, 378 moinhos AG e SAG foram implantados no mundo todo, nenhum na América Latina. Após a recente reconfiguração do mercado mundial de fabricação de equipamentos de cominuição, ficando na mão de apenas uma grande empresa global, o sistema SAG, impulsionado pelo gigantismo do cilindro e do motor, eliminou da concorrência dezenas de pequenas fábricas de moinhos espalhadas pelo mundo, algumas no Brasil. 1 SECRETARIA DE ESTADO DE TRANSPORTES DO ESTADO DO PARÁ. Plano estadual de logística e transportes do Estado do Pará: Análise espacial da mineração no Pará. São Paulo- SP, p.