Melhoria de um processo de decapagem química

Abstract

A decapagem química é um processo fundamental para o tratamento de superfícies metálicas em indústrias de grande porte, especialmente em ligas ferrosas sujeitas à formação de óxidos e incrustações. Contudo, a variabilidade dos fatores operacionais pode comprometer a eficiência, a qualidade e a sustentabilidade do processo. Diante desse cenário, esta pesquisa tem como objetivo principal aplicação de método de melhoria da decapagem química com base na análise experimental dos fatores mais relevantes, utilizando o Método de Taguchi. Para isso, foi realizada uma pesquisa experimental em ambiente industrial, com o delineamento de um experimento baseado em arranjo ortogonal L18, considerando múltiplos fatores (como tipo de ácido, grau de oxidação, temperatura e composição do banho). Os testes foram realizados em triplicata e analisados com o auxílio do software MINITAB®, utilizando as métricas de resposta média e razão sinal-ruído (S/R). Os resultados demonstraram que o tipo de oxidação (carepa vs. oxidação de armazenamento), a ausência de controle térmico nos banhos e a composição ácida têm impacto direto no tempo de decapagem. O ácido sulfúrico (H₂SO₄) apresentou eficiência, mas com implicações ambientais; o ácido fosfórico (H₃PO₄) mostrou limitações na remoção de oxidação severa. A análise estatística permitiu identificar uma “receita de sucesso” para minimizar o tempo de exposição das peças. A pesquisa confirma que a aplicação de técnicas estatísticas de planejamento e análise de experimentos pode transformar processos empíricos em operações baseadas em evidências, com ganhos significativos de eficiência em produtividade (30% em um turno) e controle (temperatura controlada).

Chemical pickling is a fundamental process for the treatment of metallic surfaces in large-scale industries, especially in ferrous alloys prone to the formation of oxides and scale. However, the variability of operational factors can compromise the efficiency, quality, and sustainability of the process. In this context, the main objective of this research is to apply a method for maximizing chemical pickling based on experimental analysis of the most relevant factors, using the Taguchi Method. An experimental study was conducted in an industrial setting, using an L18 orthogonal array design that considered multiple factors (such as acid type, oxidation level, temperature, and bath composition). Tests were carried out in triplicate and analyzed using MINITAB® software, with mean response and signal-to-noise ratio (S/R) as the main metrics. Results showed that the type of oxidation (mill scale vs. storage oxidation), absence of thermal control in the baths, and acid composition had a direct impact on the pickling time. Sulfuric acid (H₂SO₄) proved efficient but raised environmental concerns, while phosphoric acid (H₃PO₄) showed limited effectiveness in removing severe oxidation. Statistical analysis enabled the identification of a “success formula” to minimize exposure time. The findings demonstrate that the implementation of statistical techniques for experimental design and analysis can effectively transform empirical processes into evidence-based operations, yielding substantial improvements in operational efficiency (such as a 30% increase in productivity in the 3rd shift) and enhanced process control, exemplified by stabilized temperature conditions.