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Fornos e Refratários Na Fundição de Metais
FUNDIÇÃO
Aula 3
Materiais Refratários Usados no Fornos de Fundição
-Classificação-Propriedades principais
Combustíveis Usados Na Industria da Fundição-Classificação-Combustíveis mais usados na fundição
Fornos Usados na Industria da Fundição
-Classificação
Fundentes
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Que Que éé um forno?um forno?
A Escolha de Combustível é Importante– Geralmente são líquidos, gasosos ou a eletricidade– Gases desde o combustível geralmente estão em contato direto
com metal líquido, podem interferir na sanidade de peças fundidas.
São Equipamentos que servem para:– Para fundir metais na industria da fundição – Mudar de forma (Processos de: laminação, forjamento, etc.)– Mudar propriedades (ToTo)
Eficiências:– Elevadas temperaturas de operação baixa a eficiência de operação– Emissão de gases de escape quentes Baixas eficiências.
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Em altas temperaturas superiores a 1000oC se produz maior emissão de gases o que resulta numa perda significativa de calor através de chaminés.
Escolha do Material Refratário– Geralmente são refratários ácidos, básicos ou neutros– Deve avaliar-se a refratariedade e o poder de retenção de calor,
etc.
Componentes do FornoReverberação
Câmara do forno: Fusão de metais
construído de materiais isolantes
Soleira: suporte para a carga metálica ou transporte de aço .
Consiste de materiais refratários
Queimadores:DE COMBUSTIVEL
manutenção ou aumento da
temperatura da câmara
Chaminé: elimina gases de combustão
ou fusão
Porta para carga e descarga de stock, reparação de forno
INTRODUINTRODUÇÇÃOÃO
Porta para carga e descarga de stock, reparação de forno
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RESISTENTES:- A altas temperaturas e a mudanças repentinas– À ação de fundidos de escoria, fundidos vítreos,
gases quentes, etc.– A carregamentos severos em condições de serviço,– A forças abrasivas
Que são materiais refratQue são materiais refratáários?rios?
São materiais que resistem ações abrasiva ou corrosivas de líquidos, sólidos ou gases em altas temperaturas.
São fabricados em combinações variadas e de formas, dependendo sobre as suas aplicações, e geralmente são:
Materiais RefratMateriais Refratááriosrios
São:– Conservadores de calor– De baixo coeficiente de expansão térmica– Não contaminantes de cargas
Montagem
•Refratários de paredes para o interior de um forno, equipado com blocos de queimadores
•Refratários de revestimento de um forno a arco
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Classificação e Generalidades dos RefratáriosQualquer parte de um forno exposto a elevadas temperaturas deve revestir-se com materiais refratários. Entendendo como material refratário àqueles que no mínimo suportem 600oC sem amolecimento excessivo e sem romper-se.
Interior de fornos (alto forno) Uso FinalCarvão, Carbeto de silício, zircôniaEspeciais
Tijolos de argila refratários, cromita, alumina pura, grafita
NEUTRO, não apresentam combinação com refratários ácidos ou básicos
Magnesita, CaO, MgO, DolomitaBASICO, consistem de óxidos metálicos que resistem à ação de materiais bases
Sílica, Semi-sílica, Alumino-silicatoACIDO, que apresentam algum grau de combinação com refratários Básicos
Composição QuímicaExemplosClassificação
Silica (SiO2) reage em temperaturas altas com refratários, cinzas e escorias básicas formando silicatos reduzindo sua temperatura de fusão.MgO e CaO reage em temperaturas altas com refratários, cinzas e escorias ácidos formando silicatos reduzindo muito sua temperatura de fusão.Al2O3, Cr2O3, SiC, Grafita Neutros Não reagem com com refratários, fundentes, cinzas e escorias ácidos ou bases.
Propriedades dos RefratPropriedades dos Refratááriosrios•Ponto de Fusão: Temperatura na qual o refratário falha ao suportar seu próprio peso Teste da pirâmide (refratário cônico)
•Tamanho: Afeta a estabilidade da estrutura do forno. Precisão nas dimensões do tijolo énecessário, afetam o ajuste entre os refratários, a fim de minimizar espaço entre junções de tijolos refratários.
•Densidade em bruto: Um aumento na densidade aumenta na estabilidade, na capacidade térmica, e na resistência à penetração de escoria..•Porosidade: Baixas porosidades permitem menor penetração de matérias fundidos. •Resistência ao esmagamento em frio: Deve apresentar resistência à abrasão durante o manuseio dos refratários•Resistência à Fluência em altas temperaturas: Não deve deformar-se sob a ação de tensões térmicas através do tempo.
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Propriedades dos Refratários•Estabilidade de Volume, Expansão & Contração: Resistir a mudanças permanentes do refratário durante serviço (devido a reações químicas, as dimensões podem ser alteradas produzindo novas composições e novas propriedades). Geralmente ocorre em altas temperaturas.
•Expansão térmica reversível: Geralmente os refratários, com aquecimento ou resfriamento, sofrem transformações de fase, onde sofrem expansão ou contração.
•Condutividade térmica: Depende sobre a composição e o conteúdo de sílica. E aumenta com o aumento da temperatura.
Alta condutividade Térmica: são desejáveis quando há transferência de calor através dos tijolos, ex.: muflas, regeneradores, etc.,Baixa condutividade térmica: são desejáveis quando se precisa conservar calor (isolantes refratários). Ex.: fornos de tratamento térmico e para ligas leves.
1290-14251,0-2,011-1714-19----28-3315-343,0-6,0Cromita
1480-16750,5-1,00,3-7,085-931,0-3,5----0,3-1,50,7-4,0Magnesita
1680-17000,02-0,10,3-2,2--2,5-3,5----0,15-0,3595-97Resist. alta Temp.
1635-16650,10-0,30.3-0,9--1,8-3,5----0,45-1,2094-97Convencional
19301,0-2,0------0,4-0,8--89-917,5-9,090%
18501,0-3,0------0,5-3,1--60-7818-34Mulita
20000,3-1,0------traças--98-99,50,2-1,0Coríndon
Tipo Sílica - ácida
Tipo Básico
1595-17050,0-0,60,2-1,092-980,5-1,5----0,2-1,00,5-5,0Magnesita alta-pureza
1595-1675----27-530,7-1,5--18-2816-274,0-8,0Cromo-magnesita
18653,0-4,0------3,0-4,0--77,5-82,511-1580%
1820-18503,0-4,0------3,0-4,0--67,5-72,520-2670%
1805-18203,0-4,0------2,0-3,3--57,5-62,531-3760%
17853,0-4,0------2,0-2,8--47,5-52,541-4750%
Tipo Alumina1640-16851,0 – 3,0------1,0 – 1,5--18 - 2672-80Semi - Sílica
1600- 16854,0 – 7,0------1,3 – 2,1--25-3857-70Resist. média alta temp.
1745-17652,5 – 4,0------1,5 – 2,5--40-4449-56Resist. Super Alta Temp
Argila Refratária
oCoutrosFe2O3MgOCaOTiO2Cr2O3Al2O3SiO2
Ponto MoleComposição (%)Tipo
Tipos de RefratTipos de Refratáários e Composirios e Composiççõesões
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Características dos Materiais Refratários Mais Usados na Fundição
Tijolos de Sílica Revestimento de fornos conversores Bessemer, revestimento de arco superior de: fornos elétricos, fornos Martins Siemens, soleiras.
Sílica Sílica
Sílica-aluminoso Bastante usado em partes laterais de vários tipo de fornos, devem trabalhar em temperat. abaixo de seu ponto de fusão. Comportam-se entre ácido e neutro suportam os materiais básicos.Tijolos de Magnesita Usado em soleiras de fornos elétricos básicos e de soleiras de aquecimento.Cromita Suporta bem materiais ácidos e básicos. Exibe baixa resistência a compressão a quente. Usada para separar junções de partes acidas para partes básicas.
Coletor refratário misto
Tijolo de sílica
Tijolo de alto conteúdo de alumina
Tijolo de argilas refratárias
Tijolo de cromita-magnesita
diretamente ligado ao metal
Tijolo de Magnesita sinterizadaRevestimento misto de alto conteúdo de MgO
Revestimento Básico
Revestimento Ácido
Tijolo de Sílica
Tijolo de argila refratária
Aditivos de Escoria-Fluorita-Cal viva- Pedra calcária
-areia de sílica (caias)-elevador de carvão
Revestimento dos Fornos com RefratRevestimento dos Fornos com Refratááriosrios
AplicaAplicaçção dos Refratão dos Refratááriosrios
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a, b, c) tijolos refratários, d) tijolo em faca, e) tijolo em cunha, f) tijolo radial
Tijolos especiais de refratário, radiais com furos para uso em bicas, tampões e tampas.
Cadinhos de grafita em diversas formas e Eletrodo de grafita para fornos
elétricos unidos com rosca Diagrama esquematizado de revestimento refratário de um forno básico. a) chapa, b) tijolo silica-alumina, c) isolantes, d, e, f) tijolos de magnesita, e, g) massa de
dolomita
AplicaAplicaçção dos Refratão dos Refratááriosrios
Argila refratáriaNa industria comum: boa disponibilidade de materiais e não são caros-Consistem de silicatos de alumínio,-O ponto de fusão diminui com aumento de impurezas e diminuição de Al2O3.
Refratários de alto conteúdo de alumina-45 a 60% de Al2O3-Alta % alumina = alta refratariedade-Aplicações: lareiras e e dutos de altos fornos, tanques vítreos.
Tijolo de Sílica- > 93% de SiO2 feitas desde rochas - Na indústria vítrea e de aço & Ferro- Vantagens: não sofre amolecimento até que é alcançado o ponto de fusão. Alta refratariedade, alta resistência ao choque térmico, alta estabilidade de volume.
- Quimicamente são básicos: > 85% de óxido de magnésio (MgCO3).- As propriedades dependem sobre a concentração das ligação do silicato. Vantagens: alta resistência às escorias ricas em Fe e óxido de cálcio (cal).
Magnesita
AplicaAplicaçção dos Refratão dos Refratááriosrios
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Refratários de Cromita-15 a 35% de Cr2O3 e 42 a 50% MgO-Usado para partes criticas de fornos de alta temperatura-Resistente a escorias e gases corrosivas, apresentam alta refratariedade.Refratários de Cromita-Magenesita- >60% MgO e 8 a 18% Cr2O3-Resistente a altas temperaturas-Usado para entrar em contato com escorias básicas na fusão de aços.-Alta resistência a choques térmicos,
Refratários de Zirconita, ZrO2-ZrO2 é um material polimórfico, -Estabilizado com Ca antes de uso. Suas propriedades dependem do grau da estabilização, da quantidade do estabilizador e da qualidade da matéria prima.-Alta resistência até temperaturas próximas a 1500oC, baixa condutividade térmica, não reativo, baixas perdas térmicas.-Usado em fornos de vidro, como isolantes refratários.
Óxidos refratários (alumina)-Al2O3 + impurezas: São quimicamente estáveis, fortes, insolúveis, (água, muito ácidos inorgânicos), alta resistência em atmosferas oxidantes e redutoras.-Usados em industrias de processamento térmico, Alumina altamente porosa usado em revestimentos de fornos que operem até temperaturas de 1850oC.
Tipos de Fornos Usados na FundiTipos de Fornos Usados na Fundiçção de Metais:ão de Metais:
Existem inúmeros tipos de equipamentos (fornos) construídos para a fusão dos metais.
1. FORNOS A COMBUSTÍVEL CUBILÔ (fornos mais pequenos que os altos fornos usados na siderurgia)
2. FORNOS ELÉTRICOS A ARCO ELÉTRICO: DIRETOINDIRETO
DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA: DE INDUÇÃO: COM NÚCLEO
SEM NÚCLEO
3. FORNO DE CADINHO (PODE SER A COMBUSTÍVEL OU ELÉTRICO)
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ALTO FORNO (Blast furnace)
1, Carvão é despejado dentro de grandes estufas aquecidas até1300oC
Elimina gases do carvão e tona-se como coque,
Coque queima com intenso calor e produz pouca fumaça.
2. Coque, junto a minérios de ferro e pedra calcária (limpas) são enviadas para o alto forno.
3. Os elementos são erguidos para a parte superior do forno e borrifados em camadas dentro do forno de aquecimento
4. Forno quente: fluxo de ar quente elevando-se e queda do minério de ferro por fusão.
5. Ferro fundido écolhido na parte inferior e drenado.
6. Impurezas são levadas para a parte
superior do forno (impurezas passam
por uma (escumadeira) e gases passam por limpeza.
Os componentes: ...Ajudam a fundir o minério ... remoção de impurezas...
Estufa de coque
Minério de ferro
Pedra calcária
CaO e MgOALTO FORNO
Forno
Usado na Siderurgia
Os principais componentes do fluxo são: CaO e MgO que são carregados em minério (fundentes calcários) em escorias de aço.
Temperatura de gás no forno alto desde a zona de
combustão. Observa-se uma zona relativamente Cte. (zona
de reserva térmica)
BalanBalançço de Materiais para um Alto Fornoo de Materiais para um Alto FornoInput in Kg Output in Kg
3590kg 3610Kg
280
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REAREAÇÇÕES NO ALTO FORNOÕES NO ALTO FORNO
Redução
Purificação
Purificação
Purificação
Redução
formação agente redutor e calor
formação agente redutor
formação agente redutor
impurezas impurezas
impurezas Cam
adas
de
min
ério
de
Fe,
coqu
e e
calc
ário
Produto Ferro GusaComposição: ∼92% Fe,3 a 4% C, 0,5 a 3% Si,0,25 a 2,5% Mn,0,04 a 2% P, e traças de S.
Ferro Gusa
Combustão
Fusão
Absorção de calor
redução
Ferro Gusa líquido
Saída de escoria
Composição de Ferro Gusa
%C é reduzida no conversor
LD, e a composição
química éajustada em
fornos panela
Esquema de Siderurgia
REFINO
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FORNOS CUBILÔ para Ferro Fundidogeralmente são verticaisPrimeiros Cubilô Wilkinson de parede e sem envoltura exterior com duas caixas de ar e
equipamentos usados
Cubilô mais moderno de carga
manual, com envoltura externa
de chapa metálica e revestida
internamente por tijolos refratários, com sistemas de
separação de escoria e metal.
Sistema que evita a saída de centelhas com
coleta de cinzas
Diâmetro interno do forno: pode chegar até ~ 1,80m.Altura: pode superar 15 metros.Capacidade de fusão: de 1 t/h até cerca de 50 t/h.Bico de vazamento com furo de 12,5mm, pode descarregar cerca de 5 t/hora de metal líquido.
FORNO CUBILÔ para Obtenção do Ferro Fundido (FoFo)O ferro fundido, por suas aplicações industriais, é uma das mais importantes
ligas de ferro, daí a importância em conhecer o forno de cubilô.A rigor, o ferro fundido deve ser considerado uma liga ternária: Fe - C – Si
Deve possuir teores de carbono (C) na faixa de 2,5 a 4%, além do silício (Si), igualmente em porcentagens bem acima das encontradas nos aços comuns.
O revestimento refratário deve resistir: altas temperaturas e a ação química corrosiva oriundo dos produtos fundidos.
Fatores que afetam o nível de desgaste do refratário-grau de acidez ou de basicidade devem ser corretos, ou seja, deve existir um
balanço químico na produção das escória.-excesso de ar ocasiona desgaste prematuro do revestimento;-má distribuição, ou %s excessivas de fundentes podem causar desgaste-Refratários básicos com elevado % de C podem gerar segregação de grafite. -Refratários básicos trabalham com maior conteúdo de Si que refratários ácidos.
ConsideraConsideraçções sobre os refratões sobre os refratáários no forno do rios no forno do CubilôCubilô
Metal: Composto por sucata metálica de fundição (canais alimentadores, peças defeituosas, sucata de aço, ferro gusa de alto forno) + adições de Fe-Si e Fe-Mn (para acerto da composição química do FoFo de acordo com as especificações da norma ABNT NBR6589).Substância fundente: Facilita a separação das impurezas do metal e do carvão, formando a escória (calcário fundente).
ComposiComposiçção da Carga no Forno do ão da Carga no Forno do CubilôCubilôMETAL + COMBUSTÍVEL (CARVÃO COQUE) + SUBSTÂNCIA FUNDENTE
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Exemplo de composição da carga, para produção de ferro fundido num forno
cubilô com diâmetro de 1,20m.
-Coques nacionais exibem um valor baixo de 75 a 80 % no ensaio de queda (daíque coques nacionais são impróprios para esse uso).
Coque de fundição:Em geral, um bom
coque de fundição deve exibir as seguintes
características;
- umidade 0,5 a 2,5 %;- voláteis 0,8 a 1,0 %;- carbono fixo 88 a 90 %;- cinzas 9 a 12 %;- enxofre 0,40 a 0,60 %;- ensaio de queda (shatter test) 94 a 97 %.
Não produz um material de grande uniformidade quanto à composição química, mesmo com os melhores controles operacionais.
A temperatura do material líquido éde difícil controle.
Logo, o cubilô habitualmente éempregado para fundir peças de menor responsabilidade com relação à qualidade.
Qualidade do Metal obtido no Qualidade do Metal obtido no forno de forno de CubilôCubilô
FORNO CUBILÔParte superior é abertaFundo consta de um par de portas
de ferro fundido, permite a remoção do coque não consumido e metal não fundido após cada corrida.
Bica de vazamento geralmente écircular de φs entre 12,5 a 25mm, e élocalizado a uma distância do fundo compreendida entre 10 e 15cm.
Caixa de vento: localiza-se acima do cadinho e envolve o cubilô o ar, enviado por um ventilador que penetra pelas aberturas ventaneiras.
Ventaneiras podem ser circulares ou retangulares, feitas na carcaça (chapa e refratário) do forno, chocando-se com a cama de coque(“cama” = certa carga de coque).
... Descri... Descriçção dos Componentes do ão dos Componentes do CubilôCubilô
Plano das ventaneiras: não deve estar a mais de 50-60 cm acima do fundo do forno. Carregamento do forno é feito pela parte superior
Altura da porta: 5 a 6m, a fim de aproveitar gases quentes ascendentes que, pré-aquecem a carga.
Plataforma de carga: Necessário quando é manual e não-necessário se é mecânicoBica de escória situa-se no lado oposto da bica vazamento. E localiza-se mais acima. O cadinho é a panela onde o metal líquido se acumula até o vazamento. Cuja altura
depende do tipo de trabalho: pequenos para peças leves e grandes p/pecas grandes.
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-Zona do cadinho: situada logo abaixo das ventaneiras;-Zona de fusão: começa na linha das ventaneiras, sendo a zona de mais alta temperatura do cubilô;-Zona de carga: compreendida entre a porta de carga e a zona de fusão (zonas de absorção de calor);-Zona da chaminé: geralmente revestida com parede fina de grande durabilidade e não requer atenção especial.Obs: o furo de escória deve ser aberto a cada 4 ou 6 vazamentos de metal; caso se perceba que a escória esteja por atingir as ventaneiras, estando fechado o furo de corrida.
Zonas tZonas tíípicas de um forno picas de um forno cubilôcubilô
Zona do Cadinho
Zona de Fusão
Zona de carga
Zona
cha
min
é
De arco eléctrico:arco directo;arco indirecto.
De indução eléctricaBaixa frequência;Média frequência;Alta frequência.
De resistência eléctrica:aquecimento directo;aquecimento indirecto.
Utilizados para a fusão de metais ferrosos e não-ferrosos, Apresentam numerosas vantagens sobre os fornos a combustível.Sob o ponto de vista do custo de energia, a energia térmica obtida
quimicamente pela queima de combustíveis comerciais é geralmente mais baratado que a obtida via: conversão da energia elétrica em calor.
No entanto, em aplicações que exigem temperaturas elevadas, como no caso da fusão de metais, o rendimento da transferência de energia à carga metálicado forno é superior no caso da energia elétrica.
Fornos ElFornos Eléétricos:tricos:
Tipos de Fornos Elétricos:
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Fornos ElFornos Eléétricos a Arcotricos a ArcoSão os mais utilizados para a fundição de metais ferrosos.
Aplica-se para fusão simples como à fusão com refino.Forno a Arco Direto-Consiste de uma carcaça cilíndrica de aço, montada sobre um sistema que permite o basculamento do forno para frente e para trás.
A parte inferior do forno (soleira) éconstituída por revestimento refratário de natureza básica ou ácida;
As partes laterais bem como a abóbada, são revestidas de tijolos silicosos.
Usado principalmente para a fusão de aços. Sua capacidade pode chegar até 100000 kg
porta
Eletrodos de grafita
Aço líquido
Panela
Macaco de inclinação hidráulico
Controle de Eletrodos
Velocidade de fusão vai até 40000 kg/hora,Temperat. de trabalho esta entre 1250 a 1750oC
Utiliza o calor desenvolvido pela descarga elétrica em forma de arco, entre 3 eletrodos (igualmente espaçados) e o metal. Cada eletrodo é ligado a uma fase trifásica.
Eletrodos são de grafita por ter alta resistência e elevada condutibilidade elétrica. A fusão é controlada pela variação de voltagem e pelo ajuste automático da posição
ou altura dos eletrodos. A faixa de voltagens varia entre 90 e 500V.
Cabos elétricos
Abóboda
Porta de carga
Camisa de água de
resfriamento
Eletrodo de Grafite
Sucata
Revestimento de Soleira
Bico de Vazamento
Revestimento refratário
Metal líquido
Fornos a Arco DiretoFornos a Arco Direto
A altura do banho metálico é pequena e apresenta grande superfície de contacto com a escória; muito embora não haja agitação, as reações escória-metal são ativadas pelo sobreaquecimento do leito.
Forno revestimento básico, pode realizar refino, desulfuração e desfosforação. Forno revestimento ácido: para simples fusão, menos possibilidade de refino, é limitada
para descarburação e desoxidação. Exige sucata selecionada sem S e P.A escolha entre esses dois fornos, depende das qualidades de aço a elaborar, considerando
as disponibilidades de sucata existentes.Na fusão do ferro fundido: a carga é de: sucata de ferro fundido e aço; Controle de C e Si é feito mediante adição de C, na forma de coque e de Ferrosilício.
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Forno a Arco Direto: de precisão São de fornos de pequeno porte para fundir de gramas a dezenas de gramas de ligas metálicas especiais em atmosfera inerte. Equipada com sistema de refrigeração e injeção de gás. Utiliza cadinho de cobre e eletrodos de W.
Botões liga recém
fundidos
Forno ElForno Eléétrico de Arco Indiretotrico de Arco IndiretoO forno de arco indireto é monofásico, e geralmente é basculante, Geração de Calor por radiação do arco elétrico entre dois eletrodos
horizontais, e é transmitido para a carga..
Capacidade de carga: entre 1000 a 2000 kg enquanto
Velocidade de fusão vai até 1000 kg/hora.
Temperatura de trabalho entre 1000 a 1750oC
Arco de radiação
Usado principalmente para fundir ferro fundido de alta qualidade e pequenas quantidades de ferro-ligas ou ligas pesadas a base de Cobre, assim, como para aços inoxidáveis e aços de alto teor de liga.
Movimento basculante, desde o inicio do arco, aumenta gradativamente até atingir 140° - 160°, quando a carga está completamente fundida.
Finalidade não perder calor por condução, nem por convecção para as paredes de forno
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Regulagem do arco: Automaticamente (através de dispositivos eletro-mecânicos ou hidráulicos). A medida que os eletrodos se consomem, um deles se aproxima, mantendo-se sempre o arco elétrico.
Forno elForno eléétrico de arco indiretotrico de arco indireto
Vantagens: menor investimento no custo inicial e na instalação;Fácil operação com mão-de-obra menos qualificada (os fornos trabalham com
voltagem constante e utilizam potência máxima durante quase toda a corrida);Rápida substituição de carcaças (fornos modernos)Versatilidade de fusão: podem ser fundidos no mesmo forno (com mínimo
perda de tempo) vários tipos de ligas, com a simples substituição de carcaças com revestimentos adequados para cada finalidade.
Permitem a obtenção de temperaturas elevadas.Controle químico do metal fundido é mais rigoroso
Desvantagem: apresenta rendimento inferior ao do forno a arco direto. A capacidade é limitada a um máximo de 2t. Em casos excepcionais, podem ser construídos fornos de 5 a 10t.
Aplicação: para fusão e como fornos de espera para ligas leves de baixo ponto de fusão à base de alumínio ou magnésio.Capacidade: pode superar 20t.
Forno ElForno Eléétrico a Resistênciatrico a Resistência
Regulagem de temperatura em função: - tamanho do forno;- tolerância admissível para variação de temperatura.- liga e desliga o dispositivo regulador do forno quando a temperatura cai
abaixo ou ultrapassa a temperatura desejada (bastante usado), - Por dispositivos elétricos, como relé, etc.
Aquecimento: por passagem de corrente elétrica através de uma resistência (arames metálicos (kantal) ligas de alta resistência elétrica e alto T. fusão).
As resistências são geralmente montadas na abóbada do forno, sendo suportadas por formas especiais de refratários.
O aquecimento da carga e do banho ocorre por irradiação.
Na fusão de ligas não-ferrosas de alto ponto de fusão, e mesmo para ferros fundidos e aços, empregam-se fornos de resistência irradiante de grafita. Utiliza-se bastão de grafita contínuo que irradia calor ao banho.
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Fornos ElFornos Eléétricos de Indutricos de InduççãoãoUsados para a fusão e refino de vários tipos de ligas ferrosas e não ferrosas.
Garantem um bom controle químico das ligas. O bom rendimento, embora, se utilize uma carga metálica parcialmente
líquida em fornos auxiliares, para arrancar a fusão.
Princípio de funcionamento é o mesmo para todas as variações
Funcionam sob o mesmo principio de um transformador:
Subdividem-se em:Fornos de indução de baixa freqüência (até – 50Hz)Fornos de indução de média freqüência (volta dos 500Hz)Fornos de indução de alta freqüência (acima dos 5000Hz)
fornos de indução a vácuo, geralmente, é usado para baixa freqüência,
-Consiste de uma bobina primária (refrigerada por fluxo de um fluido) pela qual percorre corrente alternada, induzindo um campo eletromagnético alternado (ou seja, gera correntes parasitas ou correntes de Foucaltno metal produzindo um efeito de aquecimento) no metal de carga (cadinho) que atua como bobina secundária.
A profundidade (s) de penetração da corrente édependente da freqüência (f) na carga, de tal forma que a relação s/√f deve ser constante, para fundir o metal.
Comparando fornos de indução de baixa e de alta freqüência:- Quanto mais baixa for a freqüência a agitação é maior, (a agitação do banho
pode destruir a camada protetora de escória e promover a inclusão de óxidos)-Os refratários duram menos tempo nos fornos de baixa freqüência, -Na fase de arranque as correntes de alta freqüência desenvolvem mais
calor que as de baixa freqüência;
Típicos Fornos de indução: potencia de 1500 kw- capacidade 35000kg - Velocidade de fusão 2500 kg/hora - temperatura de trabalho 600 a 1750oC
Fornos ElFornos Eléétricos de Indutricos de Induççãoão
As cargas mais utilizadas, incluem sucata de aço, sucata de ferro fundido, retornos, ferro-silício e carbono. No entanto a carga varia em função do tipo de produto que se deseja obter.
Classificação dos fornos de indução : com núcleo e sem núcleo.
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Fornos de InduFornos de Induçção com Não com Núúcleocleo
A bobina do forno envolve um núcleo magnético de aço laminado.
O conjunto bobina-núcleo, é envolvido por camada refratária e encontra-se disposto de modo a formar-se, ao seu redor, um canal de metal líquido após a fusão do banho do forno.
Preferidos para fusão de metais não-ferrosos, embora também usado para fusão de ferros fundidos.
Vantagem:Elevado rendimento, aproveita 95 a 98% da energia alimentada e não necessita
de muita energia elétrica para manter o metal em fusão.
Apropriados para fundir ligas de Cu, Zn ou Al, e mesmo para ferros fundidos de composição constante e em regime contínuo.
Fornos de indução com núcleo e canal líquido são construídos com capacidades diversas, segundo o tipo de metal a fundir.
Desvantagem:Necessita manter permanentemente metal líquido no canal do forno: Isso impõe:-Utilização contínua do forno (24h/dia), ou, durante horários de não-funcionamento,
se deve manter ligada a energia para manter fundido o metal do canal;-Para iniciar a operação do forno (ou, mudanças do tipo de metal): deve-se dispor
um forno auxiliar para fundir o metal necessário para o canal.
Princípio do transformador:-O enrolamento primário é constituído por uma bobina de cobre resfriada à água;-A bobina secundária do circuito é constituído pela carga metálica.-A câmara de aquecimento é um cadinho refratário ou é constituída de revestimento refratário (de natureza básica) socado no lugar.
Fornos de InduFornos de Induçção sem Não sem Núúcleocleo
Desenhos Esquemáticos de fornos de indução sem núcleo
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1) Carregar o forno com sucata de aço ou liga a ser fundida.2) A seguir, se liga a corrente de alta freqüência é passada através da bobina primária.3) Uma corrente secundária muito mais forte é induzida na carga, resultando no seu rápido aquecimento.4) Formada uma bacia de metal líquido, se inicia uma forte ação de agitação, concorrendo para a aceleração da fusão.5) Fundida inteiramente a carga, busca-se atingir a temperatura desejada.6) O metal é desoxidado e está pronto para ser vazado.
O processo consiste emO processo consiste em::
Desvantagem: Apresentam um rendimento inferior ao do forno com núcleo, variando de 75 a 85% em função da freqüência utilizada e do tipo de metal a fundir,
CaracterCaracteríísticassticas
Vantagem: são construídos para trabalhar em correntes com freqüências variando desde 50-60 Hz (freqüência de linha) até 15.000 - 20.000 Hz, oferecendo excelente flexibilidade de aplicação a qualquer tipo de metal, desde a fusão de metais não-ferrosos (ligas leves, ligas de cobre, metais preciosos) como na fusão de ferros fundidos e aços das mais diversas composições.
Fornos de InduFornos de Induçção sem Não sem Núúcleocleo
Forno de cadinhoForno de cadinhoFornos de cadinho foram usados desde épocas milenares,
Este processo, hoje em dia é de grande flexibilidade e de variadas opções em relação aos: metais fundidos, tipos de combustíveis e técnicas de processamento.
Bronze, Al, bronze, latão, Cu, ferro dúctil e cinza, aços, Mg, ligas de Ni e ligas refratárias são produzidas pelo processo de forno de cadinho.
A capacidade do cadinho pode variar desde gramas até algumas toneladas, dependendo do tipo de liga.
O aquecimento para fusão dos metais inclui combustíveis tipo: carvão, coque, eletricidade, gases(natural, propano, etc.) e líquidos (diesel, óleo queimado).
Cadinhos de chapas metálicas freqüentemente são usados fornos de indução de baixa e alta freqüência.
Forno de Cadinho Estacionário
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Cadinhos são usados dentro de uma camada de revestimento de refratário equipado com sistema de aquecimento e sistema basculante para vazamento do metal líquido através de um bico.
Normalmente o metal líquido é vazado a panelas (caias) ou, o cadinho contendo o metal líquido é removido da camada revestida e transportadapara a operação de preenchimento dos moldes.
Forno de Cadinho com aquecimento por queima de gás
Forno de CadinhoForno de Cadinho
Forno de Cadinho com aquecimento por queima de carvão
Forno de Cadinho com aquecimento por queima de gás com sistema basculante
Para preservar a pureza dos metais e produzir peças de boa qualidade se deve evitar a absorção de gases e a oxidação do metal liquido. Pois a maioria dos metais e ligas oxidam-se e absorvem gases.
O alumínio e suas ligas, p. ex., absorve hidrogênio quando aquecido e esse gás causa porosidade nas peças fundidas. Porém, essa casca serve, de certa forma, como proteção contra o hidrogênio e oxidação ulterior.
CaracterCaracteríísticassticas
A tendência à oxidação cresce com a temperatura e o tempo, devendo estes fatores serem rigorosamente controlados.
Alguns fundentes podem ser adicionados a fim de melhorar as condições de fusão.
Existe processos de fusão a vácuo que mantém os metais e ligas não-ferrosas limpas e puras durante a fusão.
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O forno mais simples é aquele onde o teto deflete a chama e os produtos de combustão para a superfície do metal liquido.
Usado para metais não-ferrosos com capacidade de 50 a 5000kg e velocidade de fusão até 10000 kg/hora, para produção de peças de grandes dimensões, como cilindros de laminadores. Os fornos encontram-se geralmente em instalações siderúrgicas.
Temperatura de trabalho de 600 a 1650oC. Este tipo de forno utiliza-se principalmente naAquecimento a gás ou a óleo com alto consumo de ar, daí que produzem
atmosfera oxidante o que produz perda de carga. Compensando com ferro gusa com alto teor em carbono ou mediante uma carburação.
Forno de RevForno de Revéérbero (reverberarbero (reverberaçção)ão)
Desenho esquemático de fornos de reverberação
É uma variedade do forno de reverberação possui maior eficiência térmica e o desgaste do refratário é mais uniforme. Assim como alta produtividade.
Capacidade: varia entre 500 a 25000 kg/hora, velocidade de fusão de 5000kg/hora e temp. de trabalho entre 800 a 1500C.
Usado para todo tipo de ferros fundidos (fundidos cinzentos ligados e maleáveis) e ligas de cobre e de alumínio.
Desvantagem, as perdas de carga devido á atmosfera oxidante podem ser bastante elevadas, chegando até 10%.
A transferência de calor no forno rotativo é feita por condução, convecção e radiação, sendo esta última a mais importante.
Devido ao baixo custo de fusão, é possível constituir um leito de fusão com material de elevado custo e manter a competitividade de ferros produzidos àbica.
Forno RotatForno Rotatóóriorio
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Desenho esquemático de fornos Rotatórios
Este tipo de forno não é normalmente usado na fundição.Muito usado no refino de ferros pré-fundidos e na fabricação de aço
por meio de oxidação das impurezas de ferro gusa.A capacidade dos conversores varia entre 5000 a 50000 kg com
velocidade de fusão de 10000 a 100000 kg/hora. A temperatura de trabalho é de 1650oC.
Forno tipo ConversoresForno tipo Conversores
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Combustíveis Usados Na Industria da FundiçãoCoque: usado em cubilô para fundição de ferros fundidos, em fornos de cadinho, para fusão de ligas ferrosas e não ferrosas, em estufas para secado de moldes e machos. Ex.: Uma tonelada de minério de carvão mineral dáaproximadamente 270 a 300 m3 de gás, 650 a 700 kg de coque e 30 a 40 kg de alcatrão e outro produtos químicos.
Antracita: uma variedade compacta e dura do mineral carvão e de maior conteúdo de C. Possui baixo conteúdo de cinza e de materiais voláteis.-Adequado para carbonetação de FeFo e aço líquido, em poucas quantidades pode ser usado em fornos cubilô, substituindo até em 10% ao coque da carga.
Lenha: obtida de arvores e contem 20 a 60% de água. Existem lenhas fortes (acácia, roble, etc.) e lenha mole (pino, abeto, etc.). A composição media é de: 50%C, 44% O, 6% H. Cortada em pedaços são usadas em fundições em geral para labores secundarias (posta em marcha, de fornos, cubilôs, etc.)
Carvão de Lenha: destilando a lenha forte em temperaturas de 300 a 400oC se obtém um combustível com 80 a 90% C, 2 a 3%H, 5 a 7% O, e 2 a 4% cinzas. Os subprodutos são: alcatrão, gás e acido acético. O carvão de lenha substitui o coque em muitas aplicações. O poder calorífico é de 6500 a 7000Kg/kg.
Gás de gasogênio: produto da gasificação de produtos que contem carbono (da queima de: carvão, monóxido de carbono, metano), com 25 a 30 % de voláteis.
-Usado em grandes fornos de fusão e de espera, em estufas. -Poder calorífico de 1000 kcal/hora.
Gasolina: Produto mais ligeiro da destilação do petróleo e ferve a 150oC, peso especifico de 0,64 e 0,65. Não usado na fundição.
Gás de alumbrado: obtido por destilação da hulla (carvão mineral que contem entre 45 e 85% de carbono).
-Poder calorífico de ~5000kcal/m3. Usado em fornos para TT, fusão de metais, secado de caldeiras de fundição e para preaquecimento.
-Muito tóxico e devem dar-se as prevenções necessárias.
Gás de Coqueria de alto forno: usado quando existe plantas de fundição próximas ao alto forno. E em lugares ricos de carvão.Gás Metano: Gás natural com poder calorífico de ~8500kcal/m3. Atualmente esta substituindo aos outros combustíveis. Uso em grande fornos como Martins-Siemens (siderurgia) para produção de aço. Assim como em estufas, fundição de ligas ferrosas e não-ferrosas, fornos de aquecimento e de ToTo.
Fuel-Oil: é um resíduo de destilação do petróleo a 300oC.-Muito usado em forno de fundição de metais e ligas não férreas em fornos de
reverberação. -Poder calorífico inferior esta entre 9800 a 10200 kcal/mol.
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Fundente
Os combustíveis sólidos usados em fundições de fornos de cubilô, reverberação, elétricos, contem grandes quantidades de cinzas a base de sílica, alumina, e outros secundários como: cal, magnesita, oxido de ferro, enxofre e fósforo.
Qualquer substância química que abaixa o ponto de fusão de outra substância à que é adicionada. Um fundente acrescentado a um minério antes da fusão, auxilia na separação das impurezas do metal.
Tudo isso dá origem a cinzas com complexos pontos de fusão, que podem variar desde os mais fundíveis (com Tf abaixo de 1200oC, intermediários com Tf entre 1200 e 1350OC), atéos mais difíceis de fundir com Tf entre 1350 a 1500oC.
Essas que essas cinzas sejam fundíveis são adicionadas os fundentes (pedra calizaflurorita, cal) de forma que as escorias sejam de fácil separação do metal líquido e sejam quimicamente ativos para efeitos de eliminar impurezas como, S, P, Si.
A pedra caliza (CaCO2 + impurezas SiO2): é um fundente normal pare ligas ferrosas. As pedras que contém pouco cal (CaO) e muito Si deve considerar-se de má qualidade. -- São usadas em proporções de 20 a 25% da carga de coque.
Fluorita: são minérios translúcidos e contem entre 80 a 85% de CaF2. Aumenta notavelmente a fluidez da escoria e favorece a eliminação de S. -Usa-se 1 parte de pedra fluorita e 5 partes de pedra caliza, proporções maiores podem
prejudicar os materiais refratários de revestimento.Cal (CaO): subproduto da pedra caliza e se utiliza de forma úmida para operações de
fusão em fornos elétricos com revestimento de dolomita ou magnesita a fim de formar escorias que cubram o metal líquido e retirem impurezas (S, P, etc.).
OBRIGADO ...OBRIGADO ...
