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TBG/PETROBRAS/SULGÁS
FINEP PROJETO ENCOMENDA CTPETRO
21.01.0399.00
MANUAL ORIENTATIVO PARA CONVERSÃO DE FORNOS PARA EMPREGO DE GÁS NATURAL
SUBPRODUTO DO PROJETO: CONTROLE DE ATMOSFERAS EM FORNOS À GÁS NATURAL
FORNOSGN
Porto Alegre, 25 de Novembro de 2003.
ESCOLA DE ENGENHARIA LABORATÓRIO DE METALURGIA FÍSICA Av. Osvaldo Aranha, 99- 60 andar - Sala 610 CEP: 90035-190 - Porto Alegre - RS - Brasil Fone/Fax: (51) 3316 3565 Cel: 99816842 e-mail: [email protected]
ELABORAÇÃO DE PROCEDIMENTOS PARA CONVERSÃO DE FORNOS
1 – Introdução
Nesta etapa foram realizados o acompanhamento do processo de conversão de fornos de
tratamento térmico a óleo, GLP e energia elétrica para fornos que operem a gás natural, e a análise
de diversos fatores que afetam a qualidade final dos produtos tratados termicamente. Fatores como
taxa de aquecimento, atmosfera dos fornos/analise dos gases de combustão, homogeneidade do
aquecimento e qualidade metalúrgica de peças tratadas termicamente em fornos a gás natural foram
analisados fornecendo subsídios para difusão da cultura de utilização desta fonte de energia no
maior pólo industrial do estado.
O desenvolvimento das atividades no contexto do projeto consistiu, em linhas gerais, em
avaliações de fornos para tratamentos térmicos que empregam energia elétrica ou gás GLP,
caracterizando os produtos tratados termicamente visando estabelecer os critérios tanto de
processamento como de qualidade dos produtos para direcionar a conversão destes equipamentos
para uso do energético GN.
Com os dados obtidos e todas demais atividades já realizadas bem como com a experiência
acumulada, o objetivo principal desta etapa do projeto foi estabelecer um roteiro de procedimentos
para subsidiar futuras conversões de equipamentos que empregam energia elétrica ou GLP para
utilização do GN.
Cabe ressaltar que a gama de equipamentos de tratamentos térmicos utilizados, bem como
também de tipos de tratamentos a serem realizados é bastante grande, o que determina diferentes
tipos de equipamentos e ciclos térmicos empregados, além de diferentes tipos de queimadores a
serem selecionados conforme cada necessidade.
2 – Metodologia
A determinação dos procedimentos de conversão de fornos deve se dar a partir da avaliação
de aspectos como tipo de material a ser tratado (tipo de aço), objetivo do tratamento térmico (tipo
de tratamento), regime de tratamento (intermitente – pequenos volumes, contínuo – grandes
volumes) e equipamentos (fornos tipo câmara, com atmosferas controladas, tipo mufla, etc.) a
serem empregados. Os componentes apresentados como exemplo de tratamentos térmicos no
presente relatório já estão sendo tratados em fornos convertidos para GN, já homologados a partir
dos resultados do projeto em andamento.
2.1 - Tipo de Material a ser Tratado
Devem ser avaliados que materiais serão tratados usualmente no equipamento a ser
convertido. Resumindo algumas possibilidades, um aço baixo carbono (SAE 1010) e outro
componente mecânico de aço baixa liga (SAE 8620), os quais devem receber um tratamento termo-
químico de endurecimento superficial de carbonitretação, que consiste inserir a peça em uma
câmara com atmosfera contendo nitrogênio e carbono, o qual irá difundir para a superfície da peça,
resultando em um endurecimento com o objetivo de proporcionar resistência ao desgaste.
Este tipo de componente associado ao tratamento térmico necessário determina o tipo de
equipamento (forno) a ser empregado. Neste caso, é necessário um forno tipo câmara, onde a fonte
de calor não deve ser exposta a atmosfera carbonitretante a qual a peça esta inserida devido à
degradação dos elementos de aquecimento. As resistências elétricas, por exemplo, seriam afetadas
por esta atmosfera gerando degradação dos elementos resistivos e do aquecimento do forno. Isso
determina a utilização de um forno tipo câmara com aquecimento confinado em tubos radiantes que
no caso de fornos elétricos, tem elementos resistivos no interior de tubos de aço refratário, os quais
irradiam a temperatura para o interior da câmara de tratamento.
Outro caso poderia ser uma biela de motor VR – 125 CC, usada em motores de kart,
fabricada em aço SAE 4320, a qual é cementada, temperada e revenida. Trata-se de outro exemplo
de componente mecânico em aço baixa liga, que deve empregar tratamento em forno tipo câmara
com atmosfera cementante e, posteriormente encaminhado para têmpera e revenimento. Também
neste caso vale a conversão do equipamento elétrico com resistência e tubo irradiante para uso de
microqueimador com queima confinada no interior dos tubos irradiantes, permitindo a elaboração
de atmosfera controlada em seu interior.
Isso pode determinar a utilização de microqueimadores instalados no interior dos tubos com
queima confinada, e ajustes precisos da relação ar/GN para que a queima e o aquecimento se
processem adequadamente. Conforme desenvolvido no decorrer do projeto, com ajuste da queima
confinada em um tubo de quartzo, para posterior emprego nos tubos de aço refratário.
Fig. 1 – Ajuste de queima de GN com microqueimadores no interior de tubos irradiantes. Já no caso de tratamentos puramente térmicos, tais como recozimento, normalização,
esferoidização, têmpera e revenimento, são utilizados fornos tipo câmara tipo mufla para
tratamentos intermitentes (baixa produção e pequenos lotes) ou fornos esteira para tratamentos
contínuos (alta produção e lotes grandes).
Neste caso podem ser empregados fornos tipo intermitentes (lotes pequenos – figura 2a) ou
contínuos (lotes grandes 2b), com emprego de microqueimadores queimando diretamente na
câmara de tratamento como mostra a figura 2.
(a) (b)
Fig. 2 – Fornos para tratamentos térmicos intermitentes (2a) contínuo 2b com emprego de microqueimadores. Também podem ser empregados fornos com tipo mufla com queimadores adquiridos no
mercado, os quais podem apresentar aspectos econômicos interessantes (baixo custo), porém sem
proporcionar grande homogeneidade térmica no interior do forno.
2.2 - Objetivo do Tratamento Térmico (Tipo de Tratamento)
Como já descrito anteriormente, tratamentos termo-químicos (cementação, carbo-nitretação,
nitretação etc) necessitam de fornos com atmosferas específicas, assim como também tratamentos
de aços especiais de alto carbono equivalente como têmperas de aços ferramenta etc. Isso
determina o tipo de aquecimento e queimador a ser utilizado.
Já tratamentos térmicos, como normalização, recozimento ou solubilização de aços
inoxidáveis, por exemplo, requerem outros tipos de equipamentos e também de queimadores a
serem utilizados. No caso de componentes como mostrado na figura 3, que são peças
microfundidas de aço inoxidável da classe CF8 (similar a um inoxidável AISI 304, porém fundido)
que após fundição deve ser solubilizado. Este tratamento deve solubilizar precipitados e carbonetos
para garantir inoxidabilidade do material e devem ser realizados em temperaturas elevadas. Neste
caso, o emprego de microqueimadores ou de um queimadores comercial é utilizado.
Fig. 3 – Componente em aço inoxidável microfundido da classe CF8 para tratamento de solubilização.
Para tratamentos de normalização e recozimento de aços carbono e baixa liga, podem ser
empregados queimadores com pré mistura, da ETIN com ponteira de tela cônica, mostrados na
figura 4. São queimadores de elevada eficiência de combustão uma vez que utilizam a tecnologia
de pré-mistura, com sistema “plug and play” no entanto para temperaturas até 1000oC, já que não
resistem à temperaturas mais elevadas.
Fig. 4 – Queimadores cônicos em tela de aço com sistema de pré-mistura. 2.3 - Regime do Tratamento Térmico
Devem ser considerados os tamanhos dos lotes a serem tratados, o que definirá o regime de
tratamento a ser empregado. Caso sejam lotes relativamente pequenos ou descontínuos, serão
empregados equipamentos de regime intermitente, com tratamento por bateladas. Já no caso de
grandes lotes e continuidade de produção, serão empregados fornos contínuos.
Desta forma, a conversão de equipamentos deve considerar desde o regime de trabalho,
associado, e ao volume a ser tratado juntamente com os tipos de aços a serem tratados, tipo de
tratamento (térmicos ou termo-químicos) até o energético anteriormente empregado.
2.4 - Equipamentos Empregados
Na conversão dos equipamentos deve ser analisado o tipo de forno que está sendo
empregado. No caso de fornos tipo mufla, com aquecimento elétrico, a conversão deve considerar a
perda térmica na tiragem, em função da necessidade de saída dos gases de combustão pela
chaminé. Este aspecto deve ser levado em consideração no dimensionamento dos queimadores a
serem empregados na conversão do equipamento. No caso de fornos originalmente a GLP, este
aspecto já está considerado no próprio projeto do forno sendo, neste caso, considerado o poder
calorífico diferenciado entre o GLP e o Gás Natural.
Estes aspectos devem ser considerados para quaisquer equipamentos a serem convertidos,
sejam eles contínuos ou intermitentes, que empregam Energia elétrica ou GLP, para tratamentos
Sistema de pré-mix microcontrolado
Ponteira Cônica em tela de aço
Queima em Forno Piloto.
térmicos ou termo-químicos ou para aços comuns (ao carbono ou baixa liga) ou especiais (aços
inoxidáveis ou ferramenta).
3.Avaliação de Perfil Térmico de Fornos
Nesta etapa devem ser obtidos dados com relação ao equipamento e energético a ser
substituído. Devem ser levantados dados quanto aos perfis de aquecimento para os tratamentos
realizados no equipamento, considerando cargas representativas do regime normal e diário do forno
com o energético original (seja ele elétrico ou gás GLP).
Como exemplo foi empregado um forno de tratamento de normalização, que originalmente
utilizava energia elétrica. Neste caso em função da alta produção e lotes grandes a serem tratados o
equipamento utilizado foi um forno contínuo, sendo avaliado o perfil de temperaturas a partir do
aquecimento do forno. O perfil de térmico do forno, desde a etapa de aquecimento até a etapa de
normalização (patamar), foi obtido (linha azul na figura 5). Este perfil foi utilizado como referência
para avaliação da conversão.
Na conversão, em função de um equipamento de regime contínuo, com câmara
relativamente longa e da necessidade de boa homogeneidade térmica ao longo do forno, definiu-se
que o melhor queimador a ser empregado seria microqueimadores dispostos na região superior do
forno. A curva amarela na figura 5 mostra o perfil térmico após a alteração do equipamento. Pode-
se observar que o perfil de aquecimento foi favorecido com um menor tempo para atingir a
temperatura, no entanto com um sobre aquecimento maior no início do patamar. Este
comportamento se deve a maior precisão e menor inércia dos controladores do sistema elétrico, que
promovem uma redução de potência mais gradual, elevando um pouco o tempo para atingir a
temperatura de patamar, no entanto não gerando um sobreaquecimento no início do patamar.
Já o sistema a GN, mostrou que a potência de aquecimento foi maior até próximo da
temperatura de patamar, favorecendo uma maior taxa de aquecimento, no entanto com um maior
sobre aquecimento no início do patamar em função de aspectos relativos a potência e inércia do
sistema. Cabe ressaltar que o sobre-aquecimento observado não compromete o tratamento térmico
realizado, estando ainda nas faixas de temperatura permitidas.
Com relação ao patamar, observa-se uma relativa maior oscilação em torno do patamar
desejado, no entanto ainda não comprometendo o ciclo de tratamento desejado. Este
comportamento está relacionado a maior rapidez na resposta do sistema a GN quanto do
acionamento dos queimadores em relação ao aquecimento elétrico e também a uma maior inércia
do sistema. A queda de temperatura quando o controlador determina o desligamento ou a redução
da potência dos queimadores é mais rápida em relação ao aquecimento elétrico e isso é decorrência
da necessidade de chaminés para evolução dos gases de combustão nos sistema aquecidos por
queima de combustível (tiragem). Cabe ressaltar que as variações de temperaturas observadas com
o uso do GN foram aceitáveis e não prejudicam os tratamentos térmicos desejados.
0100200300400500600700800900
1000
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
Tempo de Tratamento (hrs.)
Tem
pera
tura
(C)
Perfil com E. Elét.
Perfil com GN
Fig. 6 – Avaliação dos perfis térmicos de um forno elétrico e após conversão para GN.
Além disso, devem ser considerados os seguintes aspectos:
- Distribuição e localização dos queimadores – Deve proporcionar homogeneidade térmica;
- Localização da saída dos gases – Deve proporcionar fluxo dos gases através da câmara,
permitindo troca térmica com o material a ser tratado;
- Deve ser prevista chamas piloto para acendimento dos queimadores, bem como dispositivos
de segurança, com purga da câmara na partida do equipamento;
- Deve-se evitar a incidência de chama diretamente sobre as peças ou sobre o refratário dos
fornos, visando não deteriorar as peças ou do material refratário.
4. Avaliação de Peças Tratadas
O tratamento realizado em qualquer equipamento seja ele qual for o energético ou tipo de
tratamento realizado, prevê a qualificação do produto, frente aos aspectos microestruturais, dureza,
ausência de descarbonetação, perfil de microdureza e demais critérios de qualidade.
Após os equipamentos convertidos, deve-se proceder com uma qualificação dos produtos
tratados com o GN, avaliando comparativamente as características entre o energético anteriormente
utilizado com o produto tratado como GN.
A qualificação deve seguir os procedimentos adotados no desenvolvimento do projeto e
repetidos nesta etapa para buscar a homologação tanto dos tratamentos térmicos como dos produtos
finais e sua qualidficação.
A figura 7 mostra a microestrutura que era obtida com a normalização realizada em forno
elétrico (a) e em forno após sua conversão para GN.
(a) (b)
Fig. 7 – Normalização realizada no antes da conversão empregando energético elétrico (a) e após a conversão para GN (b). Ataque de nital. 500x.
Como pode ser observado, o tratamento após a conversão do equipamento apresentou um
tamanho de grão menor do apresentava co emprego do forno elétrico. Naturalmente deve-se levar
em consideração que se tratam de ciclos realizados em momentos diferentes, no entanto a princípio
no mesmo ciclo. O menor grão deve ser conseqüência da maior oscilação do patamar com o
energético GN em relação à energia elétrica. A inércia do aquecimento maior no caso do GN,
fazendo com que a variação de temperatura seja maior, resulta em um tempo em temperatura mais
elevada menor, o que afeta o crescimento do grão, considerando que o este crescimento é acelerado
em temperaturas maiores.
Outro aspecto importante está relacionado às características superficiais do material. No
caso de normalização, podem ocorrer mecanismos de descarbonetação. No caso de fornos elétricos
para normalização, os quais para aços ao carbono normalmente não possuem atmosferas
controladas, a descarbonetação pode ser crítica. A figura 8 mostra a microestrutura do componente
após tratamento no forno ainda elétrico e tratado após a conversão do forno para GN.
(a) (b)
Fig. 8 – Micrografia superficial do corpo calibre após normalização com energia elétrica (a) e após a conversão do forno para GN (b). Ataque de nital 2%. 200x.
Como pode ser observada, a primeira carga tratada após a conversão apresentou uma
descabonetação mais significativa em relação ao tratamento quando o forno ainda utilizava
energético elétrico. Este aspecto dá indícios da presença de uma atmosfera oxidante no interior do
forno como conseqüência da queima do combustível com uma mistura ainda não otimizada.
Este fato determina a próxima etapa do procedimento de conversão de fornos para GN, que
é exatamente a avaliação dos gases de combustão, que tem como objetivos principais avaliar as
emissões resultantes da queima, bem como otimizar a relação ar/combustível visando aumento da
eficiência de queima e propiciando uma atmosfera mais adequada ao forno e ao material tratado
termicamente.
5. Avaliação dos produtos de combustão
Como pode ser observado no item anterior, a simples conversão dos fornos, por exemplo
elétricos, para aquecimento com GN, podem resultar em queda da qualidade das peças tratadas,
caso não sejam determinados parâmetros de queima otimizados e até, para alguns casos,
propiciando a regulagem dos queimadores para uma mistura rica, favorecendo uma atmosfera
redutora para minimização do efeitos de descarbonetação.
A figura 9 mostra as curvas dos produtos de combustão em função da relação
ar/combustível (mistura rica ou pobre), mostrando a faixa de estequiometria que deve ser
objetivada para otimização da queima e da atmosfera do forno para o tratamento térmico.
O2
CO2
CO
Mistura RICARICAem combustível
Mistura POBREPOBREem combustível
12%
HC
ESTEQUIOMÉTRICAESTEQUIOMÉTRICA
Faixa onde deve ficarlocalizado o ajuste ótimo
Fig. 9 – Produtos de combustão da curva de estequiometria em função da relação ar/combustível.
No caso da conversão apresentada como exemplo para elaboração do procedimento aqui
descrito, onde se observou a ocorrência de descarbonetação após a conversão indicando uma
mistura pobre (excesso de ar na relação), deve-se objetivar uma relação onde os produtos de
corrosão estejam perto da estequiometria ótima de combustão, ligeiramente para uma mistura rica,
favorecendo ausência de oxigênio e a presença de CO e HC, favorecendo atmosfera redutora
protegendo o material tanto da descarbonetação como da formação de carepa por oxidação.
No exemplo empregado da conversão de um forno elétrico de normalização para GN, foram
realizadas medidas dos gases com as regulagens de relação ar/GN empregadas no tratamento
inicial. Como pode ser observado na tabela I, há um excesso de ar significativo nos gases de
emissão, com um teor de oxigênio relativamente elevado. Isso justifica a descarbonetação
observada.
Tabela I – Medidas realizadas com a regulagem dos queimadores inicial. TIME O2 CO EFF EA 09:05 15,9 73,8 47,06 112,2309:55 17,45 160,4 39,01 168,6
Com as medições realizadas com o analisador de gases, procedeu-se com o ajuste dos
queimadores buscando maior eficiência de combustão, bem como diminuir significativamente o
excesso de ar e o percentual de oxigênio, sendo obtido os dados apresentados na tabela II.
Tabela II – Medidas realizadas com ajuste dos queimadores.
TIME O2 CO EFF EA 11:07 0,12 11156,21 70,32 0,3 11:32 0,46 12493,87 69,43 2,06 12:23 0,1 12432,23 72,45 0,2
Após este ajuste, observou-se uma redução significativa da descarbonetação, conforme pode
ser observado na figura 10.
Fig. 10 – Caracterização da ausência de descarbonetação após ajuste dos queimadores através da medida dos produtos
de combustão. 6. Homologação de tratamentos térmicos
Como uma última macro-etapa para conversão de fornos para emprego de GN, se deve
proceder com a homologação dos tratamentos térmicos que são realizados com o uso deste
energético.
A base desta homologação deve ser os ciclos térmicos utilizados com o energético anterior,
a qualificação dos produtos tratados com o energético anterior, bem como um levantamento de
comparativo dos custos dos tratamentos térmicos entre os dois energéticos.
6.1 – Ciclos Térmicos
A homologação com base nos ciclos térmicos deve ser realizada com levantamento de
dados quanto à taxa de aquecimento com ambos energéticos, bem como quanto à variação de
temperatura dentro das faixas desejadas para cada ciclo. A figura 11 mostra, comparativamente,
dois ciclos obtidos nas atividades de conversão do forno para normalização.
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1 2 3 4 5 6
Tempo de Tratamento (H)
Tem
pera
tura
(C)
Forno Com GN
Forno Elétrico
Fig. 11 – Comparação dos ciclos térmicos de normalização de aço SAE 1038, realizados em forno elétrico e após a
conversão para forno a GN.
Como pode ser observado, neste forno de normalização, o ciclo de tratamento após a
conversão, apresentou alguns aspectos diferentes em relação ao ciclo com o emprego de energia
elétrica. A primeira observação, está relacionada à taxa de aquecimento que, como pode ser
observado, é relativamente superior com a utilização do GN em relação à energia elétrica. Tal
comportamento está relacionado ao fato de que com o GN, a queima do combustível com uma
estequiometria otimizada através da medida dos gases de combustão, favorecem uma queima com
transferência de calor mais direta em relação à energia elétrica, a qual transfere o calor
praticamente somente por convecção.
O segundo aspecto está relacionado ao patamar na temperatura desejada. Como pode ser
observada, a variação de temperatura em torno do patamar é maior quando se emprega o GN. Isto
está relacionado ao fato de que o sistema de controle do patamar possui uma maior inércia térmica
em relação ao sistema elétrico.
Caber ressaltar que esta variação esta dentro da faixa de temperatura desejada e permitida
para o tratamento térmico de normalização, não comprometendo o produto final e o processo de
tratamento desejado.
No caso apresentado, o tratamento realizado no forno após convertido para GN foi
homologado no que tange ao ciclo térmico proporcionado pelo forno.
6.2 – Qualidade dos Produtos
A qualidade dos produtos é o requisito técnico mais importante para a homologação do
emprego do GN nos fornos convertidos.
Esta deve ser avaliar aspectos como:
• MICROESTRUTURA – As avaliações e qualificações dos produtos tratados com o
energético substituído (no caso energia elétrica), sevem de base para qualificar o produto
após a alteração. Deve-se garantir que a microestrutura anteriormente alcançada seja
também obtida com o emprego do GN. No caso de tratamento de normalização, deve-se
observar a presença de ferrita e perlita, com tamanho de grão refinado tanto nos
tratamentos com energia elétrica como após a substituição do energético. No caso de
tratamentos de têmpera, a microestrutura deve ser de martensita, com ausência de perlita
nas regiões intergranulares e com indícios de austenitização completa, sem crescimento
indesejável de grão.
• DUREZA – Os níveis de dureza desejados e alcançados com os tratamentos devem manter-
se inalterados independentemente do energético utilizado. Ou seja, com a utilização do GN,
após a conversão dos fornos, deve-se obter os mesmos resultados de propriedades com
ciclos térmicos semelhantes.
• DESCARBONETAÇÃO – Devem ser avaliadas as profundidades de descarbonetação
obtidos nos fornos tipo mufla, sejam eles elétricos ou a GN. Em geral nos casos avaliados,
observou-se que com um ajuste adequado da queima (mistura e relação ar/combustível),
podem ser obtidas menores camadas descarbonetadas com o emprego do GN em relação à
energia elétrica. Obviamente é necessária a avaliação da queima com analisadores de gases
apropriados, para garantir queima sem excesso de ar ou oxigênio.
• FORMAÇÃO DE CAREPAS – A avaliação da oxidação superficial após o tratamento
térmico é outro fator importante na homologação dos equipamentos convertidos.
Resultados mostram que, assim como na descarbonetação, uma queima otimizada também
resulta na diminuição da camada de carepa com o emprego do GN em relação à energia
elétrica.
• PROFUNDIDADE DE CAMADAS E PERFIS DE MICRODUREZAS – No caso de
tratamentos termo-químicos, em que se emprega queima confinada no interior de tubos
irradiantes.
A figura 12 mostra a microestrutura do componente após o tratamento de normalização
realizado em forno originalmente elétrico e convertido para emprego do GN. Como pode ser
observada, a microestrutura apresenta excelente homogeneidade e bom refinamento do tamanho de
grão, cumprindo os objetivos de tratamento térmico de normalização que tem como metas
homogeneizar e refinar a microestrutura e o tamanho de grão.
Em termos de descarbonetação, observou-se total ausência de camada descarbonetada,
como pode ser observado na figura 13, comparando a descarbonetação obtida em forno elétrico em
comparação com o tratamento realizado após a conversão do forno para uso do GN. Isso, conforme
já apresentado e discutido, tanto em relatório anteriores como também no presente documento, se
deve a versatilidade de regulagem da estequiometria da queima, favorecendo uma atmosfera menos
oxidante.
A dureza obtida no tratamento de normalização foi de 210 HV como valor médio de 5
medições. Este valor de dureza é compatível com o material (SAE 1038) e com o tipo de
tratamento realizado (normalização).
Fig. 12 – Caracterização microestrutural após o tratamento de normalização no forno convertido para GN. Ataque de
nital 2%.
Fig. 13 – Caracterização microestrutural superficial após a normalização, mostrando a ausência de descarbonetação.
No caso apresentado, o tratamento térmico com o forno convertido está homologado sob o
ponto de vista de qualidade do produto final, cumprindo os requisitos de qualidade com ausência de
descarbonetação, homogeneidade microestrutural, refino de grão e nível de dureza desejado.
6.3 – Abordagem Econômica
Em termos econômicos se deve considerar aspectos relacionados ao consumo e potência
utilizados com o energético inicial considerando a quantidade de peças tratadas por tempo e
consumo de energético.
Na especificação do tipo e potência dos queimadores devem ser considerados aspectos
relativos a tiragem quando do emprego de energéticos combustíveis, uma vez que com o emprego
de energia elétrica não há esta perda.
Outros aspectos relativos à questão econômica estão relacionados ás restrições de operação
de equipamentos elétricos em horários de pico de demanda, o que para empresas de tratamentos
térmicos representam uma perda significativa de produtividade decorrente de resfriamentos
elevados dos equipamentos, os quais demandam longos tempos para entrar em regime de operação.
Em muitos casos, o tempo para retornar em regime de trabalho não se resume às duas horas de
restrição, mas chegam a atingir 4 a 5 horas inoperantes, representando uma queda significativa de
produtividade. Com o emprego de GN, não há esta restrição, o que torna o regime de trabalho
contínuo aumentando a produtividade. Na avaliação de custos e na abordagem econômica estes
aspectos devem ser levados em consideração.
7 – Procedimentos para a Conversão de Fornos
Como pôde ser observada, a conversão de fornos que empregam outros energéticos para o
emprego de GN, deve considerar diversos aspectos relacionados com situações específicas de
material (aços comuns, aços inoxidáveis, aços ferramenta), tratamento (térmico ou termoquímico),
temperaturas a serem empregadas, tipos de equipamentos.
Todos estes aspectos determinarão que tipos de queimadores deverão ser empregados e que
condição de trabalho (queima do combustível) será utilizada, bem como o ajuste da relação
ar/combustível otimizada para cada caso.
No entanto, pode-se determinar um procedimento geral para se empregado na conversão de
fornos para emprego do Gás Natural como energético o qual deve prever as seguintes etapas:
1. Avaliação do Material Tratado Termicamente – Classe do material como tipo do aço ou liga
não ferrosa a ser tratada;
2. Avaliação do Volume de Material Tratado Termicamente;
3. Determinação de Problemas no Tratamento destes Materiais – Susceptibilidade à
descabonetação, à crescimento de grão, oxidação etc;
4. Avaliação Quanto ao Tipo de Tratamento Térmico – Normalização, recozimento ou
tratamentos de endurecimento (têmpera e revenimento), tratamentos termo-químicos
(cementação, nitretação etc). Esta etapa em conjunto com os itens 1, 2 e 3 determinarão o
tipo de queimador e forma de queima a ser utilizada;
5. Qualificação do Produto com o Energético Originalmente Utilizado – Microestrutura obtida
e desejada, homogeneidade microestrutural, durezas etc;
6. Avaliação do Regime de Trabalho do Forno no Tratamento Utilizado – Contínuo ou
intermitente. Em conjunto com os itens 1, 2, 3 e 4 auxiliarão na definição de tipo de
queimador e forma de queima;
7. Determinação das Condições de Operação e de Ciclos Térmicos do Forno com Energético
Original – Taxa de aquecimento, estabilidade em patamar de temperatura, perfil térmico do
forno etc;
8. Definição do Tipo de Queimador e Forma de Queima – Em função dos itens anteriores;
definir a utilização de queimadores diretos na câmara, utilização de microqueimadores
distribuídos na câmara, ou queimadores com pré-mixtura, ou microqueimadores em queima
confinada para tubos irradiantes;
9. Determinação do Número e Distribuição do Microqueimadores (se for o caso);
10. Aquisição dos Materiais Necessários – Refratários, queimadores, válvulas e sistemas de
segurança, tubulações e ventoinhas necessárias medidores de vazão e pressão (se for o
caso), etc;
11. Alteração do Forno para Receber o Sistema par Emprego do GN – Furação para entrada dos
queimadores, chaminés para tiragem etc;
12. Montagem dos Sistemas;
13. Testes Preliminares – Acionamento dos queimadores, avaliação das condições de queima e
ajustes iniciais;
14. Acionamento do Forno para Regime de Trabalho – Acionamento do forno para avaliações e
regulagem de cada queimador, utilizando a analise de gases para otimização da queima de
cada queimador;
15. Avaliação dos Gases de Saída – Coleta e avaliação dos gases de saída (tiragem) para ajustes
finais das queimas e da atmosfera interna do forno;
16. Realização de Ciclo Térmico Experimental – Realização de tratamento em regime de
trabalho com carga, com monitoramento da taxa de aquecimento, trabalho em patamar de
temperatura e avaliação dos gases de saída para avaliação das condições de aquecimento e
queima do combustível com analise dos gases para ajustes finos;
17. Avaliação do Produto Final – Análise microestrutural do produto final, tomada em
diferentes peças da carga em diferentes locais da câmara, avaliando homogeneidade
microestrutural, qualidade da microestrutura obtida, decarbonetações e dureza, tendo como
base de avaliação os parâmetros desejados pelo cliente bem como o obtido antes da
conversão do forno;
Prof. Dr. Telmo Roberto Strohaecker Coordenador do Projeto
