Alunos:

Adriano Vitor Ruiz RA: 200060683

Elvis Alessandro P. Lameu RA: 200070144

SEMINRIO: FORNOS USADOS NA FUNDIO

DOS METAIS

Tecnologia e Metalurgia da

Fundio

Prof. Erivelto Marino

Piracicaba, Maio/2010

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Sumrio

Fornos Eltricos ............................................................................................................ 3

Fornos de Arco ............................................................................................................. 3

Fornos Por Induo Eltrica .......................................................................................... 7

Fornos de Alta Frequncia .......................................................................................... 10

Vantagens dos Fornos Eltricos ................................................................................. 10

Forno de Revrbero .................................................................................................... 11

Forno Cubil ............................................................................................................... 12

Referncias Bibliogrficas........................................................................................... 14

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FORNOS ELTRICOS A eletricidade no podia tampouco deixar de intervir diretamente num campo da amplitude que representa a fuso dos metais. Quando se trata de pequenas quantidades de metal que no seja o ferro, devido sua elevada temperatura para fundir, pode-se usar um recipiente aquecido eletricamente. Para trabalhar industrialmente, os fornos eltricos so empregados com as seguintes formas: forno a arco e forno de induo ou ao indireta.

FORNOS DE ARCO Desde os primeiros tempos da luz eltrica, ao observar-se a alta temperatura a que chegava o arco eltrico (cerca de 2500 graus) pensou-se em utiliz-lo para fundio. Porm, naquela poca, tropeava-se com o inconveniente, a um custo razovel e, alm disso, o preo da corrente eltrica era muito elevado. Hoje, salvo esses inconvenientes, o forno eltrico de uso comum na fundio. Um dos tipos mais comuns, vemos um dos tipos mais comuns, utilizados nos primeiros tempos da aplicao do arco fundio. Nesta figura 01 representa os dois eletrodos, o envoltrio do forno, que neste caso funciona tambm como cadinho, e o nvel da massa de metal fundido que sai pela boca mediante um movimento de vaivm do forno.

Figura 01 - Desenho esquemtico de um forno a arco eltrico.

A vantagem do forno a arco eltrico reside na simplicidade e rapidez das operaes para chegar-se a fundir certa quantidade de material. Aqui no h ventiladores, combustvel, cinzas, nem escrias. Acionando uma simples chave eltrica,

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comea a funcionar o aparelho e seus funcionamentos no alterado quimicamente por gases nem por algum produto da combusto. Em um forno de tamanho regular consome-se 1 kWh por quilo de material fundido e para fundir uma tonelada levam-se 2 horas. Em todos os fornos de arco eltrico, o sistema sempre repousa na produo do arco formando entre a massa de metal e um vrios eletrodos de carvo. No conveniente usar eletrodos de metal, pois nestes se produzem fuses parciais, so consumidos com enorme rapidez e o arco se interrompe com grande freqncia. Esses eletrodos vo suspensos rigidamente aos suportes-guias que, por sua vez, so comandados pelo mecanismo que mantm a distncia correta do eletrodo com respeito ao material e estabilidade do arco. No preciso mencionar que estas operaes so totalmente automticas, variando-se mo unicamente a quantidade de corrente, isto , a quantidade de calor.

Figura 02 - Desenho esquemtico do funcionamento de um forno a arco eltrico.

constitudo por uma carcaa de ao feita de chapas grossas soldadas ou rebitado, de modo a formar um recipiente cilndrico com fundo abaulado. Essa carcaa revestida na parte inferior (chamada soleira) por materiais refratrios, de natureza bsica (dolomita ou Magnesita) ou cida (slica), dependendo da carga que o forno vai processar. O restante do forno revestido com tijolos refratrios silicosos. Os eletrodos responsveis, juntamente com a carga metlica, pela formao do arco eltrico esto colocados na abbada (parte superior) do forno. A carga deste forno constituda, basicamente, de sucata e fundente (cal). Nos fornos de revestimento cido, a carga deve ter mnimas quantidades de fsforo e enxofre. Nos fornos de revestimento bsico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silcio. Durante o processo, algumas reaes qumicas acontecem: a oxidao, na qual se oxidam as impurezas e o carbono, a desoxidao, ou retirada dos xidos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfurao, quando o enxofre retirado. um processo que permite o controle preciso das quantidades de carbono presentes no ao.

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Figura 03 - Fotografia do FEA (Forno Eltrico Arco) da Usina da Villares Pindamonhangaba/SP

Na figura 04 pode-se ver um corte esquemtico de outro tipo de forno eltrico.

Figura 04 - Desenho esquemtico de um forno a arco eltrico, basculante.

Tambm em pequenas exploraes pode-se usar o forno de arco eltrico para fuso, sempre que as condies de preo e comodidade assim exigirem. Nestes casos o mais conveniente utilizar como forno um cadinho de grafita, do tamanho necessrio para preparar o material requerido em uma s operao. A forma de utilizar o cadinho de grafita consiste em fazer com que este cadinho sirva como um dos plos, pois, como o outro eletrodo ser regulado mo, muito mais fcil regular um s deles e no dois, que em certas circunstncias de

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manejo impraticvel. Esta maneira de utilizar o cadinho de grafita apresenta um inconveniente (devido ao material de que construdo): ao comear a passagem de corrente do cadinho ao material, as partes do cadinho em contato com o material tornam-se incandescentes e se queimam. Este inconveniente minorado em grande parte, dispondo-se o interior do cadinho, diretamente em contato com suas paredes, o mais espelhado possvel. No esqueamos que quando, no local, os meios para instalao de outro aparelhamento no so apropriados, a forma ideal para fundir. Na figura 05 vemos a forma de dispor os vrios elementos para efetuar a fundio de metal em um forno de arco eltrico, cuja capacidade pode variar desde algumas gramas at mais ou menos 15 quilos, com grande economia de capital, espao e tempo. Antes de continuar com a descrio do forno de fundio de arco eltrico, devemos observar que no razovel utilizar a corrente eltrica com a tenso que oferecem as companhias de eletricidade. Esta tenso dever ser baixada de 220 volts para 40 volts mediante transformadores, que so de fcil construo. Toda a diferena entre 40 e 220, isto , 180 volts ou cerca de 400%, pura perda e sem nenhuma vantagem para o arco eltrico; portanto, de grande necessidade reduzir a corrente eltrica, que dever ser alternada, para que esta transformao seja possvel.

Figura 05 - Desenho esquemtico de um pequeno forno caseiro a arco eltrico.

Voltando figura 05, vemos (1) o punho de madeira seca com o qual regulamos a descida e a marca do eletrodo (4) que passa forando no orifcio do suporte (6). V-se ainda (5) o brao, que leva o condutor eltrico, o calor (3) e o anel de contato (2) feito de cobre ou bronze. O outro condutor, com o qual se alimenta o eletrodo de carvo (devendo ter uma seo grande, superior a 30 mm), est soldado no aro. Este aro dever ser

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colocado o mais prximo e a uma distncia prudente da parte mais larga do cadinho, devendo ter contato bem perfeito com o cadinho, rodeando sua volta exterior numa largura de 3 a 8cm. Sobre este arco apoiar-se ao cadinho, para que, devido ao calor, ao dilatarem-se o aro e o cadinho (como o aro dilata-se mais do que a grafita do cadinho) possa o cadinho ficar suspenso e continue o contato entre ambos. Devemos destacar, para o melhor aproveitamento do cadinho, que este, uma vez terminada a fundio, dever ser limpado do material e escrias estando ainda bem quente, evitando-se fazer presso com o raspador, e deixando esfriar sobre areia bem seca com a boca para baixo. Quando se carrega o cadinho, este e a carga devero estar bem secos e se possvel um pouco quentes.

FORNOS POR INDUO ELTRICA Existe outro tipo de forno eltrico, no baseado na ao calorfica do arco eltrico, que permite uma regulao trmica quase de grau em grau em toda a massa e que, por produzir-se por ao induzida no seio do metal, pode ser utilizada para os metais como o zinco, alumnio, estanho, etc. sem que haja necessidade de descobrir o cadinho, evitando a ao redutora do ar que no caso citado do zinco (conjuntamente com o calor) converte o metal num p branco, que xido de zinco, material intil em metalurgia.

Figura 06 Fotografia de uma linha de fundio feita por forno de induo eltrica.

Neste modelo de forno podem-se utilizar todos os materiais que sejam condutores de eletricidade e como, entre estes, os metais ocupam o primeiro lugar, este tipo de forno o mais indicado para a fuso de qualquer metal, pois sua regulao lhe permite a fuso desde a platina at o chumbo (que um dos metais com ponto de fuso mais baixo: 326C). O princpio sobre o qual se baseia o forno de fuso por induo o seguinte: se em um aparelho de corrente eltrica alternada, que leva dois enrolamentos chamados secundrio e primrio (fig. 07), substituirmos o enrolamento (secundrio

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por uma s volta, esta volta receber toda a corrente que passa pelo transformador e, se este for bastante poderoso, a temperatura desta nica volto do secundrio ir-se elevando at fundir-se.

Figura 07 Figura esquemtica do princpio do forno de induo.

O ncleo do transformador (C) formadas de chapas de ferro doce bem apertada e separadas entre si por uma camada de verniz isolante. O primrio do transformador (A) formado por milhares de espiras de arame isolado e cujo nmero varia de acordo com a potncia do transformador. O secundrio (B) formado por um a nica volta pela qual passa toda a corrente do primrio. A teoria do funcionamento dos transformadores eltricos foge ndole deste trabalho e poder ser vista com todos os detalhes em qualquer livro de eletricidade. Nos fornos industriais de induo, o anel que vimos rodear o secundrio substitudo por um canal circular, estando subentendido que o mesmo se encontra dentro do material refratrio que constitui o forno.

Figura 08 Forno de Induo e suas principais partes.

Tambm processa sucata. O conjunto que compe esse forno formado de um gerador com motor de acionamento, uma bateria de condensadores e uma cmara de aquecimento. Essa cmara basculante e tem, na parte externa, a bobina de

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induo. O cadinho feito de massa refratria socada dentro dessa cmara, onde a sucata se funde por meio de calor produzido dentro da prpria carga. Para a produo do ao, liga-se o forno, e os pedaos de sucata que devem ser de boa qualidade vo sendo colocados dentro do forno, medida que a carga vai sendo fundida. Depois que a fuso se completa e que a temperatura desejada atingida, adiciona-se clcio, silcio ou alumnio, que so elementos desoxidantes e tm a funo de retirar os xidos do metal. A figura 09 representa esquematicamente um forno industrial de induo.

Figura 09 Figura esquemtica de um forno industrial de induo.

Este forno, que tambm basculante, produz uma tonelada de material fundido (geralmente ao) em 2 horas de trabalho, absorvendo um total de 800 kW. O ncleo do forno formado pelo ferro do transformado que tem o formato de um H (representado no nmero 1 da figura). Este ncleo rodeado superiormente pelo primrio (2). A parte inferior do forno composta de material refratrio, que serve para isolar o calor do metal em fuso, contido em seu canal (A), do ncleo e primrio do transformador. Esse canal forma um anel fechado que o secundrio; a cuba (3) tambm neste caso se acha formada por fortes chapas rebitadas. O canal (A) comunica-se com o exterior por intermdio do bocal (4). No presente caso, entre o canal e o bocal foi posto um diafragma (5) que obriga o metal a sair em forma de sifo. Como o metal sai do fundo, no arrasta escria nem impurezas que se acham na superfcie. Mediante o uso de aparelhos eltricos de manobra, possvel regular a marcha trmica deste forno instantaneamente e trabalhando o mesmo continuamente seu rendimento duplicado. Veja abaixo algumas empresas que usam Fornos de Induo Eltrica:

o 02 Fornos de Fuso a Induo, com capacidade de 1T e 3,5 ~ 5,5T; o 02 Fornos de Fuso a Arco Eltrico, com capacidade de 12 ~ 38T, o que permite

vazar simultaneamente at 59T de metal lquido.

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o 02 com capacidade de 180kg; o 01 com capacidade de 400kg; o 01 com capacidade de 800kg; o 02 com capacidade de 1,2T; o 02 com capacidade de 2,5T.

VANTAGENS DOS FORNOS ELTRICOS As vantagens que possuem os fornos de fuso por eletricidade sobre quaisquer outros so to grandes que no podemos de mencion-las: 1) Nesse tipo de forno no preciso ventilador nem combustvel, e a manipulao para ser carregada efetua-se por meio de carretilhas ou vagonetes; 2) Especialmente nos tipos de induo, a temperatura facilmente regulvel dentro de uma ampla variao que vai desde a temperatura ambiente at a fuso do material, por mais elevada que esta seja. Esta temperatura pode ser equilibrada mediante os dispositivos eltricos que servem para regular correntes, com intervalos no maiores de 10 graus; 3) Ainda que possam existir no local de utilizao combustveis mais baratos que a energia eltrica, resulta, quase sempre, mais barato o aquecimento eltrico porque no requer transporte, armazenamento, nem mo-de-obra e sua ao instantnea; ligada chave imediatamente comea o calor; 4) til, econmica e tecnicamente, tanto para o grande industrial que trabalho com cadinhos-cubas de 50 a 100 toneladas como para o pequeno fundidor que somente utiliza um cadinho de 5 quilos. grande o ganho de tempo, mo-de-obra, equipamento e facilidade de manejo.

FORNOS DE ALTA FREQUNCIA So muito semelhantes em sua forma e funcionamento aos fornos de induo. Nos fornos de alta freqncia dispensvel o ncleo de ferro e, em princpio,

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o primrio formado por algumas espiras de arame. Por este primrio passa uma corrente que muda de sentido milhares de vezes por segundo, as quais induzem o secundrio (que neste caso no precisa ter o formato de anel) a opor-se passagem da corrente e, como sua massa maior do que o primrio, eleva a sua temperatura.

FORNO DE REVRBERO Os fornos de revrbero, atualmente muito pouco usados, tm seu emprego mais indicado no beneficiamento da prata contida no chumbo de segunda fuso. Como j dissemos, houve uma poca em que, mediante uma contnua remoo mo, efetuava-se nestes fornos a transformao do ferro em ao, operao que se fazia estando o material fundido. Esta operao longa e penosa tinha o nome de pudlagem e era na sua poca a nica forma prtica de conseguir o ao partindo do material do alto-forno. Atualmente se chega aos mesmos resultados por meio de remoo mecnica. Na figura 10 vemos um forno de revrbero. Toda a construo de alvenaria de tijolo, sendo de material refratrio as partes em contato com o fogo ou com o material em fuso. O nmero (2) da gravura indica a entrada da lareira (1). Esta geralmente alimentada com carvo de pedra e acha-se intensamente aquecida, para que os gases quentes e a irradiao do calor ao se refletirem na abbada e caindo sobre o material que se acha na soleira (3) provoquem a fuso deste material. Continuando os gases quentes o seu percurso no forno, ao chegarem ao extremo oposto lareira, encontra-se com um obstculo (5) que intercepta parcialmente sua passagem chamin (6) e cuja finalidade fazer com que exista a maior quantidade de gases quentes no forno, e que, quando estes gases sarem pela chamin atmosfera, estejam frios. Este tipo de forno de consumo um pouco mais elevado do que os comuns, em combustvel, pois vemos pela descrio que a ao do fogo indireta.

Figura 10 Ilustrao do funcionamento do forno revrbero.

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FORNO CUBIL O forno cubil geralmente usado na produo de ferro fundido comum, ele trabalha com ferro-gusa, sucata de ao e de ferro fundido, calcrio (para separar as impurezas), ferro-silcio, ferro-mangans e coque, como combustvel. A carga feita

por uma abertura lateral na parte superior. Ele funciona sob o princpio da contra-corrente (como o alto-forno), ou seja, a carga metlica e o coque descem e os gases sobem, O metal fundido deposita-se no fundo, onde escoado pela bica ( uma calha de vazamento ). Para comear, limpa-se o forno, que uma carcaa cilndrica, vertical de ao, revestida internamente com tijolos refratrios. Em seguida, coloca-se um pouco de madeira e o coque no fundo e ateia-se fogo. Quando o fogo atravessa toda a camada de coque e madeira, liga-se o sopro de ar. Nesse momento, iniciada a carga: em camadas, so colocadas quantidades pr-determinadas de ferro-gusa, sucata, coque e fundente (calcrio).

Esse carregamento continua, at atingir o nvel da porta de carga e assim deve ser mantido durante toda a operao. Essa operao pode ser intermitente ou contnua.

Se ela for intermitente, a corrida metlica, ou seja, a retirada do ferro fundido do forno, feita periodicamente, sempre que necessrio. No segundo caso, o material fundido despejado continuamente na calha de vazamento. Nessa calha, h uma bacia que separa a escria do metal. Esta, por apresentar menor densidade, flutua e escorre lateralmente. O ferro corre para a panela de fundio. O forno cubil no permite que se faa um controle rigoroso da composio qumica do metal. Por isso, ele empregado para a produo de ferro

fundido que ser usado na fabricao de peas que no sofrero grandes esforos. Para a produo de ferros fundidos de alta qualidade, so usados fornos eltricos ou fornos cubil em conjunto com os fornos eltricos.

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Figura 11 Figura esquemtica do forno cubil e suas principais partes.

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Tab. 01 PRINCIPAIS PARTES DO FORNO CUBIL

N Descrio N Descrio

01 Cuba 16 Antecadinho

02 Cadinho 17 Refrigerao do Refrat.

03 Anel de Vento 18 Captao de Poeiras

04 Ventaneiras 19 Coluna de Sustentao

05 Vigias 20 Vlv. De Regul. do Ar

06 Porta de Visita 21 Tubulao de gua

07 Porta de Carga 22 Sada de gua e Poeira

08 Plataforma de Carga 23 Refratrio

09 Chamin 24 Tijolo de Ferro Fund.

10 Bica de Sangria do Ferro 25 Soleira

11 Bica de Sandria da Escria 26 Fundao

12 Bica Auxiliar A Zona do Cadinho

13 Tubulao de Ar B Zona de Combusto

14 Ventilador C Zona de Reduo

15 Porta de Descarga

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

CHIRISTIENSEN, J. Gregorich. Manual de fundio. So Paulo: Egeria, 1978. 89 p. (HOT-LINE - Manuais tecnicos).

Catlogos Institucionais das empresas: Indstria ROMI SA (www.romi.com.br) DEDINI Indstria de Base (www.dedini.com.br) FEMAQ Fundio (www.femaq.com.br) Aos Villares (www.villares.com.br).

Vdeo: http://www.youtube.com/watch?v=9zDa_mEI0N0&feature=related