FUNDIÇÃO I apostila

(1)

Fundição I

Prof.

Cleber Lessa

[email protected]

CL

NOTA FINAL: PI + PII - T* ≥ 6,0

5 5 2

T*: trabalhos, participação em aula, etc. Frequência ≥ 75%

Exame = nota final + Prova final ≥ 12,0

CL

2

CL INSTRUÇÃO DE USO DESSA APOSTILA

Esse apostila foi desenvolvida ao longo de diversos estudos, revisões bibliográficas, materiais da internet selecionados, cursos e conhecimentos práticos por parte do docente, ou seja, deu muuuuito trabalho. Portanto, o aluno tem apenas que preenchê-la conforme assiste as aupreenchê-las e tira as dúvidas com o professor.

Dessa forma, fica estipulado que:

1. O Aluno, e somente o aluno, fica responsável por preencher os espaços em branco.

2. Existe o material de apoio no site que serve como introdução aos assuntos e exemplos (https://sites.google.com/site/tecnologiaprocessometalurgico/fundicao-i). Didaticamente seria interessante que o aluno olhasse os conteúdos no site anteriormente as respectivas aulas.

3. Atenção (DICA): as palavras que estão faltando, além de serem chaves, geralmente são cobradas em prova no contexto ao redor das mesmas. Parágrafo único: NÃO SERÁ ENVIADO MATERIAL COMPLETO! Ou seja, o professor não tem obrigação de enviar a apostila completada. Faz parte da didática do professor que o aluno preencha durante as aulas.

3

1. Introdução a disciplina de Fundição

1.1. Revisão.

O que é um processo?

CL

4

1.1. Revisão.

Processo deriva do latim procedere, verbo que

indica a _______________________, ir para frente

(pro+cedere) e é um _______________________e

particular de ações com objetivo comum. Pode

ter os mais variados propósitos:

criar, inventar, projetar, transformar, produzir, contro

lar, manter e usar produtos ou sistemas.

CL

5

1.1. Revisão.

CL PROPRIEDADES DOS MATERIAIS: Mecânicas

resistência à tração, compressão, flexão resistência ao escoamento, à fluência, à fadiga ductilidade módulo de elasticidade resistência ao desgaste Físicas propriedades elétricas magnéticas térmicas ópticas densidade Químicas resistência à corrosão

ESTRUTURA NOS MATERIAIS

•ESTRUTURA ATÔMICA •ESTRUTURA CRISTALINA •MICROESTRUTURA •MACROESTRUTURA

(2)

1.1. Revisão.

CL

7

1.1. Revisão.

...e agora, será que...

Fundição é um processo?

CL

8

1.2. Introdução.

“A fundição pode até parecer inicialmente um PROCESSO SIMPLES, sem grandes atrativos ou coisa que qualquer um sabe fazer. Isto é um engano. Trata-se de um processo apurado cheio de detalhes técnicos, que envolve engenharia aguçada e química avançada, onde o menor descuido pode condenar um lote inteiro de produção.”

Vocês já ouviram falar de um tal Arquimedes????

CL

9

“A fundição pode até parecer inicialmente um PROCESSO simples, sem grandes atrativos ou coisa que qualquer um sabe fazer. Isto é um engano. Trata-se de um processo apurado cheio de detalhes técnicos, que envolve engenharia aguçada e química avançada, onde o menor descuido pode condenar um lote inteiro de produção.”

Aplicação pura e simples do princípio de Arquimedes:

“o _toma a forma do

que o contém”

CL

10

Produção de peças pela __________

de _____ em ...

Além de “__________” às peças

determina as suas ___________.

CL

11

CL O____________________da fundição é o de dar_______ _____________adequada ao metal, vertendo-o em estado líquido dentro de uma cavidade de um______com a______ desejada. O próprio molde___________ do metal líquido e após a______________________se obtém a peça com as __________________pretendidas (__________).

(3)

1.3. Principais Processos Produtivos de Fundição.

Muitos processos produtivos de fundição são utilizados atualmente para a manufatura de metais, eles vão desde processos milenarmente conhecidos a técnicas produtivas modernas e muito apuradas:

• Fundição em Areia (processo mais conhecido) • Fundição em Moldes Permanentes (Coquilhas) • Fundição Sob-Pressão (injeção de metais - die casting) • Fundição por Centrifugação (Tubos Fundidos) • Fundição de Precisão (Microfusão, Cera Perdida) • Fundição por Moldagem (em Gesso, Silicone) • Fundição em Casca (Shell Molding)

CL

13

1.4. Fatores determinantes Para a Escolha do PROCESSO.

Basicamente o que determina o melhor processo a ser adotado para confecção ou desenvolvimento de uma determinada peça, são os seguintes fatores:

• Peso da peça,

• Metal base envolvido (por exemplo, se ferrosos ou não-ferrosos), • Liga de determinado metal,

• Características metal-mecânicas exigidas, • Acabamento superficial desejado,

• Espessuras mínimas e máximas de cada parte ou parede da peça, • tolerâncias dimensionais exigidas,

• Ângulos desejados,

• Matrizes, ferramentas, moldes e/ou modelos necessários, • Tamanho da peça

• Formato geral da peça.

• Quantidade de peças que serão produzidas, • Capacidade de repetibilidade das peças,

• Custos operacionais envolvidos no processo escolhido.

CL

14

1.4. Fatores determinantes para a escolha do PROCESSO.

•Peso da peça,

•Metal base envolvido (por exemplo, se ferrosos ou não-ferrosos), •Liga de determinado metal,

•Características metal-mecânicas exigidas, •Acabamento superficial desejado,

•Espessuras mínimas e máximas de cada parte ou parede da peça, •tolerâncias dimensionais exigidas,

•Ângulos desejados,

•Matrizes, ferramentas, moldes e/ou modelos necessários, •Tamanho da peça

•Formato geral da peça.

•Quantidade de peças que serão produzidas, •Capacidade de repetibilidade das peças, •Custos operacionais envolvidos no processo escolhido.

CL 1. Introdução a disciplina de Fundição

15

1.4. Fatores determinantes para a escolha do PROCESSO.

•Peso da peça,

•Metal base envolvido (por exemplo, se ferrosos ou não-ferrosos), •Liga de determinado metal,

•Características metal-mecânicas exigidas, •Acabamento superficial desejado,

•Espessuras mínimas e máximas de cada parte ou parede da peça, •tolerâncias dimensionais exigidas,

•Ângulos desejados,

•Matrizes, ferramentas, moldes e/ou modelos necessários, •Tamanho da peça

•Formato geral da peça.

•Quantidade de peças que serão produzidas, •Capacidade de repetibilidade das peças, •Custos operacionais envolvidos no processo escolhido.

16

1.5. Fatores Operacionais do PROCESSO.

• Insumos e matérias primas,

• Conhecimento dos equipamentos de fusão (fornos e dispositivos), • Conhecimento da matéria-prima a ser fundida,

• Formulação das ligas metálicas e uso correto dos elementos de liga, • Dinâmica de trabalho do metal fundido e elementos de liga , no forno, • Limpeza do metal líquido, no forno (retirada de escória e impurezas), • Conhecimento sobre gases envolvidos no processo de fundição (bolhas), • Temperaturas de fusão (do metal e das ligas),

• Temperatura de vazamento do metal, • Velocidade de vazamento do metal, • Fluidez,

• Escoamento,

• _____________________________________, • Conhecimento sobre modelos de fundição (modelagem), • Conhecimento sobre moldes de fundição (moldagem), • Conhecimento sobre canais de alimentação e canais de ataque, • SOLIDIFICAÇÃO,

• Temperatura de solidificação do metal,

• Velocidade de solidificação do metal (Taxa de resfriamento), • Tempo de Solidificação,

• Contração metálica,

• Transferência MASSA E CALOR (metal para o molde e molde para o meio), • Extração da peça do molde,

• Retirada de canais de alimentação e ataque, • Rebarbação,

1.6. Processo Produtivo de uma fundição.

(4)

CL

1.7. Layout.

19

CL

1.8. Exercício.

Com base na aula, com auxílio de revistas, internet, material didático e etc, montar um rascunho de uma empresa de fundição mostrando alguns de seus fluxos, logística, equipamentos e/ou insumos necessários.

Obs.: como se fosse fazer uma lista de compras para montar partes de uma FUNDIÇÃO, descrever os equipamento, insumos e etc. numa tabela contendo a marca, a aplicação, as características e o contato da empresa (fone, mail, homepage...). Exemplo:

Dica: Procurar referências na revista Fundição e Serviços.

Exemplos orientativos: areia, descarte de areia, reaproveitamento, injetoras de não ferrosos, simulação, equipamentos de análise química, cadinhos, ligas ferrosas, ligas não ferrosas, macharia, fornos, canais, refugo, refratários, moldagem, panelas, equipamentos para moldar, misturador de areia, caixas de moldar, fornos para tratamento térmico, equipamentos para medição de temperatura, filtros, sopradoras, ferramentas pneumáticas, modelos (madeira, isopor, alumínio, resina...) filtros, quebrador de canais e refugo, ferro-ligas...

Equipamento marca Aplicação Características contato

Espectrômetro de emissão ótica shimadzu

Análise química materiais metálicos.

Tecnologia de fotomultiplicadores para controles de processos de fundição. Possui método de discrição de pulsos (PDA) e limpeza automática de eletrodo. Tel.: (11) 2134-1688 http://www.shimadzu.com.br/ 20 2. RECEBIMENTO DE MATERIAIS 2.1. Definição

________________ é a

atividade

intermediária

entre

as

tarefas

de

compra e pagamento ao

fornecedor,

sendo

de

sua responsabilidade a

conferência

dos

materiais destinados à

empresa.

CL 21

2.2. As atribuições básicas do Recebimento

Analisar o certificado: • ___________

• ____________________(normas, R.M., módulo de elasticidade, T.G...)

Analisar a documentação recebida (conferência quantitativa): • Nota fiscal

• Quantidades

• volumes declarados (pesagem, medição...)

Conferência visual (conferência qualitativa): • condições de embalagem • Condições do equipamento • Condições do material. . CL 2. RECEBIMENTO DE MATERIAIS 22 Exercícios:

1. Cite algumas atribuições básicas do recebimento. 2. Diferencie matérias primas e insumos.

3. O que são ferro-ligas? Qual a aplicação? Dê exemplos. 4. O rendimento de uma ferro-liga é sempre 100%? Explique. 5. Qual a necessidade de calcular a carga antes de adicionar ao forno? 6. Quais as principais etapas do cálculo de carga?

7. Como é feito o acerto das cargas?

CL

23

3. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO

3.1. Definição

____________________de fundição correspondem aos materiais que _____________as peças fundidas, exemplo: ferro gusa, sucata, etc. _____________de fundição correspondem aos materiais que participam

_______________na fabricação das peças fundidas. Exemplos: energia elétrica, refratários, escorificantes, etc.

3.2. Utilização das matérias-primas

Existem muitas opções na utilização destes materiais que_________do tipo do______utilizado, da_________do produto, da disponibilidade dos materiais e do custo do material que será produzido.

3.3. Matérias-primas

A seguir vamos relacionar as principais matérias-primas utilizadas na fusão e seus efeitos nas propriedades dos ferros fundidos cinzentos e nodulares.

CL

(5)

3.3.1. Ferro Gusa

O ferro gusa constitui a______________matéria-prima de que se dispõe para a produção do ferro fundido cinzento e nodular, qualquer que seja o equipamento de fusão disponível. É uma excelente fonte de C e Si, além de ser em geral homogêneo, denso e de baixa concentração de elementos residuais, principalmente o ferro gusa obtido de alto forno à carvão vegetal. Em fornos elétricos de indução e cubilô, é muitas vezes recomendado o seu uso de pelo menos cerca de 20% nas cargas e nos fornos rotativos 50%. Suas vantagens residem no fato de possuir_____________, favorecer a__________________de aço servir como________________e também________________________, por incrementar a intensidade da nucleação do banho. Além disso, não necessita de limpeza adicional para ser carregado, o que é, também uma ótima contribuição para uma maior_________________do revestimento refratário.

CL 25 3.3. Matérias-primas 3.3.1. Ferro Gusa COMPOSIÇÃO QUÍMICA ( %) ELEMENTO COMPOSIÇÃO DISPONÍVEL COMPOSIÇÃO TIPÍCA F.F ° CINZENTO COMPOSIÇÃO TIPÍCA F.F °NODULAR Observações Carbono (C) 3,60 / 4,20 3,80 / 4,00 4,0min. A partir do

cálculo de carga do forno estas composições devem ser definidas. Silício (Si) 0,50 / 3,50 2,50 / 2,70 1,50 / 1,70 Manganês (Mn) 0,05 / 1,00 0,60 / 0,80 0,10 max.

Fósforo (P) 0,05 / 0,15 0,12 max. 0,08 max.

Enxofre (S) 0,01 / 0,10 0,05 max. 0,015 max.

Nota: Percentagens limites para os elementos deletérios. Titânio (Ti) = 0,04 Max; Antimônio (Sb) = 0,01.

CL

26

3.3.2. Sucata de Aço

São sobras, geralmente em forma de chapas, aparas, canos, perfis, estruturas, etc, gerados pelos processos de estampagem, prensagem, forjaria, recortes e são recebidas em lotes diferenciados com composição química conhecida (Ex: Aço 1010, 1020, 1030, 1045 e etc).

CL 3. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO

27

3.3.2. Sucata de Aço

A sucata de aço não sendo utilizada normalmente nos fornos rotativos é empregada como componente das cargas em fornos à indução até 50% ficando limitada ao %Mn nos ferros nodulares, e no cubilô (até 15%). Seu uso é desejável além da facilidade de incorporar os elementos de liga, tem um________________________________. A sucata mais desejada é a___

_____________na forma de pacotes prensados para os fornos à indução.

Atenção: deve ser evitada a contaminação do banho com sucatas contendo Alumínio (revestimento), titânio (tintas), chumbo (tintas, misturas com metais não ferrosos, revestimentos, etc) e estanho (chapas galvanizadas).

COMPOSIÇÃO QUÍMICA MEDIA DAS SUCATAS DE AÇO AO CARBONO (NÃO LIGADO) Material SAE % Carbono (C) % Manganês (Mn) % Silicio (Si) % Fósforo (P) % Enxofre (S)

1010 0,10 0,30 0,20 0,04 0,03 1020 0,20 0,40 0,20 0,04 0,03 1030 0,30 0,50 0,20 0,04 0,03 1045 0,45 0,70 0,20 0,04 0,03 1060 0,60 0,70 0,20 0,04 0,03 CL 3. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO

28

3.3.3. Sucata de Ferro Fundido

Corresponde a sucata de peças adquiridas de terceiros utilizado na elaboração dos ferros fundidos cinzentos e nodulares. Normalmente não devem ser aplicadas para o_______________ _________devido a presença de elementos nocivos que inibem a formação da_______________, como Chumbo, Titânio, Alumínio,

Bismuto, Antimônio, Boro e para o ferro cinzento com

composições conhecidas. CL COMPOSIÇÕES TÍPICAS %C %Si %Mn %P %S %Cr %Cu Blocos de motor _{3,20 2,25} _0,65 _{0,10 0,08} _0,15 _–––– Tambor de freio _{3,50 1,90} _0,65 _{0,10 0,08} _0,25 _0,80 Camisa de cilindro 3,40 2,20 0,65 0,10 0,08 –––– 0,80 Disco de freio 3,40 1,90 0,65 0,10 0,08 –––– 0,80 Polias _{3,40 2,40} _0,65 _{0,10 0,08 ––––} _–––– Sucata de FºF° Nodular _{3,50 2,60} _0,30 _{0,08 0,02 ––––} _0,10

3.3.4. Canais de retorno de Ferro Fundido

Os canais de retorno de ferro fundido constituem uma matéria-prima de___________________, uma vez que a sua composição química é a que geralmente mais se aproxima daquela especificada para o banho líquido. A porcentagem de sucata de retorno a ser utilizada é função, logicamente, da quantidade de sucata de retorno gerada em uma determinada fundição e da disponibilidade de custos de outros materiais que compõem a carga.

Salienta-se, que no caso de uma fundição fabricar vários tipos de liga, é necessário um___________de cada tipo de________para evitar contaminações do banho metálico e suas consequências

na qualidade das peças fundidas. CL

(6)

3.3.5. Cavacos de aço e cavacos de ferro fundido (limalha)

Numerosas fundições geram cavacos de ferro fundido ou de aço, ou então situam-se nas vizinhanças de indústrias que o fazem. Visa-se, com sua utilização, principalmente a redução de custo da carga uma vez que seu______geralmente é muito_______ao da sucata de aço ou de ferro fundido. No forno cubilot e rotativo necessitam de serem briquetadas, já nos fornos a indução podem ser usados soltos desde que estejam isentos de óleo e/ou

água, de partes oxidadas, normalmente são utilizados

percentuais de até 20%.

CL

31

3.3.6. Carburantes

Muito empregado quando se utiliza sucata de aço nas cargas e para carburação em fornos rotativos. Os carburantes foram classificados por Moore como “_______________” e “___________________”.

Os “grafíticos” são geralmente provenientes de usinagem de eletrodos de grafite de alta pureza e cristalinidade, podendo ser obtidos sinteticamente, a partir de grafites naturais.

Os “não grafíticos” são produzidos a partir da calcinação de resíduos de refinaria de petróleo (coque de petróleo), coques de fundição ou eletrodos de grafite com menor teor de carbono fixo, sendo menos cristalinos que os outros anteriormente citados ou ainda amorfo. Nesta ultima classe estão os carvões vegetais e o carbureto de silício, que é considerado por alguns o produto de adição mais importante em cubilôs e fornos elétricos na fabricação de ferro fundido cinzento e nodular, agindo como fonte de carbono e de silício e influenciando o poder nucleante do banho. Na elaboração dos ferros fundidos nodulares deve-se cortar o uso de carburantes não grafíticos que apresentem alto teor de enxofre com a conseqüente formação de grafita degenerada. CL

32

3.3.6. Carburantes

O rendimento das adições dos carburantes é de 80% a 90% sobre o carbono contido (que varia de 80 à 99%) nos fornos a indução e de 30 à 40% nos fornos rotativos. Apresenta-se sob a forma granulada ou em escamas.

CL COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS PRINCIPAIS CARBURANTES

Tipo do Carburante % C fixo % Si % N % S Grafite Sintético 99,30 –––– 0,005 0,050 Grafite Natural Cristalino 86,30 –––– 0,060 0,35 Coque Petróleo Calcinado. BE 98,00 –––– 0,080 0,30

Carbureto de Silício Metalúrgico

30,00 63,00 0,030 0,001 3. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO

33

3.3.7. Ferro Silício 45 e 75% em Pedras

Utilizado para ajustar o teor de silício para a composição desejada durante a fusão sendo um agente__________. Dilui-se facilmente no banho e seu rendimento sobre a liga é de aproximadamente 80% sobre o silício contido na liga.

Deve-se limitar o teor de alumínio presente na liga em 1,0% max. para evitar a formação de pinholes (porosidades).

34

3.3.8. Ferro Silício 75% Granulado (0,3 À 3,0mm)

Utilizando como um_________________comum e para ajuste da composição química na panela de vazamento, sendo que, estas adições variam de 0,3 à 0,5%.

35

3.3.9. Inoculantes: Granulometria (0,3 à 3,0mm)

São ligas de______________contendo elementos como Cálcio, Bário, Estrôncio que em variadas proporções beneficiam a formação de ferrita, perlita, distribuição da grafita e reduzem a formação da cementita.

O________é efetivo para promover a formação de_____________________e é um poderoso_________________e____________. O Bário tende á aumentar a velocidade de crescimentos dos núcleos de grafita e aumenta o tempo de ação do inoculante na panela.

CL COMPOSIÇÕES TÍPICAS DE INOCULANTES (%)

FoFo Cinzento FoFo Nodular Si 60 – 67 74 - 79

Ca 1,0 – 1,5 0,8 – 1,3

BA 2,0 – 2,5 0,8 – 1,3

Mn 5,0 – 8,0 ––––

Al 0,75 – 2,0 1,3 max

(7)

3.3.10. Ferro Manganês - 75% (Alto Carbono)

Utilizado em pedras para____________o teor de manganês para a composição desejada durante a fusão dilui-se facilmente e seu rendimento é de aproximadamente 60%. Utilizado em forma de pó para adição na panela com boas condições de diluição em teores inferiores à 0,5% com rendimento de 50% sobre a liga.

O manganês__________________e resistência com formação de perlita, porém se utilizado em excesso (acima de 0,8% para Ferro Fundido Cinzento e 0,5% para Ferro Fundido Nodular) prejudica a usinabilidade e provoca coquilhamento (cementita) e pontos duros nas peças por segregação.

Nota: O Ferro Manganês de baixo carbono (1,0% max.) é normalmente utilizado

na produção de aços e ferros brancos de alta liga (maior custo).

CL COMPOSIÇÃO TÍPICA DO FERRO MANGANÊS AC (%)

Mn:70 – 78 Si:0,50 C:5 - 8

37

3.3.11. Ferro Silício Magnésio ou Liga Nodularizante

Utilizada para a fabricação do Ferro Fundido__________com o objetivo de alterar a forma da grafita de____________________. Um residual de Magnésio na ordem de 0,030 à 0,060% promove este efeito sem consequências prejudiciais na matriz.

_____do limite de______provoca a formação de________________e a formação de carbonetos. _____________provoca a formação de grafita lamelar ou vermicular. Outros elementos contidos na liga como o Cerio (Terras Raras) e Cálcio em conjunto reduzem o coquilhamento, neutralizam elementos nocivos (Pb, Bi, As, Sb e Ti) e aumentam o tempo de ação da liga na panela de vazamento.

CL

38

3.3.11. Ferro Silício Magnésio ou Liga Nodularizante

A granulometria da liga é definida em função da quantidade de metal contido na panela de vazamento e o formato da mesma com as seguintes faixas granulométricas (indicativo):

01 à 06mm: Panelas até 100kgs 06 à 12mm: Panelas até 500kgs 10 à 25mm: Panelas acima de 500kg

Composição química das ligas nodularizantes mais comercializadas, principalmente devido ao menor custo quando comparadas com ligas contendo níquel ou altos percentuais de Terras Raras.

CL COMPOSIÇÕES TÍPICAS DE LIGAS NODULARIZANTES

Liga Número 04 Liga Número 01 Si 43 – 48 43 – 48

Ca 0,8 – 1,3 0,8 – 1,3

Mg 5,0 – 7,0 8,0 – 10,0

Tr (Ce) 0,8 – 1,1 0,8 - 1,1

Al 1,2 máx. 1,2 máx.

Nota:A Liga Número 01 provoca uma reação mais violenta e normalmente utilizada em panelas de reação com tampa. 3. MATÉRIAS PRIMAS UTILIZADA NA FUSÃO

39

3.3.12. Nucleantes

Utilizado para a_____________________de grafita e diminuição da oxidação do banho melhorando a sua qualidade é adicionado no banho líquido do forno um pouco antes do vazamento,

atuando também como um carburante. Contem

aproximadamente 60% de silício, 6,0% de cálcio e 15% de carbono, com granulometria de 0,35 a 3,0 milímetros.

As percentagens adicionadas variam de 0,3 a 1,0%.

Nota: São comercializado com nomenclaturas Grafaloy, Inofor e outros.

40

3.3.13. Ferro Cromo – Alto Carbono

Utilizado em pequenas percentagens de 0,10 à 0,30% para o_______________

________________________________nos FoFos, teores mais altos promovem

a formação de carbonetos coquilhamento).

As adições de ferro cromo nestes pequenos teores podem ser feitas na panela ou na bica do forno devido a alta oxidação do cromo quando carregado no forno. O rendimento de adição nas panelas podem atingir 80 à 90 do cromo contido na liga.

A liga pode ser fornecida em pedras para a adição no forno ou granuladas de 0,3 a 3,0mm para adições na panela.

CL COMPOSIÇÃO QUÍMICA DE FERRO CROMO AC (%)

Cr 55 – 60

C 6 – 9

S 0,025max

P 0,035max

Si 5,0max

3.3.14. Ferro Molibdênio – Granulometria 1,0 a 3,0mm

Utilizado para aumentar efetivamente a_________________, a dureza e o módulo de elasticidade. É adicionado em teores de 0,30 à 0,50%. Apresenta baixa tendência para formar carbonetos e extensa utilização para aumentar as propriedades à temperatura elevada.

Em geral é adicionado no forno em forma de pedras e na panela com granulometria de 1,0mm a 3,0mm, apesar do alto ponto de fusão, dissolve-se facilmente na panela. É pouco oxidável, apresentando rendimento acima de 80% sobre o molibdênio contido.

Normalmente não é utilizado isoladamente devido ao alto custo.

(8)

3.3.14. Ferro Molibdênio – Granulometria 1,0 a 3,0mm

Outros Ferro Ligas utilizadas na fundição para a produção de Ferros Fundidos Especiais:

Ferro Vanadio: efeito similar ao molibdênio, teores limitados à 0,20%;

Ferro Titânio: atua como grafitizante em baixos teores para Ferro Fundido Cinzento.

CL COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO MOLIBDÊNIO

Mo 60 – 65 C 0,10max P 0,10max S 0,15max Si 1,50max Cu 1,00max 43 3.3. Matérias-primas

3.3.15. Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel

Diluem-se facilmente no banho e são utilizados na condição de metal puro.

Cobre:

Utilizado como ________ na solidificação e promovedor na ________________no estado sólido elevando a resistência, e a dureza nos ferros fundidos cinzentos e nodulares, evitando a formação de zonas conquilhadas e diminuindo o alongamento nos ferros nodulares. As adições variam de 0,5 á 1,0%.

CL

44

3.3.15. Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel

Diluem-se facilmente no banho e são utilizados na condição de metal puro.

Cobre:

Apresenta-se sob a forma de cobre puro de preferência cobre eletrolítico (fios, cabos, condutores de eletricidade), já que o emprego de cobres refundidos pode acarretar a introdução do chumbo, antimônio, estanho, arsênico, etc., que provocam deterioração nas propriedades mecânicas.

45

3.3.15. Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel Cobre

A adição de cobre pode ser feita na panela de vazamento, na bica ou no forno em face do baixo ponto de fusão o cobre dissolve-se facilmente no forno fundido líquido. No caso de adição na panela não se recomenda colocá-lo no fundo, pois devido à densidade elevada pode não haver homogeneização completa, deve ser adicionado em pequenos pedaços na panela quando esta já possui certa quantia de metal líquido. O rendimento de adição de cobre é acima de 90% e nos canais de retorno a recuperação é quase total.

Quando se deseja aproveitar o efeito da ação isolada do cobre na resistência á tração, recomenda-se uma redução do teor de silício em 0,25% para cada 1,0% de cobre adicionado devido ao seu efeito grafitizante.

46

3.3.15. Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel Níquel

É um elemento__________________e assim como o cobre diminui a formação de carbonetos na solidificação. Durante o resfriamento no estado sólido (eutetóide) atua como ______________e como conseqüência aumenta dureza e a resistência á tração. As adições variam normalmente de 0,5 a 2,0%, sendo usadas principalmente para contrabalançar o efeito de estabilizador de carboretos do cromo, molibdênio e vanádio. É caro e raramente é usado separadamente.

47

3.3.15. Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel Níquel

Apresenta-se normalmente sob a forma de esferas,

pequenos pedaços ou briquetes, e mais raramente

como Ferro Níquel. As adições podem ser feitas na

panela em quantidades até 2,0% quando se

dissolve facilmente e o processo de adição e o

rendimento é semelhante ao do Cobre.

(9)

3.3.15. Metais Puros – Cobre, Estanho e Níquel Estanho

O Estanho atua como forte ______________________, sem apresentar tendência a formação de carbonetos na solidificação e modificar a forma de grafite. Atua com efeito semelhante ao Cobre na proporção de 1 para 10. As adições estão limitadas a 0,10%, acima destes teores provocam fragilidade no material.

Como as quantidades adicionadas são baixas, as mesmas são feitas na panela ou na bica de forno. O estanho funde rapidamente, é facilmente homogeneizado pela própria turbulência no jato do metal.

CL

49

3.3.16. Alumínio

O alumínio é um metal leve, macio e resistente.

Utilizado como desoxidante do banho e como elemento de liga. Também utilizado como material para produção de peças em Al. É muito maleável, muito dúctil, apto para a mecanização e fundição, além de ter uma excelente resistência à corrosão e durabilidade devido à camada protetora de óxido. É o segundo metal mais maleável, sendo o primeiro o ouro, e o sexto mais dúctil. Por ser um bom condutor de calor, é muito utilizado em panelas de cozinha.

CL

50

3.3.16. Alumínio

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.

O alumínio puro é mais dúctil em relação ao aço , porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

51

3.3.17. Coque e Calcário – Matérias-Prima para o Forno Cubilô Coque

O êxito na marcha de operação do cubilô, depende de uma série de fatores, dentre eles um dos mais importantes é a___________________. Alterações na qualidade do coque podem promover interferências significativas na temperatura do ferro fundido, na carburação e no teor de enxofre da liga fundida.

É desejável que, o coque de fundição seja, de difícil combustão, de tamanho grande (80-120mm) e de baixa reatividade. Constitui-se, também, características importantes, do coque de fundição: ______________, o _______

____________, o teor de materiais voláteis, teor de carbono fixo e a resistência

mecânica.

52

3.3.17. Coque e Calcário – Matérias-Prima para o Forno Cubilô Coque

Em cubilô ácido de 40 a 50% do enxofre do coque passa para o ferro fundido. Dessa forma, em ferros fundidos que se exige baixo enxofre, o teor deste elemento varia de 0,6 a 1,4%.

O teor de carbono fixo do coque é determinante do seu poder calorífico. Quanto mais elevado, mais alto é o poder calorífico do coque e maior tende a ser o potencial de carburação. Só o teor de carbono fixo deveria ser superior a 85%. Todos os coques possuem em menor ou maior quantidade resíduos não combustíveis, que se constituem nas cinzas e devem ser escorificadas no interior do forno. Quanto ________________________, mais _______________ ___________. Teores de cinzas abaixo de 10% não chegam a causar influência significativa no processo de fusão. Os coques em geral tem teor de cinzas entre 8 e 15%. A quantidade de matérias voláteis é um indicativo de estado de coqueificação. Geralmente o teor de voláteis situa-se abaixo de1%, teores mais elevados, indicam que houve coqueificação deficiente.

3.3.17. Coque e Calcário – Matérias-Prima para o Forno Cubilô Calcário

O emprego de calcário no forno cubilô tem por finalidade abaixar a temperatura de fusão da escória primária, formada pela escorificação da cinza do coque, partículas de refratário, óxidos e areia de retorno.

A adição de CaO, sob forma de calcário, promove uma boa condução metalúrgica do forno, principalmente no que se refere a fluidez da escória, e a ação desta sobre o teor de enxofre.

As características de um bom calcário de fundição são: 1. Pureza: 90 a 95% de CaCO3 2. Sílica: 2% no máximo

3. Enxofre: 0,3% (seria ótimo de fosse 0%) 4. Tamanho: 30 a 40mm

5. Finos, pós 5% 6. Deve ser compacto e duro

O tamanho do calcário deve variar de 30 a 40mm, pois partículas muito pequenas e poeiras são lançadas para fora do forno pela ação dos gases. Pedaços muito grandes se dissolvem com dificuldade e podem provocar distúrbios na marcha do forno. O calcário é carregado juntamente com o coque.

(10)

CL Exercícios

1) Cite algumas atribuições básicas do recebimento. 2) Qual a diferença entre Matérias-primas (M-P) e insumos?

3) Qual a melhor matéria-prima para produção de FoFo cinz. e nod. e porque? 4) Qual as vantagens de utilizar sucata de aço como M-P?

5) Por que não se aplica sucata de FoFo como M-P em FoFo Nod.?

6) Por que os canais retorno e os retornos em geral constituem uma M-P de excelente qualidade?

7) Caso uma fundição fabrique mais de um tipo de liga é necessário algum controle dos retornos? Porque?

8) Qual a diferença entre carburantes grafíticos e não grafíticos? 9) Em geral, por que são utilizadas as Ferro-ligas (F-L)? Dê exemplos. 10) O rendimento de uma ferro-liga é sempre 100%? Explique. 11) O que são inoculantes e para que servem?

12) A F-L Fe-Si-Mg tem certos limites fixados entre 0,030 à 0,06%. Acima e abaixo desse limite ocorre algo?

13) Qual a diferença entre Inoculante e Nucleantes?

14) Qual a principal característica do coque deve ser observada para garantir uma boa qualidade?

15) Qual o emprego do calcário?

55 CL Liga Elem. % do elem. cont. na Liga Rendimento da liga na fusão % Rendimento do Elemento na liga % Etapa Indução Rotativo Cubilô Indução Rotativo Cubilô Ferro Silício Pedra Si 75 90 80 80 67 60 60 Carga Fusão

Ferro Silício Pedra Si 50 90 80 80 45 40 40 Carga Fusão

Ferro Silício Granulado Si 75 90 90 90 67 67 67 Panela

Ferro Manganês Pedra Mn 78 80 60 60 62 42 42 Carga Fusão

Ferro Manganês Granulado Mn 78 80 80 80 62 62 62 Panela

Ferro Cromo Pedra Cr 55 70 65 55 45 35 30 Carga Fusão

Grafite Sintético C 99 80 40 – 80 39 – Carga Fusão

Grafite Natural C 86 80 40 – 69 34 – Carga Fusão

Coque Petróleo C 98 80 40 – 78 35 – Carga Fusão

Carbeto de Silício C 30 90 – – 27 – – Carga Fusão

Carbeto de Silício Si 60 90 – – 54 – – Carga Fusão

Inoculante IM 22 Si 65 90 90 90 58 58 58 Panela

Inoculante IM 75 Si 75 90 90 90 67 67 67 Panela

Liga Nodulizante nº 4 Mg 6,0 40 40 – 2,4 2,4 – Panela

Liga Nodulizante nº 4 Si 45 90 90 – 40 40 – Panela

Liga Nodulizante nº 1 Mg 9,0 35 35 – 3,1 3,1 – Panela

Liga Nodulizante nº 1 Si 45 90 90 – 40 40 – Panela

Cobre Cu 100 90 90 90 90 90 90 Fusão/Panela

Níquel Ni 100 90 90 90 90 90 90 Fusão/Panela

Estanho Sn 100 90 90 90 90 90 90 Panela

Ferro Molibdênio Mo 64 80 80 80 54 51 51 Fusão/Panela Tabela 4.1. Rendimentos

56

CL Tabela 4.2.Variação média do percentual dos elementos C, Si e Mn (100%) durante a fusão da carga (Ferro Bica 1420ºC)

Forno Tipo Carbono (C) (%) Silício (Si) (%) Manganês (Mn) (%)

Indução (-) 1,5 (-) 3,0 (-) 6,0

Cubilô (+) 6,5 (-) 10,0 (-) 15,0

Rotativo (-) 12,0 (-) 12,0 (-) 25,0

Exemplo: Se o percentual de carbono na carga do forno rotativo for 3,8%, o ferro na bica apresentará o resultado de 3,8 x (100,0 – 12,0) = 3,344 %.

100

Se o percentual de carbono no forno a indução for de 3,8%, o ferro na bica apresentará o resultado de 3,8 x (100 - 1,5) = 3,743 %.

100

Se o percentual de carbono no forno cubilô for de 3,8%, o ferro na bica apresentará o resultado de 3,8 x (100 + 6,5) = 4,047 %.

100

4. RENDIMENTO DAS ADIÇÕES

57

CL 5.1. Introdução

Calcular a carga é verificar a quantidade de cada

matéria prima que será utilizada para fabricar a liga

metálica (Al-Si, Aço, FoFo, inox, Cu...). Nesta aula,

vamos aprender como fazer o cálculo utilizando

como exemplo o ferro fundido. Porém o método

pode ser utilizado para qualquer liga. As matérias

primas (M.P.) mais utilizadas para essa liga são:

__, _, de aço ou FoFo e__

________. No cálculo teremos a porcentagem de

cada matéria prima.

5. CÁLCULO DE CARGA

58

CL 5.2. para realizar o cálculo é necessário:

CÁLCULO DE CARGA A C.Q. de cada M.P.: %C, %Si, %Mn, %P, %S, %Cr, % Ni A C.Q. desejada para a peça que se vai fabricar.

As perdas e ganhos dos elementos por fusão.

FORNO INDUÇÃO: Perde C, Si e Mn.

FORNO CUBILÔ: Perde Si, Mn, mas ganha C e S (quanto se utiliza coque)

Os tipos e C.Q. das Ferro-ligas disponíveis e seus rendimentos.

59

CL 5.3. Método do Cálculo para FoFo:

1º) Estimar uma composição de carga que ___________ ter ao final do processo atentando para o valor percentual para os componentes da carga final. Ex: C=3,55%; Si=2,40%; Mn=0,25%; P=0,06%; S=0,015%; Mg=0,045%; Ceq=4,35%; 2º) Calcular a contribuição de cada carga para cada elemento químico. Ex. A C.Q. do aço 1020 que foi adicionado na carga vai contribuir com C=0,18%; Mn=0,09%; S=0,01% e etc. e o FoFo adicionado à carga C=3,30%; Si=2,12%; Mn=0,52%; P=0,12%; S=0,08%...;

3º) Somar o valores ____________ de cada contribuição;

4º) Considerar nos valores ____________ as perdas e ganhos por fusão; 5º) Comparar os valores ____________ com os valores ____________; 6º) Refazer os passos de 1 a 5 quantas vezes forem necessárias até que a C.Q.

_________ esteja adequada a C.Q. ____________ para o material em questão.

(11)

C.Q. Carga %C %Si %Mn %P %S

Gusa 4,1 1,8 0,3 0,1 0,06 Sucata de aço 0,15 0,15 0,5 0,05 0,05

Retorno 3,5 2,2 0,45 0,09 0,06 CL

5.4. Método do Cálculo para FoFo – exemplo prático:

1º) Estimar uma composição de carga atentando para a C.Q. que desejamos ter ao final do processo:

C.Q. final Obs.: Estimar 70% de gusa+20% de retorno+10% de sucata de aço. %C: 3,25 a 3,4 %Si: 2,25 a 2,35 %Mn: 0,65 a 0,7 %S(máx): 0,06 %P(máx): 0,09

2º) Calcular a contribuição de cada carga para cada elemento. 4,1x0,7=2,87% ...

.. .

Todos os valores obtidos a seguir. 61

CL 5.4. Método do Cálculo para FoFo – exemplo prático:

2º) Calcular a contribuição de cada carga para cada elemento.

C.Q. Carga %C %Si %Mn %P %S Gusa 4,1 1,8 0,3 0,1 0,06 Sucata de aço 0,15 0,15 0,5 0,05 0,05 Retorno 3,5 2,2 0,45 0,09 0,06 C.Q. estimada da carga %C %Si %Mn %P %S 70% Gusa 2,87 1,26 0,21 0,07 0,042 10% Sucata de aço 0,015 0,015 0,05 0,005 0,005 20% Retorno 0,7 0,44 0,09 0,018 0,012 62 CL 5.4. Método do Cálculo para FoFo – exemplo prático:

3º) ______ o valores ____________ de cada contribuição;

C.Q. estimada da carga %C %Si %Mn %P %S 70% Gusa 2,87 1,26 0,21 0,07 0,042 10% Sucata de aço 0,015 0,015 0,05 0,005 0,005 20% Retorno 0,7 0,44 0,09 0,018 0,012 TOTAL 3,585 1,715 0,35 0,093 0,059 5. CÁLCULO DE CARGA 63 CL 5.4. Método do Cálculo para FoFo – exemplo prático:

4º) Considerar nos valores obtidos as perdas e ganhos por fusão. Utilzando-se

a tabela 4.2. para forno por INDUÇÃO.

C.Q. estimada da carga %C %Si %Mn %P %S 70% Gusa 2,87 1,26 0,21 0,07 0,042 10% Sucata de aço 0,015 0,015 0,05 0,005 0,005 20% Retorno _0,7 _0,44 _0,09 _0,018 _0,012 TOTAL 3,585 1,715 0,35 0,093 0,059 TOTAL c/perdas 3,531 1,66 0,329 - -Tabela 4.2.

Forno Tipo (C) (%) (Si) (%) (Mn) (%) Indução (-) 1,5 (-) 3,0 (-) 6,0 Cubilô (+) 6,5 (-) 10,0 (-) 15,0 Rotativo (-) 12,0 (-) 12,0 (-) 25,0 Perda C: 3,585 x 1,5 = 0,0538 Logo, 3,585 - 0,0538 = 3,531 5. CÁLCULO DE CARGA 64 CL 5.4. Método do Cálculo para FoFo – exemplo prático:

5º) Comparar os valores obtidos com os valores desejados;

C.Q. %C %Si %Mn %P %S Obtido _3,531 _1,66 _0,329 _0,093 _0,059 Desejado 3,25 a 3,4 2,25 a 2,35 0,65 a 0,7 0,09 0,06 5. CÁLCULO DE CARGA CL 5.4. Método do Cálculo para FoFo – exemplo prático:

6º) Refazer os passos de 1 a 5 quantas vezes forem necessárias até que a C.Q. obtida esteja adequada a C.Q. desejada para o material em questão.

• Percebe-se que %C está superior ao valor desejado para a peça e %Si e %Mn estão abaixo. No caso do Si e Mn serão necessárias adições de Ferro-liga para acerto dos teores, já que os valores desejados estão acima dos maiores valores obtidos no cálculo da carga metálica.

• OBS.: AO INICIAR O CÁLCULO DE CARGA É PRECISO ESTIMAR UMA CARGA QUE POSSA ACERTAR PRIMEIRAMENTE O TEOR DE CARBONO. UMA VEZ ACERTADO %C, O %Si e %Mn PODEM SER CORRIGIDOS MAIS FACILMENTE COM ADIÇÃO DE FERRO-LIGA.

• Como o %C está acima do desejado devemos diminuir o percentual da carga de maior teor desse elemento, ou seja, agora tente com 60% de gusa 25% de retorno e 15% de sucata de aço.

C.Q. %C %Si %Mn %P %S

Obtido 3,531 1,66 0,329 0,093 0,059

Desejado 3,25 a 3,4 2,25 a 2,35 0,65 a 0,7 0,09 0,06 5. CÁLCULO DE CARGA

(12)

CL 6.1. Cálculo da adição de elementos

1º) Calcular a quantidade de elemento que falta para acertar o teor.

Ex. Supondo nosso cálculo de carga anterior, calcular:

• O teor de Si necessário para o acerto:

% desejado - % obtido = 2,3 (médio) – 1,66 = 0,64% • O teor de Mn necessário para o acerto:

% desejado - % obtido = 0,675 (médio) – 0,329 = 0,346

2º) Verificar o teor do elemento que se quer aumentar no ferro liga, na

composição emitida pelo fornecedor.

No exemplo considerar 75% de Si no Silício e 75% de Mn no Ferro-Manganês. C.Q. %C %Si %Mn %P %S Obtido 3,531 1,66 0,329 0,093 0,059 Desejado 3,25 a 3,4 2,25 a 2,35 0,65 a 0,7 0,09 0,06 67 CL 6.1. Cálculo da adição de elementos

3º) Verificar o rendimento do elemento no momento da adição (normalmente informado pelo fornecedor). Iremos considerar para ambos ferro-liga um rendimento de 80%. 4º) Utilizar a fórmula:

Proporção = Quantidade de elemento que falta para acertar o % Quantidade do elemento no ferro-liga X Rendimento

100 100 Ex. Si: 0,64 = 1,067% 0,75 x 0,8 Ex. Mn: 0,346 = 0,577% 0,75 x 0,8

Os resultados nos indicam que precisamos de 1,067% de Silício e 0,577% de Ferro-Manganês adicionados na carga ou no FoFo líquido para acertar o teor (%) desses elementos.

68

CL 6.1. Cálculo da adição de elementos

5º) Calcular o peso das Ferro-ligas. Basta transformar a porcentagem em quilos.

Ex. Supondo que a carga calculada pesa 500 kg: Si

500kg 100% x (kg) 1,067%

X = 500 x 1,067 = 5,33 kg. Portanto precisamos adicionar 5,33 kg de Fe-Si. 100

Mn 500kg 100%

x (kg) 0,576%

X = 500 x 0,576 = 2,88 kg. Portanto precisamos adicionar 2,88 kg de Fe-Mn. 100

6. CORREÇÃO DO BANHO LÍQUIDO

69

CL Exercícios

1) Dada a C.Q. estimada (exercício da aula):

Acerte a C.Q. da carga como o sugerido em aula (60% de gusa 25% de retorno e 15% de sucata de aço) para produzir 500kg FoFo. Rendimento das Fe-ligas e fornos (tabelas 4.1 e 4.2 slides da aula). Lembrar-se de fazer a correção do banho líquido.

estimada %C %Si %Mn %P %S min 3,25 2,25 0,65 0,09 0,06 máx 3,4 2,35 0,7 0,09 0,06 C.Q. Carga %C %Si %Mn %P %S Gusa 4,1 1,8 0,3 0,1 0,06 Sucata aço 0,15 0,15 0,5 0,05 0,05 Retorno 3,5 2,2 0,45 0,09 0,06 70 CL Exercícios

2) Dada às composições das matérias primas (tabela abaixo):

Dados também o rendimento das Fe-ligas e fornos (tabelas 4.1 e 4.2 slides da aula),

Calcular a carga a ser adicionada no forno a indução para produzir uma tonelada de

Ferro Fundido Branco Hipoeutético conforme descrito:

Composição química: C = 2,50%; Si = 1,15%; Mn = 0,30%; P = 0,06%; S = 0,03%; Ceq = 2,88%. Lembrar-se de fazer a correção do banho líquido.

3) Qual a necessidade de calcular a carga antes de adicionar ao forno? 4) Quais as principais etapas do cálculo de carga?

5) Como é feito o acerto das cargas?

C.Q. Carga %C %Si %Mn %P %S

Gusa 4,1 1,8 0,3 0,08 0,04

Sucata aço 0,15 0,15 0,2 0,04 0,02

Retorno 3,5 2,2 0,45 0,06 0,03

71

7. Fornos na Fusão de Metais

• Forno é um equipamento para fundir metais.

Um forno de fusão pode ser definido como uma ____________que deve aquecer um dado _____________, de _______ (composição química) determinada ou especificada, até a ____ (temperatura de vazamento), com

____________ e __________ econômica especificadas. São esses cinco

fatores que permitem determinar o processo de fusão ótimo para uma dada fundição.

• Escolha de Combustível

Substâncias combustíveis: geralmente utilizados para processos de fusão, refino e processos onde o problema da CQ pode ser controlado adequadamente.

Aquecimento elétrico: _____________________________, liberdade na escolha de refratários e controle da CQ, sendo adequado para ______________de ligas sensíveis àsΔCQ (_________________).

OBS.: existem materiais e vídeos sobre fornos no site! CL

(13)

• Baixas Eficiência

Geralmente fornos trabalham com ____________________. Isso, se deve ao fato de que FORNOS trabalham em ______________________, muitas vezes superiores a 1000ºC e emitem __________ com temperaturas acima de 1000ºC, que resulta numa perda significativa de calor pelas chaminés. • Velocidade de fusão

É determinada pela __________,_____________, condições

_________ _________ e _________________________

requeridas. Ex. fornos de cadinho aquecidos a combustível fundem mais lentamente que fornos de soleira, e fornos de

resistência são mais lentos que fornos de indução a arco. CL

73

7.2. Tipos de Fornos Usados na Fusão de Metais.

FORNOS A COMBUSTÍVEL - _______________________________________

CUBILÔ

FORNO DE CADINHO (CRISOL) ROTATIVO REVÉRBARO CONVERSORES FORNOS ELÉTRICOS - _______________________________________ A ARCO DIRETO A ARCO INDIRETO A RESISTÊNCIA A INDUÇÃO ESPECIAIS CL 74 7.2.1. Fornos a combustível. CL Forno COMBUSTÍVEL Aplicação Características Faixa T _[ºC] Capacidade _fusãoV. de

Cadinho (CRISOL) Gás, óleo, carvão FºFº, aço, ligas de Al, de Mg e de Cu

Cadinhos construídos em argila e grafita, ou carbeto de Si ligado com C. 3 classes: extração por levantamento; extração por empacotamento; basculante. 200 <T< 1400 10kg – 1T Até 150 [kg/h] Reverberação (Soleira) Gás, óleo, carvão Não ferrosos

Teto deflete a chama e os produtos de combustão para o Metal Líquido.

600 <T< 1650 50kg – 5T Até 10 [T/h] Reverberação (Rotativo) Gás, óleo, carvão FºFº cinzento ligado e maleável, ligas de Cu e de Al

Maior eficiência que o Soleira e desgaste mais uniforme do refratário.

800 <T< 1500 500kg – 25T Até 5_[T/h] Conversor Ar (O2) refino de Fe pré-fundido e aço

Normalmente utilizado em siderúrgicas integradas. 1300 <T< 1650 5T – 50T Até 100 _[T/h] Cubilô carvão FºFº

Forno de cuba vertical. Até a década de 70 respondia por 90% da produção de FºFº. Atualmente considerado em extinção ainda responde por 2% de todo metal produzindo. Usado aos pares.

1300 <T<

1500 *

Até 20 [T/h]

NOTA: significado Reverberação - ________________________________

75

7.2.2. Forno de CADINHO (CRISOL).

Atualmente o processo de forno de cadinho é de grande _____________ e de grande variedade de opções em relação aos metais fundidos, tipos de combustíveis e técnicas de processamento.

• Alumínio, bronze, latão, cobre, ferro dúctil e cinza, aços, magnésio, ligas de níquel, ligas refratárias entre outros tipos de metais.

• O aquecimento para fusão dos metais inclui combustíveis tipo: carvão, coque, eletricidade, gases (natural, propano, etc.) e líquidos (diesel, óleo queimado).

CL 7. Fornos na Fusão de Metais

76

7.2.2. Forno de CADINHO (CRISOL). Funcionamento:

Cadinho consiste num recipiente construído de ______________ _________, argila e grafite que são usados dentro de uma camada de revestimento de refratário equipado com sistema de aquecimento por meio ________________________, etc. e sistema basculante para vazamento do metal líquido através de um bico.

• O combustível ______________________ com o metal líquido. • Normalmente o metal líquido é vazado em panelas (caias) ou o cadinho contendo o metal líquido é ______________________ ________ e transportada para a operação de preenchimento

dos moldes. CL

• Observa-se no corte em secção o crisol C de grafite, sustentado pelo pedestal P, sobre um fundo de revestimento refratário do forno. A chama do queimador envolve o crisol antes de sair pela chaminé superior.

(14)

• Podem ________________para facilitar o vazamento, ou pode ter o _______ ______ por meio de tenazes adequadas para efetuar o vazamento do metal líquido contido no mesmo.

CL

79

• Abaixo, um tipo de forno cadinho para fusão do bronze. Neste tipo de forno para bronze a tampa está situada ao nível do solo, construído num _______, de modo que possa se extrair facilmente do cadinho o metal fundido, como auxílio de uma concha.

• Na parte inferior temos o queimador, junto há uma entrada de ar forçado, procedente de um ventilador elétrico. A chama sobe entre a parede refratária e o cadinho, saindo pela parte superior do forno.

CL

80

7.2.2. Forno de CADINHO (CRISOL). DESVANTAGENS:

• Em fornos aquecidos por carvão, deve-se tomar cuidado no _________________________________, para evitar umidade (desprendimento do vapor de água ____________ o cadinho. • Da mesma maneira evita-se o abastecimento do forno com

coque de ______ _______________, pois o ar alcançaria a superfície do cadinho, _____________.

• Em fornos com calefação a óleo, a oxidação dos cadinhos é devida (também) frequentemente ao mal funcionamento dos queimadores, ao não pulverizar corretamente o combustível.

81

7.2.3. Forno Revérbero (soleira) e Forno rotativo de eixo fixo .

Fornos rotativos e reverberatórios, normalmente de grande porte, são utilizados por algumas fundições que trabalham com ______________________________.

Usado geralmente para todo tipo de ferros fundidos (especialmente fundidos cinzentos ligados e maleáveis) e ligas de cobre e de alumínio. Se tem perdas de ______. Na produção do ferro nodular recomenda-se formar a carga metálica de gusa com alto teor em carbono e baixo teor em fósforo e retornos deste material.

Nota: Também existem F. Rev. aquecidos por arco elétrico.

82

7.2.3. Forno Revérbero (soleira) e Forno rotativo de eixo fixo . Funcionamento:

Combustão incompleta do carvão: 2C+O2=2CO

Este óxido é queimado com ar secundário insuflado, completando a reação: 2CO+O2= 2CO2

Reação _____________, desprendendo ________ para o funcionamento do forno. O calor se transmite por radiação, isto é, pela __________ da abóbada e as paredes do forno, distribuindo-se pela soleira.

Nesses fornos o carvão não está em contato com o metal, logo não se produz um aumento no teor de ________ no ferro.

NOTA: ABÓBADA parte superior do forno; SOLEIRA ________________.CL 7. Fornos na Fusão de Metais

83

7.2.3.1. Forno Revérbero (Soleira).

A forma mais simples de um forno de reverberação é aquela em que o teto_______a chama e os produtos de combustão para a superfície do metal líquido. Amplamente utilizado na fundição de metais não-ferrosos. (V. F1. 1)

(15)

7.2.3.1. Forno Revérbero (Soleira).

• Utilizado para fundir peças de grandes dimensões.

• Calefação feita a partir de hulha (60-80%C), carvão pulverizado, petróleo, óleo diesel ou gás.

NOTA: Há um incentivo governamental na opção pelo ____________, menos poluente, porém isto demanda, muitas vezes, a realocação física da fundição para a proximidade de um gasoduto.

CL

85

7.2.3.2. Forno rotativo de eixo fixo.

A maior vantagem em relação ao Revérbero é o ________ mais __________________________.

CL

86

87

Desvantagem: quando se usa sucata leve de carga, as _______ de fusão ___________________ podem ser bastante elevadas. (V. F1. 2)

88

7.2.4. Conversor.

Este tipo de equipamento ____ é normalmente usado na fundição. É muito utilizado no ____________pré-fundidos e na______________por meio de__________das impurezas de ______________.

7.2.4. Conversor.

Este tipo de forno não precisa de combustível, já que a alta temperatura é alcançada e mantida, devido às reações químicas que acontecem quando o oxigênio do ar injetado entra em contato com o carbono do gusa líquido. Nesse processo, há a combinação do oxigênio com o ferro, formando o óxido de ferro (FeO) que, por sua vez, se combina com o silício, o manganês e o carbono, eliminando as impurezas sob a forma de escória e gás carbônico. O tempo do ciclo, dura em média 20 minutos (V. F1. 3)

(16)

7.2.5. Forno CUBILÔ (cubilot).

Entre os vários tipos de fornos de fusão a combustível, o forno cubilô é quase que exclusivamente utilizado na produção de ____________.

O consumo típico de coque é da ordem de 150 kg/ton. Com isso, o ferro produzido no cubilô pode custar até a________________ ________________, o que explica a sua não-desativação. Ainda

apresenta como vantagem o ___________________inicial

requerido para sua construção, pois é praticamente um forno artesanal.

Descrição dos Componentes do Cubilô

• O cubilô é um forno ________ feito de chapa de aço, revestida internamente por tijolos refratários.

• Diâmetro interno do forno pode chegar a cerca de 1,80m. • Altura pode chegar a 15 metros.

CL

91

7.2.5. Forno CUBILÔ (cubilot).

Funcionamento:

O cubilô pode ser descrito como um forno de_____, funcionando em ______________, onde o carvão/coque têm a função de ser o elemento combustível e o_____________da carga metálica. O mecanismo de fusão do cubilô se baseia na _________________ a partir do _______ soprado nas ventaneiras e define no forno três regiões:

• zona de________________da carga metálica. (V. F1. 4) • zona de__________(queima do coque) ou de____________de

elementos como silício e manganês que provocam o

______________________do banho. (V. F1. 5)

• zona de_______do coque ou de _______________. (V. F1. 6)

CL 92 CL 7.2.5. CUBILÔ 93 CL 7. Fornos na Fusão de Metais

7.2.5. CUBILÔ

Desvantagem: é um forno altamente _______________, de difícil controle,

principalmente quando se deseja produzir ferro com ____________________ e ______________. Assim, esse equipamento opera bem para produção de ferros de baixa resistência ou em operação duplex com o indução. (V. F1. 7)

94

7.3. Fornos ELÉTRICOS.

Utilizados para a fusão de metais ________________________.

• Sob o ponto de vista do custo energético, a energia

térmica obtida quimicamente pela queima de

combustíveis comerciais é geralmente ___________ do que a obtida __________________________ em calor.

• No caso da energia elétrica é ________o _________ __________________de energia à carga metálica do forno.

95

7.3. Fornos ELÉTRICOS.

• As formas de _____________ de ________________em _____________ de interesse em processos metalúrgicos são*:

• Através da transferência de calor por _________________ a partir de um ____________________gerado pela passagem de corrente em um ______________;

• Através da _________________ à passagem de uma corrente elétrica em um _________________;

• Por ________________________.

• Os dois primeiros promovem o ________________, isto é, de fora para dentro, já no último ocorre o __________________, isto é de dentro pra fora. *NOTA: outras formas de geração de calor ocorrem através do ___________ como no caso do aquecimento dielétrico aplicado para materiais não-condutores e por _________________ para aquecer alimentos. Porém, estes métodos não são utilizados para materiais metálicos. CL

(17)

7.3.1. Fornos elétricos.

CL Forno Aplicação Características Faixa T

[ºC] Capacidade V. de fusão

A arco direto (FEA) Aço, aço ligas

Calor desenvolvido pela descarga elétrica em forma de arco, entre os três eletrodos (corrente trifásica) e o metal. O arco pode ser entre dois eletrodos (c. bifásica) ou entre dois eletrodos e a soleira (c. trifásica). 1200 <T< 1750 <200T Até 40 [T/h]

A arco indireto Ferro-ligas, ligas de _Cu

Calor é produzido por radiação do arco elétrico gerado entre dois eletrodos.

1000 <T< 1750

<2T Até 1_[T/h]

A resistência Al e ligas leves de _{baixo Pf}

É basicamente uma mufla de material refratário com alojamentos para a resistência (fios de Níquel-Cromo). Na mufla é alojado o cadinho de grafite ou metálico.

<1000 <500kg Até 50_[kg/h]

A indução FºFº, aço e metais _{em geral}

Existem F. a indução de baixa e de alta frequência. Em ambos produz-se uma agitação do banho devido a forças eletrodinâmicas. São induzidas correntes parasitas (de Foucault) no metal, produzindo um efeito de aquecimento.

600 <T< 1750

<35T Até 2,5 _[T/h]

97

7.3.2. Forno ELÉTRICO A ARCO.

São os mais utilizados principalmente para a fundição de _________, devido à sua flexibilidade de aplicação. Aplica-se para fusão simples como à _______________.

7.3.2.1. Forno a ARCO DIRETO.

Consiste de uma carcaça cilíndrica de aço, montada sobre um sistema que permite o ______________ do forno para frente e para trás. O forno a arco direto pode fundir_______ _____________. Tem sua maior aplicação em aciarias para fabricação de grandes quantidades de aço (pelo processo ácido ou básico) e em fundições de grande porte.

CL

98

7.3.2. Forno ELÉTRICO A ARCO.

• A parte inferior do forno (ou soleira) é constituída de um revestimento ________________ de natureza básica ou ácida; as partes laterais bem como a cobertura ou abóbada, são revestidas de tijolos a base de silício.

• Usado principalmente para a fusão de aços. Sua capacidade pode chegar até ___________enquanto a velocidade de fusão vai até______________e a temperatura de trabalho esta entre __________ _____________

• Na fusão do ferro fundido, a carga é constituída, em geral, de: ____________ ___________.

• O controle dos teores de C e Si é feito mediante a adição de C, na forma de ____________________.

99

7.3.2.1. Forno a ARCO DIRETO. Funcionamento:

O forno a arco direto utiliza o calor desenvolvido pela ______________em forma de______entre __________, ou seja, os _____________ e _________.

Esse arco é gerado pela passagem da _____________ através do ar ________________que separa os dois pontos entre os quais o arco é formado.

O arco elétrico pode saltar entre esses dois pontos. Desta forma, a transferência de calor ocorre _________________ ______. (V. F1. 8)

100

7.3.2.1. Forno a ARCO DIRETO. Funcionamento:

A corrente elétrica também ________________________, gerando um ______________________devido à inerente ______________ a sua passagem. Este aquecimento é em menor proporção do que o oriundo pela formação do arco. A Temperatura do arco corresponde à temperatura de ebulição do material que constitui o eletrodo. No caso de _________________, esta temperatura é de 4.197ºC (estima-se que a temperatura no centro do arco está na faixa de ______________________).

• O banho metálico tem uma altura pequena e apresenta uma___________________com a____________, muito embora não haja agitação, as reações escória-metal são ativadas pelo sobreaquecimento do leito e da grande superfície de contato.

(18)

• A energia elétrica é suprida em_______________, sendo transformada para baixas voltagens através de ____________, a partir dos quais é levada aos eletrodos por intermédio de cabos flexíveis de cobre. (V. F1. 9)

CL

103

• Eletrodos de grafita possuem alta resistência, além de elevada condutibilidade elétrica.

• As condições de fusão são controladas pela variação de voltagem e pelo ajuste automático da posição ou altura dos eletrodos.

• As dimensões do arco elétrico dependem dos parâmetros elétricos e do mecanismo de regulagem da distancia dos eletrodos à carga.

CL

104

• O ______ elétrico se caracteriza por apresentar uma grande ______________________em um _______________.

• A temperatura média no forno se conserva_________, fazendo com que um elevado______________ _________ se estabeleça entre o arco e a carga.

105

7.3.2.2. Características operacionais no Forno a ARCO DIRETO.

O _____________ do forno pode ser feito por uma ________ localizada do lado oposto ao da calha de vazamento. Em fornos de grande capacidade, a abóbada pode ser________e o carregamento é feito pelo topo através de um “_______”. (V. F1. 10)

Porta de

carregamento

106

107

Vantagens:

• Peças fundidas de _____________ devido ao melhor controle de ________ do produto final devido ao fato do metal não estar em _________ com _________________ resultantes de combustão;

• Fusão de qualquer tipo de _________; • Menos espaço para instalação;

• Operados com maior ______________________. Desvantagens:

• __________________________.

(19)

7.3.3. Forno a ARCO INDIRETO ou ARCO LIVRE ou ARCO IRRADIANTE.

O arco é formado ______________e o _______para a carga - é um forno pouco utilizado, principalmente devido ao elevado custo dos eletrodos.

• O forno de arco indireto é ____________, e geralmente é basculante.

CL

109

• Usado principalmente para pequenas quantidades de ferro-ligas ou ligas pesadas a base de Cobre e para aços inoxidáveis e aços de alto teor de liga. • Sua capacidade pode chegar até 1000 a 2000 kg enquanto a velocidade de

fusão vai até 1000 kg/hora. A temperatura de trabalho esta entre 1000 a 1750ºC.

• O forno tem encontrado boa aceitação na fundição de __________________ _________ e na de ligas e metais não-ferrosos pesados.

CL

110

111

7.3.3. Forno a ARCO INDIRETO.

Funcionamento:

Empregam dois ou três eletrodos para formar o arco entre eles. O calor é gerado pelo ____________entre _____________________, e é transmitido para a carga ___________ por _________, pois os eletrodos não mergulham na carga. (V. F1. 11)

_________do arco feita _______________ (através de

dispositivos eletromecânicos ou hidráulicos). A medida que os eletrodos se consomem, um deles se aproxima,

mantendo-se sempre o arco elétrico. _CL

112

Vantagens:

• O arco indireto é relativamente _______________. O que permite fácil operação com mão-de-obra menos qualificada (os fornos trabalham com voltagem constante e utilizam potência máxima durante quase toda a corrida).

• Menor investimento no custo inicial e na instalação. Permitem a obtenção de temperaturas elevadas. Na versão moderna, os fornos, permitem uma rápida substituição de carcaças.

• Recomendáveis para fundições de serviço variável: 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.

• Consegue-se um ___________________fundido mais rigoroso

• Adequado para evitar perdas no caso da fusão de materiais muito voláteis (ex. Zn) ou muito oxidáveis.

Desvantagem:

• O consumo ____________do que nos fornos a arco direto, pois, apenas__________________irradiada chega ao material a ser fundido.

• Somente pequenos fornos devido a limitação imposta pela posição horizontal dos eletrodos, pois deve-se evitar esforços elevados de flexão nos mesmos.

• O material que está sendo aquecido_____________do circuito elétrico.

• Menor __________________de calor gerado para a carga. CL

FUNDIÇÃO I apostila

Fundição I

Cleber Lessa

Cleber Lessa

Cleber Lessa

Cleber Lessa

O que é um processo?

Processo deriva do latim procedere, verbo que

indica a _______________________, ir para frente

(pro+cedere) e é um _______________________e

particular de ações com objetivo comum. Pode

ter os mais variados propósitos:

criar, inventar, projetar, transformar, produzir, contro

lar, manter e usar produtos ou sistemas.

Fundição é um processo?

Vocês já ouviram falar de um tal Arquimedes????

“o _______toma a forma do______

que o contém”

Produção de peças pela __________

de _____________ em ________...

Além de “__________” às peças

determina as suas ___________.

________________ é a

atividade

intermediária

entre

as

tarefas

de

compra e pagamento ao

fornecedor,

sendo

de

sua responsabilidade a

conferência

dos

materiais destinados à

empresa.

Apresenta-se normalmente sob a forma de esferas,

pequenos pedaços ou briquetes, e mais raramente

como Ferro Níquel. As adições podem ser feitas na

panela em quantidades até 2,0% quando se

dissolve facilmente e o processo de adição e o

rendimento é semelhante ao do Cobre.

Calcular a carga é verificar a quantidade de cada

matéria prima que será utilizada para fabricar a liga

metálica (Al-Si, Aço, FoFo, inox, Cu...). Nesta aula,

vamos aprender como fazer o cálculo utilizando

como exemplo o ferro fundido. Porém o método

pode ser utilizado para qualquer liga. As matérias

primas (M.P.) mais utilizadas para essa liga são:

______, _______, ______de aço ou FoFo e______

________. No cálculo teremos a porcentagem de

cada matéria prima.

“o _toma a forma do

de _____ em ...

__, _, de aço ou FoFo e__