8- Equipamentos de fundição II

FORNOS DE FUSÃO PARA AÇOS

1) FEA – Forno Elétrico a Arco.

ELABORAÇÃO EM FEA

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Conceitos básicos

• Objetivo:

– Produção de aços de alta qualidade a partir de sucatas comuns variadas (reciclagem de sucatas de aço de todos os tipos);

• Etapas do processo:

– Fusão rápida de sucatas a partir de arcos voltáicos de alta energia aplicados por 3 eletrodos de grafite;

– Refino das impurezas contidas (C, Si, Mn, P, N e H na etapa oxidante e S na etapa redutora);

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Lay out do Forno Elétrico a Arco (FEA)

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Lay out do Forno Elétrico a Arco (FEA)

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Detalhe do revestimento refratário em fornos de concepção antiga

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Detalhe do revestimento refratário na base do forno e das placas

refrigeradas nas paredes laterais e na abóboda em fornos de concepção moderna

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Vista superior do Forno Elétrico a Arco (FEA)

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Movimentação dos eletrodos no FEA

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Sistema elétrico típico de FEA

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Distribuição de calor irregular pelos arcos pode exigir a utilização

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Seqüência do processo

• Carregamento:

– A abóboda do forno é elevada e retirada lateralmente por sistema hidráulico, permitindo o carregamento de sucata no forno através da abertura superior por cestos previamente preparados na área de sucata;

– A abóboda retorno ao forno e com a descida dos eletrodos, começam as descargas elétricas na sucata.

– As descargas elétricas de alta energia liquefazem a sucata, formando uma poça de aço líquido no fundo do forno. Conforme a sucata vai sendo derretida, os eletrodos vão tendo sua altura reajustada por sistemas de movimentação independentes;

– Quando toda a sucata estiver líquida é feito novo carregamento (2 ou 3) até atingir a capacidade do forno;

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Seqüência do processo

• Carga típica:

– Sucata variada

– Cal (CaO) – utilizado para compor a escória e permitir a absorção de óxidos formados durante o período de refino oxidante (SiO₂, MnO, Cr₂O₃ e P₂O₅);

– Carburante para aumentar o teor de C da carga, permitindo o sopro de oxigênio para geração do “boilling” e da escória espumante;

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Seleção da sucata

• Critérios para seleção da sucata: – Composição química

– Nível de impurezas (P, S e Cu) – Forma e tamanho

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Problemas de quebra de eletrodos durante a fusão

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Detalhe da posição dos eletrodos no final da fusão da carga

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Formação da escória espumante e oxidação do banho através do

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Retirada da escória oxidante com as impurezas oxidadas • A retirada de escória do forno ocorre durante as alterações no

regime de trabalho do forno, a saber: • Etapa de fusão / refino oxidante; • Refino oxidante / refino redutor • Refino redutor / vazamento

Forno de Indução

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Conceitos básicos

• Objetivo:

– Produção de aços de alta qualidade a partir de sucatas com composição química controlada (reciclagem de sucatas de aço especiais);

• Etapas do processo:

– Fusão rápida de sucatas a partir de indução magnética aplicada pela bobina com corrente de alta freqüência;

– Fusão em condição oxidante para refino dos gases N e H promovido por “boilling” de CO (não mantém escória

líquida, não permitindo refino); – Vazamento e desoxidação;

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Seqüência do processo

• Carregamento:

– Carregamento de sucata previamente preparada no forno através da boca superior por cestos, eletro-imã ou

manualmente;

– Nos fornos de maior tamanho usam-se tampas para minimizar as perdas térmicas por irradiação.

– Quando toda a sucata estiver líquida é feito novo carregamento até atingir a capacidade do forno;

– Ao contrário do que ocorre em FEA, no FI utiliza-se a

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Seqüência do processo

• Carga típica:

– Sucata com composição química controlada; – Ferros-ligas;

– Minério de ferro (1 a 2% da carga) como agente oxidante para realização do “boilling” de CO que minimiza a presença de gases N e H nos banhos (particularmente importante

para cargas com elevadas quantidades de retornos e em fornos de indução de pequena potência, que impõe

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Lay out típico de forno de indução

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Lay out típico de forno de indução

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Partes do equipamento: sistema elétrico e unidade de fusão

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Partes do equipamento: unidade de fusão

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Detalhe da bobina de indução

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Aplicação contínua de potência (sem “taps”) mesmo com carga baixa e agitação típica resultante das correntes magnéticas

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Exemplos de menor penetração do campo magnético (e do aquecimento) com o aumento da freqüência da corrente na

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Refino do aço no FI

• Fusão oxidante:

– Em fornos de indução, a agitação do metal normalmente promove a absorção de oxigênio pela carga, garantindo uma fusão oxidante;

– O oxigênio tem ação tenso ativa nos aços no estado líquido, minimizando a absorção de N e de H;

– Desta forma, quanto mais atrasada ocorrer a desoxidação do aço, menor será a possibilidade de reabsorção destes gases (“pick up”);

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Refino do aço no FI

• Fusão oxidante:

– A absorção natural de oxigênio do ar pela agitação dos

fornos de indução não é suficiente para reduzir teores de H e de N dos banhos. Em pelo menos duas situações práticas esta redução seria necessária para evitar a fomação de

porosidades:

– Fornos de indução de baixa potência (relações peso (Kg) / potência (KVA) maiores que 1,5);

– Cargas constituídas por mais de 50% de retornos; – Nestes casos, deve ser feito um “boilling” moderado dos

banhos, através da adição de 1 a 2% de minério de ferro nas cargas (com perdas de C da ordem de 0,05 a 0,10%).

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Redução do H e do N de aço líquido através de boilling de CO

• As reações químicas envolvidas são as seguintes:

– C + O  CO (gas) – gera o “boilling” moderado

– N  ½ N₂ (gás)

– H  ½ H₂ (gás)

A baixa pressão parcial de H e de N nas bolhas de CO desloca o equilíbrio das reações abaixo para direita, facilitando a desgaseificação por fluxagem.

ELABORAÇÃO em FEA ou FI –

vazamento e desoxidação

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FEA

Vazamento do metal na panela e desoxidação

Elaboração de aço ao C e baixa liga em Forno

Indução

Elaboração de aço ao C e baixa liga em FI

Vazamento do aço na panela e desoxidação

Elaboração de aço ao C e baixa liga

Agitação com argônio através de plug poroso no fundo da panela de vazamento para homogeneização e facilitar a flotação de

Elaboração de aço ao C e baixa liga

Sistemas de vazamento em peças de aço

Vazamento pelo fundo

Vazamento por cima

Vazamento por cima com bico

Elaboração de aço ao C e baixa liga

Sistemas de vazamento em peças de aço