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 antigaElaboração de aço ao C e baixa liga em FEA
Detalhe do revestimento refratário na base do forno e das placasrefrigeradas 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 FEAElaboração de aço ao C e baixa liga em FEA
Sistema elétrico típico de FEAElaboração de aço ao C e baixa liga em FEA
Distribuição de calor irregular pelos arcos pode exigir a utilizaçãoElaboração 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 fusãoElaboração de aço ao C e baixa liga em FEA
Detalhe da posição dos eletrodos no final da fusão da cargaElaboração de aço ao C e baixa liga em FEA
Formação da escória espumante e oxidação do banho através doElaboração 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 noregime 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 induçãoElaboração de aço ao C e baixa liga em FI
Lay out típico de forno de induçãoElaboração de aço ao C e baixa liga em FI
Partes do equipamento: sistema elétrico e unidade de fusãoElaboração de aço ao C e baixa liga em FI
Partes do equipamento: unidade de fusãoElaboração de aço ao C e baixa liga em FI
Detalhe da bobina de induçãoElaboração 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 naElaboração 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 desoxidaçãoElaboração 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 desoxidaçãoElaboração 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 açoVazamento pelo fundo
Vazamento por cima
Vazamento por cima com bico