O Processo de Fusão e Vazamento No Forno Cubilô

 

Forno Cubilô

 

META ESCOLA TÉCNICA DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL

O Processo de fusão e Vazamento do metal no Forno Cubilô

MT-22 Bruno Lima Gomes Luiz Carlos Paulo Luciano Belo Horizonte Abril/2013

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Forno Cubilô

 

META ESCOLA TÉCNICA DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL Curso Técnico em Metalurgia Fundição II Professor Miguel

O Processo de fusão e Vazamento do metal no Forno Cubilô

Belo Horizonte Abril/2013

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Sumário 1. Introdução ................................................................................... 5 2. Características físicas e químicas do Forno Cubilô ..................... 6 2.1. Partes do Forno Cubilô .......................................................... 9 3. Matérias primas para fusão em forno cubilô c ubilô .............................. 11 3.1. Coque ................................................................................... 11 3.1.1. Fabricação do coque ......................................................... 12 3.1.2. Cama de coque ................................................................. 13 3.2. Fundentes ........................................................................... 14 3.3. Ferro Gusa ........................................................................... 14 3.4. Sucatas de aço .................................................................... 14 3.5. Ferro ligas ............................................................................ 15 4. Cuidados durante a operação do Equipamento ......................... 15 5. Carregamento ........................................................................... 16 6. Escória De Fundição ................................................................. 17 6.1. Aplicação Da Escória De Fundição ....................................... 20 6.2. Utilização De Escórias Na Construção Civil .......................... 22 7. Tipos De Ferros Fundidos ........................................................ 24 7.1. Ferro Fundido Cinzento ........................................................ 24 7.2. O Ferro Fundido Vermicular ................................................. 25 7.3. Ferro Fundido Maleável ........................................................ 26 7.4.Ferro Fundido Nodular .......................................................... 27 8. Tipos De Revestimentos Utilizados .......................................... 28 8.1. Colocação De De Revestimento Novo Novo ...................................... 29 9. Funcionamento Do Cubilô ......................................................... 30 9.1. Processo De Fusão No Forno Cubilô ................................... 32 9.2. Silício .................................................................................... 32 9.3. Manganês ............................................................................. 32 10. Sistema De Resfriamento ........................................................ 33

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11. Dessulfuração.......................................................................... 33 12. Desoxidação ............................................................................ 34 13. Processo De Remoção Da Escoria No Banho Metálico ........... 36 14. Vazamento Em Panelas .......................................................... 37 14.1. O Vazamento Do Metal Nos Moldes ................................... 38 15. Pontos Fortes E Pontos Fracos Do Processo e do Forno Cubilô ............................................................................. 38 16. Inovações Ino vações ................................................................................ 39 17. Softwares ................................................................................ 42 17.1. Ilm....................................................................................... 42 17.2. Weg .................................................................................... 44 18. Conclusão ............................................................................... 45 19. Opinião Da Equipe .................................................................. 45 Bibliografia ............................................................................... 46

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1. Introdução O forno cubilô surgiu na Inglaterra em 1794, inventado por John Wilkinson, datando aí o verdadeiro surto da indústria de fundição do ferro fundido, mas com características básicas, que foram evoluindo até chegar aos fornos modernos, de última geração e totalmente automatizados. Essa tecnologia moderna surgiu na Alemanha, desenvolvida pela GHW, após a Segunda Guerra Mundial. No Brasil, o primeiro forno cubilô moderno foi instalado 1982, na Sofunge, naquela época a maior fundição do país. Antes de adquirir esse forno, a Sofunge tinha 12 cubilôs convencionais, a maioria deles adquiridos de segunda mão nos Estados Unidos. Foi com um deles que a empresa obteve a fusão e depois o aquecimento num forno elétrico e fundiu o primeiro bloco de motor fabricado no Brasil, em 1958, para a Mercedes Benz. Anos depois a Mercedes Benz passou a ser o principal cliente da Sofunge e acabou adquirindo-a posteriormente.  A palavra cubilô procede da palavra latina “cupa”, que significa

cuba. Um forno cubilô pode ser definido sucintamente como uma cavidade revestida de refratário com as aberturas necessárias na parte superior para o escape dos gases e para a carga de materiais, e no fundo para a entrada de ar e retirada do ferro fundido e escoria. O derretimento de cúpula é reconhecido como processo de fundição mais econômico. A maioria do ferro derretida por este método. As principais vantagens são cinzento o uso deé matériasprimas de baixo custo e a grande quantidade de ferro fundido que se pode obter. Segundo Pieske (1980), é um equipamento de Fusão empregado para a produção de ferros fundidos, por meio da refusão de materiais metálicos ferrosos e funciona baseado no principio de contra corrente, ou seja, a carga metálica e o combustível possuem um fluxo contrário ao do comburente, que é o oxigênio do ar. Como combustível é empregado o coque, que é introduzido inicialmente dedas forma a constituir uma coluna de moleque) a sustentação cargas. Posteriormente sua(pé introdução se fazpara em

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porções menores, chamadas de coque de fusão, juntamente com as cargas metálicas, visando-se a substituição do coque de fusão,  juntamente com as cargas metálicas, visando-se a substituição do coque consumido pela combustão de parte do pé de coque. Custo de fusão mais significativo refere-se à carga metálica e á habilidade de processar sucata de qualidade inferior, e portanto mais barata, no forno cubilô, devido a sua ação de refino e a maior tolerância a materiais não-metálicos incluídos, o que torna o benefício considerável, particularmente para aplicações de grande peso.

2. Características físicas e químicas do Forno Cubilô

Utilizado na maioria das fundições de ferro, é um forno de cuba vertical (Figura 1). Consiste essencialmente em um cilindro de placas de ferro, revestido em seu interior com ladrilhos refratários, que é sustentado por apoios ou colunas. A parte interior do cubilô, em que se deposita o ferro fundido, denomina-se crisol. Esta parte é fechada pela chamada placa de fundo, em forma de plano inclinado, que se comunica com o exterior através de um furo, chamado alvado, destinado à extração do ferro fundido, o qual se prolonga em uma canaleta de ferro revestida de refratários pela qual se conduz o ferro líquido às colheres de colada. A placa de fundo é desmontável para permitir o fácil acesso ao interior do forno para reparos. A certa sobre níveldisposta da placaaoderedor fundododocubilô, crisol existe uma caixaaltura anular de oferro denominada caixa de vento, que serve para alimentar o cubilô com o ar necessário para a combustão do carvão. 

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sob pressão entra no interior do Cubilô através de furos, chamados canais, abertos ao longo da parede interna da caixa de vento e dispostos a distâncias de 40 a 60cm. Estes orifícios são de seção quadrada, circular ou retangular e são colocados registros para poder controlar a entrada de ar e destapá-los, para o que se fecham e pelo impedimento da entrada do ar, o calor do forno elimina o depósito de escórias. O ventilador insufla o ar na caixa

Esta caixa se comunica por meio de tubos de chapa de ferro com o ventilador e o ar

de vento a uma pressão que oscila entre 300 e 1.000 mm de coluna de água, ou seja, entre 0,03 e 0,10 Kg por cm2.

Um manômetro é colocado para poder controlar continuamente a pressão, mantendo o volume de ar admitido entre os limites requeridos. Deve-se buscar, através de um correto fluxo de ar, que a temperatura seja elevada, a fim de que o ferro saia bem fluído para a colada e para conseguir uma combustão completa do carvão, aproveitando integralmente seu poder calorífico. O excesso de ar acarreta o perigo de esfriar o ferro líquido que cai diante da zona dos canais, provocando uma purificação ou descarburação que produz fundição branca.  A potência do ventilador oscila entre 2 CV para cubilôs por volta de 450mm de diâmetro e 110 CV para grandes cubilôs, em torno de 2m de diâmetro. No crisol ou parte inferior do cubilô, entre os canais e a placa de fundo, deposita-se o ferroPara fundido, flutuando as escórias sobreum a superfície do ferro líquido. evacuar a escória dispõe-se

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orifício, chamado escoriador, situado entre o nível do alvado e o dos canais. Este orifício mantém-se constantemente aberto, a fim de evitar que as escórias alcancem o nível dos canais, provocando sua obstrução. Na parte superior do cubilô, encontra-se uma abertura lateral chamada alçapão, pela qual são introduzidas as matérias-primas para a fundição do ferro: ferro fundido, sucata, coque e calcário. O cubilô prolonga-se acima do alçapão, terminando finalmente na chaminé por onde saem os gases produzidos pela combustão do carbono e demais processos químicos que se produzem no forno. Esta chaminé tem um revestimento refratário em sua superfície interna de menor espessura que o da cuba e rodeando a boca de saída é colocada uma câmara de chapa de ferro denominada câmara de fagulhas, com o objetivo de impedir a saída destas para o exterior, com o consequente perigo de provocar incêndios. A Figura mostra os croquis de uma câmara de fagulhas, que por razões de maior segurança é provida de um dispositivo de cortina de água, com o que se elimina completamente a saída de fagulhas para o exterior.

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O cubilô da forma descrita, isto é, com um só crisol interior, apresenta a dificuldade de que quando se trata de obter grande quantidade de ferro fundido de uma só vez, é preciso esperar que se encha de novo o crisol, o que propicia uma marcha irregular. Para evitar este inconveniente, dotam-se os cubilôs com um depósito inferior exterior ou crisol externo, denominado antecrisol. Este antecrisol pode estar ligado ao cubilô ou pode ser móvel, quando é construído de forma basculante, com o objetivo de que se possa fazer a colada com maior comodidade. O antecrisol é construído de chapa de ferro com revestimento refratário e muitas vezes possuem instalação de aquecimento independente. Com este dispositivo consegue-se uma maior reserva de ferro líquido. O ferro uma vez fundido num cubilô passa imediatamente ao antecrisol, impedindo-se assim a formação de incrustações no interior do forno e obtendo-se uma colada contínua, com que se evita ter que efetuar sangrias de vez em quando, como acontece quando não se dispõe de antecrisol, representando uma grande perda de tempo.

2.1. Partes do Forno Cubilô 

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  CUBA: parte do forno compreendida do plano superior das ventaneiras até a porta de carga; (1).   CADINHO: Parte inferior do forno, desde a soleira até o plano médio das ventaneiras. É o elemento básico para o dimensionamento do forno Cubilô e tem por finalidade servir de reservatório para o ferro fundido escória; (2)   ANEL formato retangular do ou circular,OU queCAIXA envolveDE todoVENTO o forno: ede serve para distribuição ar nas ventaneiras; (3).   VENTANEIRAS: Orifícios para entrada de ar. Construídas de ferro fundido e parafusadas internamente contra a carcaça; (4).   PORTA DE TRABALHO OU DE VISITA: Está geralmente diametralmente oposta a bica de sangria do ferro fundido. Serve para possibilitar a preparação da soleira e acendimento do forno. (6)   PORTA DE CARGA: serve para da entrada aos materiais da carga. Suas dimensões dependem do tipo de carregamento: “si” ou panela de fundo falso (7)

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  CHAMINÉ: prolongamento da cuba com a finalidade de levar os gases para fora do recinto da fundição; (9).   BICA DE SANGRIA: calha de aço ou ferro fundido revestido de argamassa pela qual o banho líquido jorra para o exterior do forno; (10).   BICA DE SANGRIA DA ESCORIA: destina-se a retirada da

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escória e se As situa a 10dea escórias 15 cm abaixo plano inferior das ventaneiras. bicas e de do ferro fundido podem constituir-se num só elemento no caso de sangria continua; (11). PORTA DE CARGA: serve para da entrada aos materiais da carga. Suas dimensões dependem do tipo de carregamento: “skip” ou panela de fundo falso; (7). BICA DE SANGRIA: calha de aço ou ferro fundido revestido de argamassa pela qual o banho líquido jorra para o exterior do forno; (10). CHAMINÉ: prolongamento da cuba com a finalidade de levar os gases para fora do recinto da fundição; (9). BICA DE SANGRIA DA ESCORIA: destina-se a retirada da escória e se situa a 10 a 15 cm abaixo do plano inferior das ventaneiras. As bicas de escórias e de ferro fundido podem constituir-se num só elemento no caso de sangria continua; (11). PORTA DE DESCARGA: abertura situada na base do forno com a finalidade de retirar, por queda livre, os materiais de carga. Durante a operação é parte integrada do fundo, sustentando através da soleira, toda carga; (15). COLUNAS DE APOIO: Geralmente de ferro fundido ou perfis de aço soldados, servem de sustentações do forno; (19).

  SOLEIRA: fundo do forno feito de areia de moldar; (25).   CARCAÇA: Envoltório cilíndrico de eixo vertical, construída de chapa de aço, em seções soldadas ou rebitadas entre si;

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3. Matérias primas para fusão em forno cubilô   As matérias primas normalmente utilizadas na produção de ferros fundidos cinzentos em forno cubilô o coque, calcário, ferro gusa sucata de aço e ferro ligas. 3.1 Coque   A qualidade do coque é um dos fatores mais importantes para o êxito na marcha de operação do forno cubilô. Alterações na qualidade do coque podem promover interferências significativas na temperatura do ferro fundido na carburação e no teor de enxofre da liga fundida.

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E desejável que o coque de fundição seja de difícil combustão, de tamanho grande (80-120 mm) e de baixa reatividade. A dificuldade de combustão destina-se a evitar a queima do coque antes que o mesmo atinja a zona de combustão, o que provocaria aproveitamento inútil de coque, O tamanho do coque tem grande influência na temperatura do ferro fundido. Segundo Vallina (1998) as propriedades Físicas e químicas podem variar um pouco entre diferentes produtores, mas um coque de fundição com as seguintes especificações gerais dará bons resultado.    

       

Carbono fixo ...................... ................................. ....................... ...................87,0% .......87,0% mínimo; Matérias voláteis................ voláteis............................ ....................... ...................1,5% ........1,5% máximo; Cinzas.......... Cinzas.................... ..................... ....................... ...................... ....................10,0% ..........10,0% máximo; Enxofre.......... Enxofre..................... ....................... ........................ ...................... .................0,8% .......0,8% Máximo;

3.1.1 Fabricação do coque O coque é obtido pelo processo de “coqueificação”, que consiste,

em princípio, no aquecimento do carvão mineral a altas temperaturas, em câmaras hermeticamente fechadas, (exceto para saída de gases). No aquecimento às temperaturas de coqueificação e na ausência de ar, as moléculas orgânicas complexas que constituem o carvão mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgânicos sólidos e líquidos de baixo peso molecular e um resíduo carbonáceo relativamente não volátil. Este resíduo resultante é o “coque”, que se apresenta como uma substância

porosa, celular, heterogênea, sob os pontos de vista químico e físico. A qualidade do coque depende muito do carvão mineral do qual se origina, principalmente do seu teor de impurezas. Trata-se de um processo químico, na medida em que envolve quebra de moléculas, cujas principais etapas são: 

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  Perda de umidade: ocorre a temperaturas entre 100 °C e 120 °C e caracteriza-se pela liberação da umidade presente no carvão;   Desvolatização primária: é o entre primeiro estágio da coqueificação propriamente dita e ocorre temperaturas da ordem de

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350 °C a 550 °C, com a liberação de hidrocarbonetos pesados e alcatrão;   Fluidez: ocorre entre 450 °C e 600 °C, quando o material material se torna fluido e pastoso, devido ao rompimento das pontes de oxigênio presentes em sua estrutura química;   Inchamento: etapa que ocorre paralelamente à fluidez fluidez devido devido à pressão dos gases difundindo-se na estrutura de micrósporos do carvão. Assim sendo, a intensidade do inchamento será função da velocidade de liberação destes, através da massa fluida. É uma fase de grande importância, na medida em que deve ser devidamente controlada para evitarem-se danos aos equipamentos da coqueria; coque ria;   Resolidificação: ocorre em temperaturas próximas de 700 700 °C, °C, formando o semi-coque. Determina em grande parte a qualidade do coque, uma vez que uma resolidificação sem formação de fissuras originará um produto de elevada

resistência mecânica;   Desvolatização secundária: última fase do processo ocorre na faixa situada entre 850 °C e 1300 °C com eliminação, sobretudo de hidrogênio.  Antes de se iniciar o processo de coqueificação é necessária a preparação dos diversos tipos de carvões minerais. 

3.1.2 Cama de coque 

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  A preparação, altura e queima queima da cama de coque estão dentro dos itens salientar mais críticos operaçãoesforço de um para forno efetuar cubilô. Convém que naqualquer economias nestas fases da operação podem conduzir a custosas dificuldades na fusão.   A cama de coque deve ser de tamanho uniforme, uniforme, para permitir permitir a livre passagem do ar e um incêndio uniforme. Pedaços grandes de coque tendem a formar canais para a passagem do ar e impedir que a cama queime com uniformidade. Ao contrário, pedaços pequenos por terem maior superfície de contato se queimam mais rapidamente.

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3.2 Fundentes  Os fundentes mais comuns são o carbonato de cálcio natural, calcário ou carbonato duplo de cálcio, magnésio e dolomita. 

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  Pureza...............................................................90 a 95% de   CACO3; Enxofre.......... Enxofre..................... ..................... ...................... ....................... ..................0,3% .......0,3% ao máximo;   Tamanho.......... Tamanho..................... ...................... ....................... ...................... ..............30 ....30 a 40 mm;   Finos e pós.................... pós............................... ..................... ....................... ...............5% ..5% ao máximo; máximo;   Deve ser compacto e duro;

3.3. Ferro gusa Os ferros gusa para Fabricação de ferro Fundido são classificados segundo a especificação NBR7838. 

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  Silício (% em massa)..............0 massa)..............0 até 0,50 0,51 até 1,00 1,01 até 1,50 1,51 até 2,00 2,01 até 2,50   Fósforo (% em massa)..0,10 no máximo 0,11 até 0,25 0,26 até 0,50   Enxofre (% em massa)...0,025 massa)...0,025 em máximo máximo para todos os tipos tipos

3.4. Sucatas de aço  O emprego de sucata de aço na produção de ferro Fundidos cinzento está condicionado principalmente ao tipo de ferro fundido que se deseja obter. Para as classes de baixa resistência à tração, o equivale a dizer de elevado carbono equivalente, onde a principal característica é boa fundibilidade e boa usinabilidade, o emprego de sucata de aço como elemento de carga fica limitado em torno de 10%. Para as classes de resistência mecânica mais elevada a proporção de sucata pode atingir de 40-50% dependendo do teor de carbono final desejado e da matéria-prima disponível.

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3.5. Ferro ligas  Segundo pieske(1980) o emprego de ferro ligas na produção de ferro fundidos cinzentos tem as seguintes finalidades : 

os ao teores de de fundido certo elementos na carga metálica;   Corrigir Adicionar ferro determinado elemento que não conste nos materiais da carga;   Inocular a liga fundida com o objetivo de aumentar seu potencial de grafitização;

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 As principais ferro ligas empregados no forno cubilô para a produção de ferro fundido cinzento são ligas de ferrosilício e ferromanganês. 4. Cuidados durante a operação do Equipamento  Busca-se uma operação máxima produtividade e maior consumo de coque para se obter um gusa de qualidade tipos de cuidados a operação do equipamento.   Controlar a injeção injeção de oxigênio oxigênio pelas Ventaneiras.   Controlar a qualidade da carga   Controlar a distribuição da carga   Controlar o teor de silícios e temperaturas temperaturas constantes   A temperatura temperatura de chama 

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5. Carregamento 

O carregamento do Cubilô é iniciado com a formação do pé de coque ( coluna de de coque serve de suporte para as cargas) junto á a soleira do cadinho(fundo do cadinho), sendo posteriormente introduzido mais coque(coque de fusão), juntamente com a carga metálica, em porções menores, para substituir o que foi consumido do coque inicial.  A caçamba de carregamento coleta a carga enquanto transita no carro de transferência. A caçamba. É içada para a plataforma de carregamento e posicionamento e posicionado para acima e ao centro do forno Cubilô. A abertura lenda das portas dos fundos da caçamba livre libera o material de forma homogêneo a área de recepção da carga localizada no topo do forno Cubilô. O carregamento central assegura uma distribuição uniforme da carga: 

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  Carregamento de coque até 1m acima dos canais de ventilação aproximadamente. Coque duro, denso e resistente para evitar fragmentação e queima rápida. (Carbono fixo:90%mín.Cinzas:10%máx.Enxofre:1%máx.)   Carrega-se o ferro, com camadas alternadas de coque e fundente: formação de escórias fluida.

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6. Escória De Fundição  No processo de fusão em cubilô, certa quantidade de materiais não metálicos é gerada ou acumulada, e esta porção é denominada de escória. A cinza do coque, os produtos de oxidação, refratário consumido e todos os materiais estranhos contribuem para a formação . uma ilustração esquemática das fases  A figura da 3.5escória mostra presentes possíveis, durante a fusão e enquanto o metal permanecer liquida. As flechas indicam as reações possíveis: (1) solubilidade de gases no metal liquido; (3) e (4) trocas metal  –  escoria; (5) reações do metal com o cadinho que contém

Figura : representação esquemática da formação da escoria no cadinho durante a fusão do metal ( SIEGIEL, 1982).

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 A escória constitui-se basicamente de três componentes  componentes  Al2O3, SIO2 e CaO : 

  Alumina: proveniente do desgaste do refratário;

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  Sílica: também do refratário, da areia aderente aos materiais

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da carga e da cinza do coque; e o   CaO: provém da adição do calcário .

Normalmente as escórias são indicadas por meio de índice da basicidade que é definido como sendo a relação entre a soma dos componentes básicos e a soma dos componentes ácidos. Quando esta relação é maior do que um diz-se que a escória é básica, sendo ácida quando a relação é menor do que um. Em fornos cubilô considerar-se a relação CaO /SIO2, já que estes óxidos definem o caráter de acidez da escória.  A composição química das escórias de cubilô ácidos tem sido apresentada na literatura com valores os mais dispersos, conforme apresentada na tabela: Compostos Quantidade

SiO2  AL2O3

(%) SIEGEL (1982) 38 a 52 6 a 23

CASPERS (1999) 50 a 55 14 a 16

CaO MnO FeO

20 1,7aa44 3,6 5 15

22 aa27 2,0 3,5 0,5 a 2,0

É desejável que a escória seja fluida, assim a sua operação de extração do interior do forno não é prejudicada. A escória fluida trabalhará melhor o banho metálico, retirando os óxidos nocivos, e aglomerando as partículas estranhas, contidas no interior da massa de metal. Isto se consegue adicionando calcário e fluorita á escória, pois com a adição de calcário, que se consegue conservar, nas temperaturas de fusão do metal, a escória líquida, é assim, de fácil retirada do interior do cubilô. Estes materiais adicionados são chamados do fundentes, pois adicionados á carga conseguem diminuir o ponto de fusão da escória, aumentando sua fluidez e sua

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capacidade de refino. A maneira mais elementar de verificar se a escória está funcionando bem é a observação de sua cor. Para que se tenta uma garantia de uniformidade, é necessário retirar amostras de escória está funcionando bem é a observação de sua cor. Para que se tenha uma garantia de uniformidade, é necessário amostras de escória sempre da mesma maneira, pois ela é muito afetada pelo regime de resfriamento.  A cor considera boa é a de um verde escuro, as escórias mais escurar contêm com a frequência mais óxidos de ferro e manganês.  As escórias de cor clara indicam alta porcentagem de óxidos de cálcio de magnésio, e baixo teor de óxido de ferro. Além disso, ela é lisa compacta, apresenta-se quebradiça, rompendo-se pedaços pontiagudos e cortantes. Á medida que aumenta a presença de FeO, a escória a ter uma cor marrom até preto intenso. No caso de uma escória preta, esta atacará com maior intensidade o refratário, pois o FeO deve ser equilibrado por  Além da cor, apresentam na tabela abaixo outras características físicas das escórias: Característica a observar Fluxo Calmo  Agitado Basicidade Ácida Básica Preta Cor

Observações Viscosidade boa, operação manual Escória espumosa, operação irregular Fios longos Fios curtos Escória ruim. Condições

extremamente oxidantesoxidantes Marrom escuro Escória ruim, condições Verde garrafa Operação normal Verde tingido de Operação normal, mas com amarelo excesso de manganês Marrom Escória ruim, excesso calcário

 A análise a nálise química da escória deve ser feita para controle periódico, porém não é praticável realizar análises completas das escórias durante a marcha do cubilô.

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 Além de serem removidos os componentes não metálicos do cubilô, existe a necessidade de que a escória contenha o mínimo possível de óxidos de ferro e manganês; não prejudique o aumento de carbono e não aumente a queima de silício e manganês; ocasione a mínima incrustação de escória no refratário; e absorva enxofre.

6.1. Aplicação Da Escória De Fundição Os resíduos sólidos gerado nos processos de fundição têm-se tornado alvo de muitos estudos, em especial em países desenvolvidos, uma vez que o descarte está se transformando num complexo problema ambiental. O tratamento e a reciclagem são fundamentais, não só por uma necessidade de matéria-prima para este e outros setores, mas no sentido de atender as regulamentações ambientais estabelecidas pelos órgãos ambientais. Além disso, o mercado vem exigindo que as empresar tenham políticas de processamento, tratamento e aplicabilidade para os resíduos.  As escórias de fundição são depositadas em aterros e tratadas como resíduos industriais. Poucos estudos foram realizados com as escórias de fundição, ao contrário da areia da fundição, cujo resíduo tem sido amplamente estudado na construção civil. Sendo utilizado como matéria-prima na fabricação do cimento agregado em concreto e em misturas asfálticas. Segundo Moras (2002), as escórias de fundição, em especial de cubilô, já podem ser recicladas como cimento ou em concreto, pois os novos fornos vêm com sistema de resfriamento brusco que permite a amortização da estrutura da escória, transformando-a num subproduto de alto valor agregado, além de ser um resíduo. Porém muitas fundições brasileiras não têm conhecimento desta possibilidade e encaminham este resíduo para aterro. Tayeb (1995) estudou a possibilidade de armazenagem de energia solar em alguns resíduos industriais, tais como, escória de cobre, escória de ferro, escória de fundição, escória de alumínio e fragmentos de cobre. Quantidades iguais de material (20 kg cada) foram colocadas em coletores solares em uma mesma área. Cada coletor foi instalado sobre um suporte de ferro e conectado a um tanque de entrada e um tanque de saída para alimentar o HTF (Fluido de Calor) e descarregando-o. Os constante taques foram isolado Transferidor termicamente, garantido uma alimentação de

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temperatura e uma conservação constante da temperatura. A eficiência de armazenagem de calor de cada material foi calculada através da relação: Eficiência de armazenagem= Calor solar recuperado / Calor solar total recebido durante o experimento. Quanto ao desempenho da escória de fundição, esta demonstrou a mais baixa temperatura durante o experimento. Enquanto que a escória de ferro, a escória de319alumínio escória deenergia cobre armazenaram respectivamente J, 294,3eJ ea 225,5 J de solar, a escória de fundição somente armazenou 123,8 J. Uehara e Sakurai (1996) estudaram a aplicação da escória de fundição como substituição á gelenita no corte de metais. Através de análises químicas foi constatado que a escória de fundição possui estrutura semelhante á da gelenita (), um material amorfo utilizado como inibidor de difusão na interface da ferramenta de corte do equipamento, na tentativa de prolongar a vida útil do equipamento. Além da semelhança da composição química, a escória apresentou o mesmo desempenho no corte de metais que a gelenita. Miranda et al. (1998) utilizaram escórias de fundição de forno cubilô como matéria-prima na indústria cerâmica com percentuais de adição de 15 a 45% na fabricação da cerâmica branca (porcelana). Foram produzidas duas misturas, uma com escória moída, substituindo o quartzo da massa, e outra sem escória, composta por quartzo, feldspato, argila e caulim. A mistura com a escória apresentou maior resistência á compressão, menor absorção de água e uma coloração clara tom pastel. Os autores consideram que a escória de fundição pode ser empregada como matéria-prima na indústria cerâmica, principalmente para as cerâmicas que não exigem padrões de cor muitas claras. Ceccato (2003) avaliou o desempenho, em termos de resistência mecânica, da escória granulada de fundição como material cimentante em concretos. Diferentes teores de substituição (zero,10,30 e 50%) de escória granulada de fundição por cimento foram analisados. A autora observou que o concreto com 10% de substituição de cimento por escória granulada de fundição obteve os melhores resultados de resistência á compressão em relação aos demais teores de substituição, quando comparados à concreta referência (0%). Entretanto, os concretos com teores 30 e 20% obtiveram um crescimento resistênciade á compressão após 28 dias. Este estudo significativo evidência a da contribuição substituição

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de cimento por escória granulada de fundição, em termos de economia no consumo de cimento, visto que é possível produzir um concreto com resistência á compressão de 25mpa aos 91 dias utilizando 50% de escória granulada de fundição. O que representa uma economia de 23,8% de cimento consumido em relação à concreta referência.

6.2. Utilização De Escórias Na Construção Civil Segundo Calleja (1982), as escorias siderúrgicas começaram a ser usadas como materiais de construção na Inglaterra no final do século XVIII. As escórias siderúrgicas podem agregar valor quando empregadas na construção civil como substituição de matériasprimas em estradas, concreto e cimento. Suas possibilidades de reciclagem podem ser: a) Base e sub-base de pavimentos; pavimentos; b) Lastro de ferrovias; c) Agregado graúdo em revestimento asfáltico; asfáltico; d) Material de aterro; e) Agregados no concreto; f) Matéria-prima na produção de cimento; g) Matéria-prima para a indústria cerâmica  As aplicações práticas das escórias siderúrgicas em diversos setores da construção civil têm se tornado soluções de baixo custo, além de boa qualidade técnica. Segundo Burnier et al. (1998), o agregado siderúrgico conta com as seguintes vantagens sobre agregado pétreo (brita) a) Menor custo, já que não requer explosivos explosivos para desmonte; b) Maior resistência á abrasão, tornando o pavimento mais durável; c) Estrutura vesicular, permitindo perfeita drenagem quando utilizado em drenos e lastros ferroviários; d) Forma de grão (cúbica), que confere ótima consistência e adesividade ás misturas asfálticas. Já a brita geralmente apresenta em forma lamelar; e) Maior massa específica; resultando em economia de material no dimensionamento estabilidade.

de

contenções,

assegurando

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Dentre as escórias siderúrgicas, destacam-se as escórias chamadas de alto-forno, geradas na fusão redutora dos minérios para obtenção do ferro-gusa; as escórias de aciaria, resultantes dos processos de fabricação do aço. Dependendo dos métodos utilizados para a produção do aço, as escórias de aciaria são chamadas de escória aciaria LD, geradas durante eo refino do gusa líquidoderealizado em quando conversores a oxigênio, escórias de aciaria elétrica, quando geradas durante a fusão e refino da sucata em fornos elétricos a arco. No final do processo de fusão, tanto do ferro-gusa, quando do aço, as escórias líquidas a mais de 1500º C são vertidas em um leito, no qual solidifica. Segundo Masuero (2001), as escórias podem sofrer três tipos de resfriamento (resfriamento ao ar, controlado com água e brusco com água ou ar), gerando características físicas distintas. O uso dado ás escórias, tanto de alto-forno, quanto de aciaria, objetivando um melhor aproveitamento das suas características físicas, depende tipo de resfriamento que recebe. Como exemplo, tem-se a escória de alto-forno, que segundo Aiticin (2000), pode ser deixada resfriar lentamente de tal maneira que se cristalize principalmente na forma de melilita, uma solução sólida de ackermanita e gelenita. Quando resfriada dessa maneira, a escória de alto-forno é cristalizada e pode ser usada como material cimentício suplementar, mesmo que finamente moída. Contudo, se a escória é resfriada rapidamente quando sai do alto-forno, ela solidifica numa forma vítrea e pode então desenvolver propriedades cimentícas se adequadamente moída e ativada. De acordo com Masuero et.al. (1998), a geração mundial de escória de alto-forno é estimada em 120 milhões de toneladas para uma produção anual de 700 milhões de toneladas de aço. Dados do IBS  –  Instituto de Siderurgia (1999) informam que no Brasil são geradas em torno de 5,7 milhões de toneladas de escória de alto-forno por ano. No Brasil, cerca de 88% das escórias de altoforno são resfriadas de forma granulada. Destas, em torno de 5 milhões de toneladas são utilizados na fabricação do cimento. Segundo a NBR 5735 (1991), o conteúdo de escória de alto-forno, que pode ser moída em conjunto ou em separado, deve estar compreendido entre 35 e 70% da massa total de aglomerante, formando assim, o cimento Portland de Alto-Forno (CP lll). Quando moída em conjunto com clínquer Portland, em proporções que variam 6% ecomposto 34%, segundo a NBR 11578 (19991), formam o cimentoentre Portland com escória.

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No caso das escórias de aciaria, escórias geradas no processo de refinamento do aço, de um modo geral, possuem um uso restrito na construção civil devido a sua heterogeneidade e á presença de compostos expansivos, que são os causadores de certas manifestações patológicas quando incorporadas em pavimentos e em concretos. Porém, as escórias de aciaria têm sido aplicadas em grande escala como agregado pavimentação de agregado rodovias, sendo utilizadas tanto com base epara sub-base quanto como para misturas asfálticas. Conforme dados no IBS (2003), a geração de escória de aciaria no Brasil, em 2002, correspondeu a 3,6 milhões de toneladas.De acordo com Gumieri (2002), aproximadamente 44% das escórias LD são empregadas em lastros ferroviários, bases e sub-bases rodoviárias e 56% não possuem utilização definida, sendo estocadas nos pátios siderúrgicos.  As escórias de aciaria são empregadas satisfatoriamente em pavimentação em função de certas propriedades, tais como, boa resistência ao desgaste, resistência mecânica, excelentes propriedades de atrito e facilidade de compactação.

7. Tipos De Ferros Fundidos  O forno cubilô é um equipamento de Fusão empregado para a produção de ferro fundido, na fusão de ferro fundido, a carga é constituída geralmente de sucata de ferro fundido e de aço e o controle dos teores de carbono e silício é feito adicionando-se carbono, na forma de coque e Fe-Si.

7.1. Ferro Fundido Cinzento  Para os ferros fundidos cinzentos os teores de carbono variam entre 2,5 e 4,0%p, e os teores de silício variam entre 1,0 e 3,0%p. Um ferro fundido com um alto teor de silício (2%p Si) sofre grafitização tão imediatamente que a cementita () nunca se forma. Durante a solidificação surgem lamelas ou flocos de grafita no metal. O ferro fundido cinzento é comparativamente fraco e frágil, com ductilidade quase desprezível, quando submetido à tração, pois as extremidades das lamelas ou flocos de grafita são afiadas e pontiagudas, e podem servir como pontos de concentração de tensões quando uma tensão de tração externa é aplicada. Mas os ferros cinzentos são eficientes no amortecimento de energia

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vibracional, sendo indicados para aplicações expostas a vibrações, tais como as estruturas de base para máquinas e equipamentos pesados.

Figura: Ferro Fundido Cinzento Perlitico

O ferro fundido tem bastante dureza além de alta resistência ao desgaste é fácil de usinar e tem grande capacidade de amortecer vibrações.

7.2. O Ferro Fundido Vermicular Também conhecido como Compacted Graphite Iron(CGI), foi descoberto por acaso durante a fabricação do ferro fundido nodular. O CGItem sido produzido em componentes de geometria relativamente simples há mais de trinta anos; no entanto apenas nos últimos anos as fundições têm empregado essa tecnologia em componentes mais complexos. Possui boas características de resistência mecânica, amortecimento, tenacidade, resistência a choques térmicos, condutividade térmica e ductilidade. A junção de características tão importantes, tanto do ferro fundido cinzento quanto do ferro fundido nodular, atribui ao ferro fundido vermicular uma grande importância para aplicação industrial. Nos últimos anos ele vem sendo matéria-prima na fabricação de protótipos e blocos de motores de carros de corrida e, mais recentemente, na fabricação de motores a diesel substituindo o ferro fundido cinzento que até então era tradicionalmente utilizado.

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 As propriedades mecânicas do vermicular são superiores e possibilitam a fabricação de motores mais potentes com mesma cilindrada ou até mais compactos. Outro fator que contribui para o desenvolvimento do CGI são as rígidas normas europeias e norteamericanas de controle de poluentes. A combustão mais eficiente é uma característica dos blocos de motor fabricados com este material. A composição do ferro fundido vermicular é muito similar à do cinzento.

7.3. Ferro Fundido Maleável  É um ferro fundido obtido por meio de tratamento térmico de maleabilização do ferro fundido branco. A finalidade deste tratamento é transformar a cementita em grafita esferoidal, conferindo ao material melhores propriedades mecânicas como maior resistência limite de escoamento e ductilidade sua superfície é fraturada e apresenta coloração cinza claro.

Figura: imagem de ensaio metalógrafico do ferro fundido maleável.

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 A Associação Brasileira de Normas e Técnicas, por intermédio de suas especificações PEB-128, estabelece as condições e as propriedades que devem ser satisfeitas pelas peças de ferro fundido maleável de núcleo branco e de núcleo preto, respectivamente, para usos gerais.

7.4.Ferro Fundido Nodular    Apresenta-se na forma microestrutura como carbono livre na morfologia de nódulos, o que confere a este tipo de ferro característica mecânicas superiores àquelas do ferro fundido maleável. É obtido por modificações químicas na composição do material no estado líquido. Sua superfície de fratura apresenta coloração prateada. Ferro fundido nodular tem boa ductilidade, tenacidade usabilidade e resistência à corrosão.

Figura: imagem de ensaio metalógrafico do ferro fundido nodular.

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8.  Tipos De Revestimentos Utilizados O Forno possui certo tipo de material refratário para cada zona: 

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  Zona de Carga  – está compreendida entre a porta de carga e a zona de fusão; é revestida com tijolos do mesmo tipo do cadinho, exceto na zona em frente e logo abaixo da porta, onde é comum a utilização de peças especiais de ferro para a proteção das paredes, contra o desgaste excessivo ocasionado pelas cargas metálicas que ao serem despejadas no interior do forno, atingem as paredes do cubilô.(1)   Zona de Fusão  –  está logo acima das ventaneiras, e sua altura é variável e em geral de 1 a 1,5 metro conforme as condições de marcha do forno. É a zona de mais alta temperatura do Cubilô, e de maior desgaste do refratário. A confecção do revestimento nessa zona pode ser feita ou com tijolos sílico aluminosos, ou silicosos, ou mesmo com mistura de materiais granulados.(2)

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  Soleira: nesta região do forno a temperatura é de 150 a 200°C mais baixa que na zona de fusão e o revestimento está em contato somente com o metal fundido, escoria e coque relativamente estático, de modo que os efeitos de abrasão e temperatura não são sérios.(3)   Zona de Cadinho  – está situado logo abaixo das ventaneiras. É revestido com tijolos ácidos ou sílico-aluminosos, e este refratário é muito pouco sujeito a desgaste. d esgaste. A zona do ferro de escória e a de vazamento de Ferro, recebem peças especiais de tijolos perfurados, através dos quais se faz a retirada da escória e do metal líquido. Estas peças são trocadas com certa frequência, e podem ter formatos diversos.(3)

8.1. Colocação De Revestimento Novo O revestimento refratário: duas camadas concêntricas de tijolos, externa -> camada de enchimento, interna -> de desgaste: 

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  De desgaste: tijolos sílico-aluminosos (60% SiO2, 40%  Al2O3) bem resistentes a escórias ácidas. ácidas.   De enchi me mento nto: tijolos de qualidade inferior sem contato com escória. Na região acima do cadinho: qualidade inferior, apenas resistente a abrasão da carga metálica. Na chaminé: tijolos de argila natural proteger carcaça da ação dos gases e calor.

  Revestimentos: O revestimento refratário de fornos cubilô deve resistir:   a temperaturas elevadas;   a ação química corrosiva oriunda dos produtos fundidos.  As condições de resistência dependem essencialmente da qualidade e da uniformidade do revestimento. Fatores que afetam o nível de desgaste do refratário:   é muito importante o balanceamento químico das escórias, 

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com graus de acidez ou e basicidade corretos;

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quantidade excessiva de ar ocasiona desgaste prematuro do revestimento; a má distribuição, ou mesmo porcentagens excessivas de fundentes podem causar desgaste do refratário.

Os materiais mais comumente empregados para o revestimento original do forno cubilô são ladrilhos de argila refratária especialmente fabricados para este objetivo. Os revestimentos monolíticos são misturas de argila refratária e grog (pedaços de material refratário cozido) em proporções convenientes, apropriadamente misturadas com água e grudada na carcaça do forno. Outros tipos de refratários usados em menor extensão são as argilas que resistem a condições mais severas, mais caras, com sílica e alumina. Estes materiais são empregados principalmente na zona de fusão do forno.

9. Funcionamento Do Cubilô  Para acionar o forno, procede-se a um aquecimento preliminar, gradual, queimando lenha no crisol. Este aquecimento prévio tem por objetivo eliminar a umidade evitando com isto a deterioração do revestimento refratário. Em seguida carrega-se de coque, que deve formar uma capa que atinja o nível de 1 metro, aproximadamente, acima dos canais de ventilação. O coque a ser utilizado deve ser duro, denso e resistente, a fim deseque não possa reduzir-se a fragmentos pequenos com o que queimaria rapidamente impedindo assim o aproveitamento integral de seu poder calorífico. Seu conteúdo de carbono fixo deve ser de 90% como mínimo, a proporção de cinzas de 10% como máximo e o conteúdo de enxofre de 1% como máximo. Possui um dispositivo que forma uma cortina de água através da qual passam os gases de combustão do cubilô, apagando-se as fagulhas que possam transportar e eliminando-se desta forma possíveis riscos de incêndio. Permite a fusão contínua sem interrupções. Constroem-se muitas de forma basculante para facilitar o preenchimento das conchas e colheres de fundir.

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Uma vez quente o forno, começa-se a carregar o ferro, dispondo-o em capas alternadas com outras de coque e fundentes, que tem por objetivo a formação de escórias fluídas e facilmente fusíveis, que arrastem as procedentes do carvão. Utiliza-se geralmente pedra calcária ou carbonato de cal. A proporção de peso entre as cargas de ferro, coque e calcário é aproximadamente de 100, 10 e 3 respectivamente. O coque se queima com o ar projetado pelo ventilador, iniciando-se o processo de fundição do ferro, que cai em forma de gotasentão no fundo do crisol. Deve evitar-se que a camada de coque esteja muito baixa, a fim de que a zona de fusão do ferro não esteja muito próxima dos canais de ventilação, em cujo caso produzir-se-ia uma grande oxidação, que resultaria num aumento do conteúdo de enxofre, o que é altamente prejudicial. Neste caso, o alto conteúdo de óxido de ferro, que passa à camada de escórias, impede o efeito da absorção pelas mesas. Estando o ferro fundido no crisol, procede-se à abertura do alvado que está fechado com um tampão de argila, saindo o ferro líquido. O tampão de argila que fecha o alvado é construído em forma cônica e prepara-se com uma mescla de 80% de argila refratária e cerca de 20% de pó de carvão. Para tampões grandes utiliza-se uma composição de uns 50% de argila, 20% de pó de carvão e uns 30% de areia de moldagem. Acresce-se água e modelam-se tampões cobrindo-os depois com uma leve camada de pó de carvão para evitar salpicos, ao entrar o metal em contato com a corrente de metal líquido. 

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9.1. Processo De Fusão No Forno Cubilô   Tipos: cubilô convencional. Cubilô resfriado a água = parede d’água.  Cubilô resfriado a água = resfriado por inundação/imersão(figura 2).   Reações: 

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C + O2 --> CO2 + 8140 kcal/kg C (1) C + 1/2O2 --> CO + 2450 kcal/kg C (2)  9.2. Silício    

       

Queima de silício maior: Quanto menor a temperatura Quanto mais elevada à relação CO2/CO Quanto mais básica for à escória

Portanto numa escória ácida a silica pode ser reduzida por: SiO2(escória) + C(coque) => Si(metal) + 2CO(gás) Outros fatores:   Quanto m maior aior a altura de escória escória menor a perda de silício. silício.   Queima depende da concentração deste elemento na carga, sendo maior para os materiais com maior concentração de silício.   Para correção de silício na carga: ferro ligas c/ 10-75% Si, gusa com elevado teor de silício, CaSi e SiC.   Queima provável: gusa, retorno : 10% 10%;; FeSi 10%: 12%; FeSi 25%: 17%; FeSi 45%: 20%; FeSi 75%: 25% 

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9.3. Manganês  

  É oxidado na zona de fusão   Redução no cadinho pode ocorrer pelas reações: MnO + C => Mn + CO, 2MnO + Si => 2Mn + SiO2

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Esta é de maior incidência, e ocorrerá quanto maior for a basicidade pois a silica formada é rapidamente neutralizada pela escória. 

  A queima é maior quando o teor de Mn na carga é maior, por por exemplo: ferro gusa c/ 0,7 a 1% = 5-15%; FeMn 75% = 40%

10. Sistema De Resfriamento O tempo de uma fusão dura em torno de 6 a 8 horas. Essa duração pode ser prolongada com a utilização de um sistema de resfriamento na carcaça do forno aumentando a vida útil do revestimento. No forno Cubilô é utilizado de u tubo onde é jorrado agua no topo e percorrendo a carcaça resfriando-o (21). 

Figura: Sistema de refriamento

11. Dessulfuração O Carbureto de Cálcio é utilizado para a produção de ferros fundidos de baixo teor de enxofre, e maior valor agregado. Pode ser aplicado diretamente na carga de fornos cubilô substituindo, parcialmente, o coque metalúrgico e calcário e permitindo o uso de coque metalúrgico nacional de maior teor de cinzas, além de uma maior participação de sucata na carga metálica, implicando "maiores temperaturas de bica", aumento de produtividade e do rendimento de ligas metálicas.

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Dessulfuração: FeS+Na2CO3=Na2S+FeO+CO2 Na produção de ferro fundido nodular, é fundamental que o ferro fundido esteja dessulfurado, de modo a aumentar-se o potencial de nodularização das ligas de magnésio. É comum também a utilização em fornos de indução e, como agente dessulfurante, pode ser realizada a injeção de CaC2 através de lança refratária usandose o nitrogênio como gás de transporte, ou ainda em processos de plug poroso, através da adição direta.

12. Desoxidação  A operação de desoxidação do aço tem como objetivo eliminar o oxigênio dissolvido no banho metálico total ou parcialmente. A remoção capazes do oxigênio se dá através da adição de elementos químicos de formar óxidos de maior estabilidade e melhor solubilidade do que aqueles que retêm o oxigênio dissolvido do banho de aço liquidam, sob as condições reinantes de composição, temperatura e pressão.  A desoxidação através da adição de um elemento (Z) pode ser representada através da reação abaixo: n[z] + k[o] = (ZnOk) IV  A constante de equilíbrio para a reação acima descreve a relação entre as atividades das espécies que fazem da reação. Seda o equilíbrio entre as espécies for alterado, porparte exemplo, através adição do elemento [Z], aumentando sua concentração e atividade, a reação irá ocorrer de modo a aumentar o consumo de deste elemento, consequentemente de oxigênio também, até que o equilíbrio seja reestabelecido. Com isso, as concentrações dos elementos não serão as mesmas que antes da realização da adição, mas a razão que descreve a constante de equilíbrio será mantida.  A figura ilustra o poder de desoxidação dos elementos químicos comumente utilizados.  A eficiência na desoxidação do banho pode ser entendida pela concentração de oxigênio dissolvido que pode ser atingida através

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da adição de um elemento específico. Através da figura abaixo, observa-se que para cada tipo de oxido formado há uma faixa específica de teor de oxigênio dissolvido. Quanto menor a concentração de oxigênio dissolvido no metal liquido, maior o poder de desoxidação do elemento utilizado.

Variação da concentração de oxigênio no aço líquido a 1600oC em função da concentração de diversos elementos desoxidantes.  A escolha do elemento desoxidante deve ser baseada nos seguintes critérios: o custo do desoxidante, o poder de desoxidação e a concentração necessária, e o óxido gerado. É sempre necessário saber o óxido que será gerado através da reação de desoxidação e suas respectivas características, com o objetivo de se avaliar, principalmente a lingotabilidade, a densidade e a dureza. No caso do forno Cubilô o desoxidantes podem agir dentro do forno durante o vazamento ou em um processo único de desoxidação com Mg, Ca e outros.

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13.Processo De Remoção Da Escoria No Banho Metálico M etálico  A remoção da escoria do metal liquido e feito pela bica de sangria que se destina a retirada da escória e se situa de 10 a 15 centímetros abaixo do plano inferior da ventaneiras. As bicas de escoria e de ferro fundido podem construir-se num só elemento no caso de sangria continua. A bica sanfonada possui duas saídas do metal um inferior e outro superior, além do orifício de saída da escoria, depois do regime do funcionamento regular (cerca de 10 minutos), é tampado a saída do metal na parte inferior com um batoque feito da mesma massa de argila utilizada no refratário um macho de silicato pode ajudar na vedação da bica o metal passa a sair pelo orifício superior da bica, assim é criado um sistema de sifão que provoca a separação da escoria por diferença de densidade, tendo a escoria (11).

Figura: Bica de sangria do ferro (10), bica auxiliar (12) e bica de sangria da escória (11).

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O metal liquido e a escoria saem continuamente pela bica superior, na maioria das vezes a escoria é descartada e o metal liquido da origem as peças de fundição.

14. Vazamento Em Panelas O metal metal liquido é vazado em uma panela de chapa de aço revestida de material refratário a base de sílica, alumina e carbeto de silício. O material refratário sofre desgaste devido a um processo anterior, é feito a limpeza removendo resíduos e depois fazendo a manutenção da parede refrataria com tijolos e massa de argila misturada com cimento refratário. A limpeza das panelas de vazamento é feita para não haver inclusões de material refratário no metal liquido.  liquido. 

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14.1. O Vazamento Do Metal Nos Moldes  A operação que compreende a transferência do metal líquido do forno para o recipiente denominado “PANELA” que levará o metal

até o molde. Nesta etapa é fundamental o controle:   Da limpeza das panelas de vazamento, para não haver inclusões de material refratário na peça;   Da temperatura do metal líquido a ser vazado: se for muito baixa, a peça sairá com falhas; se for muito alta, irá provocar sinterização de areia nas peças. Para os ferros varia de 1300 a 1500 ºC e para aços de 1500 a 1700 ºC;   Da velocidade de vazamento do metal líquido: se for muito baixa, provocará defeitos de expansão da areia devido à irradiação de calor do próprio metal preenchendo o molde; se for muito alta, provocará erosão na areia do molde e 

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

consequentemente grande numero de inclusões de areia. ar eia. 15. Pontos Fortes E Pontos Fracos Do Processo E Do Forno Cubilô Embora seja considerado um forno em extinção ainda responde por cerca de 2% de todo o metal produzido  – o que equivale dizer algo como 30.000 ton./ano. Esse percentual engloba somente a produção das fundições que utilizam um único equipamento de fusão e que corresponde  –  como visto anteriormente  –  à, aproximadamente, metade das empresas cadastradas.

Entre as vantagens podemos citar:   

  Baixo Custo;   Alta flexibilidade;   Aplicações (ferro cinzento, nodular, vermicular e maleável);

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Figura: chaminé do forno, apesar de ter um custo menor o forno emite uma grande quantidade de gases poluidores. Em contrapartida o forno Cubilô é um:   

   Um fornocontrole; altamente poluente; De difícil   Produz m menos enos em relação a outros outros fornos fornos de Fusão; Fusão;

16. Inovações  A maioria dos cubilôs em funcionamento no país é simples e de pequeno porte, que podem ser desligados quando for necessário. Já os cubilôs modernos foram projetados para funcionar ininterruptamente. O segundo cubilô moderno do Brasil, com capacidade para produzir de 20 a 22 toneladas por hora, foi inaugurado em 2001, na Luk, cuja fundição ficava em Mogi Mirim (SP) e sua fábrica de freios em Sorocaba (SP). O terceiro começou a funcionar em 2005, na Teksid do Brasil, a empresa fundidora controlada pela Fiat, em Betim (MG).  Atualmente, é o maior da América do Sul, com capacidade para produzir 25 toneladas por hora. Por enquanto, só existem três fornos cubilô modernos em funcionamento no Brasil, mas os fornos cubilô são de alta capacidade de produção. O “campeão” deles,

com uma capacidade nominal de 90 toneladas por hora, foram

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vendidos para uma empresa dos Estados Unidos, mas hoje já se fala em ultrapassar a barreira das 100 toneladas. Os fornos cubilôs convencionais são equipamentos poluidores, e não era diferente com os que estavam instalados na Sofunge funcionando em sua sede na Vila Anastácio, em São Paulo. A Cetesb, o órgão de controle ambiental paulista, não demorou para exigir da empresa uma solução para o problema da poluição. A Mercedes Benz, que naquela época detinha o controle acionário da Sofunge, decidiu adquirir um cubilô moderno na Alemanha. Os cubilôs de última geração estão equipados inclusive para retirar as partículas sólidas e gasosas e para aproveitar o calor antes da fumaça ser expelida. De um total de 135 fundições funcionando com fornos cubilôs no Brasil, somente três contam com equipamentos como esse. Nos últimos anos, porém, várias empresas nacionais já pediram orçamentos para a Küttner  –  a empresa que sucedeu a GHW  – e sua implantação só depende da tomada de decisões. No total, são cerca de dez projetos em andamento, com capacidades que chegam a 40 ou 50 toneladas por hora. Esses novos projetos resultaram da expectativa criada pelo recente desempenho da indústria automobilística nacional, cujo aquecimento se refletiu na demanda de autopeças, tanto para o mercado interno quanto para o externo. O detalhe a ser considerado é que esses orçamentos foram solicitados antes da atual crise global, o que permite imaginar que esses novos investimentos devem ser postergados até que a situação fique mais definida – isto é, se eles forem realizados. r ealizados. Hoje existem em torno de 30 desses fornos em funcionamento na Europa, que são eficientes, só que têm um custo operacional superior aos dos fornos cubilôs a coque. Os pesquisadores franceses que desenvolveram o cubilô a gás tiveram de substituir as pedras de coque por esferas cerâmicas, que precisam ser continuamente aquecidas. O princípio do cubilô está no uso do coque ou, no caso dos fornos a gás, nas esferas cerâmicas que o substituem. É a esfera – seja coque ou cerâmica –, que transmite o calor à carga metálica a ser fundida.

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O coque não é um combustível puro; ele tem uma quantidade de cinzas que, por sua vez, contêm enxofre, que é prejudicial quando se trata de fazer um produto especial, o ferro fundido nodular. Nesse caso, é preciso então tirar o enxofre através de um processo externo de dessulfuração. Como o gás não tem enxofre, os fornos cubilô a gás se prestam para fazer ferro fundido nodular. Assim, os 35 fornos cubilô que existem na Europa são usados só para fabricar ferro fundido 100% nodular. Isso, porém, não quer dizer que o cubilô a gás seja melhor do que o cubilô a coque. Isso depende do tipo de metal que precisa ser produzido. Para atender a indústria automobilística, o cubilô a coque continua sendo o favorito porque ele tem condições de fazer o metal com altas temperaturas. O forno por exemplo, não consegue grande quantidade de ferro fundido em uma única vez, pois precisa esperar o enchimento do crisol para cada vazamento, proporcionando uma marcha irregular de produção. A instalação de antecrisol: O ferro fundido no cubilô passa imediatamente para um crisol externo

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O forno a gás tem um inconveniente: ao queimar o gás, ele não consegue captar todo calor gerado pela queima para mantê-lo nas esferas. Uma parte dessas calorias, o próprio gás queimado leva para a chaminé e se perde com a fumaça, que sai quente. Essas calorias vão fazer falta dentro do forno, porque o metal não sai tão quente como nos fornos a coque. Ele sai morno do cubilô e precisa ser aquecido novamente, gerando um custo adicional. Já com o coque esse problema não existe.   Operação de Cubilô com escória básica => produzir fofos fofos com baixo teor de enxofre direto do Cubilô. · condições para dessulfuração = alta basicidade, alto volume e fluidez. 

da escória, e baixo conteúdo de óxido de ferro (escória redutora), alta temperatura, porém: pode proporcionar maiores conteúdos de carbono altas perdas de silício = 25 a 40%.   Cubilô sem utilização de coque => óleo ou gás: · menos poluição 

· baixo conteúdos de C e S. · países onde coque é muito caro.   Cubilô aquecido a plasma: · redução de coque pela utilização da “tocha elétrica”  

· utilização de coque de menor qualidade 17. Softwares  Atualmente o controle de processos industriais exige sistemas de automação com elevado grau de confiabilidade e disponibilidade, uma operação clara e objetiva além de facilidade para equipes de manutenção no gerenciamento de ativos. 17.1.Ilm  A KUTTNER fornece ssistemas istemas inovadores de automação e controle de processo. Com o Sistema de Gerenciamento de Informação industrial (ilM), a lacuna entre a produção e o mundo administrativo

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foi preenchida, possibilitando a provisão e utilização de dados operacionais mais confiáveis e sofisticados.

Visualização do processo e do forno Cubilô e do sistema de limpeza de gás a seco 

  Uso de computador na operação de cubilôs:

· menor custo para o cálculo de carga, cálculos mais rápidos. · compensação de peso de metal. · pesagem automática de coque, e fluxo e carga metálica. · análise contínua e gravação da composição do gás de saída sinais de alerta são ativados quando níveis de explosão de hidrogênio são atingidos por vazamento de água. · mostrar análise química com processo estatístico e sinais de alerta quando algum elemento está atingindo o limite máximo. · indicação, gravação e controle de qualquer dado importante para manutenção ou controle.

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Forno Cubilô

17.2 Weg  A WEG fornece sistemas de controle completamente integrados que atendem essas exigências, garantem alto desempenho dos processos industriais, facilidade de operação e ganho de produtividade através de tecnologia de ponta. O sucesso da integração desse sistema está na sinergia dos produtos WEG, onde motores, drives, geradores, CCMs e cubículos são integrados com alta tecnologia.

Os sistemas fornecidos pela WEG atendem diversos ramos de atividades industriais: Energia, Mineração, Usinas de açúcar e etanol, Plantas químicas, Siderurgia, Máquinas, Papel e celulose. Soluções modernas e otimizadas para perfeita integração em todos os níveis de automação.

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Forno Cubilô

18. Conclusão Conclui-se que o forno cubilô é um reator de contracorrente ou seja com a carga decente e os gases subindo da queima do combustível nas VENTANEIRAS que sopram AR a frio ou a quente. O Forno é carregado de ferro gusa, sucata e coque que permite a obtenção, por aquecimento e reações físico-químicas, físico- químicas, ferro fundido líquido, com composição, produção e temperaturas determinadas. Seu custo de instalação é considerado co nsiderado relativamente baixo, particularmente para as fundições pequenas, sendo capaz de propiciar a qualidade apropriada do ferro, especialmente do ferro fundido cinzento. 19. Opinião Da Equipe Com a participação dos membros do nosso trabalho, conseguimos finalizar o nosso trabalho sobre o forno cubilô explorando todos os pontos solicitados pelo professor, apesar de que nos consideramos um tempo curto para realização do mesmo. O forno cubilô apesar de antigo pouco se fala sobre ele, e a maioria das informações foram obtidas através de empresas e escolas técnicas com certo custo.  Aprendemos bastante sobre o conteúdo, o forno é bem semelhante com o alto forno que estudamos nas aulas de siderurgia I, com isso tivemos uma facilidade em produzir o trabalho com o conteúdo em que nos tivemos disponibilidade sobre o forno for no cubilô.

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Forno Cubilô

Bibliografia 1. Forno Cubilô – empresa Kuttner – Catálogo. 2. Serie SENAI (FIEMG) – Forno Cubilô – Curta Metragem. 3. Fofos cinzentos de alta qualidade - CAPÍTULO 2. 4. Escória granulada de fundição utilizada como concreto substituto ao cimento em concretos: avaliação de propriedades relacionadas com a durabilidade – Juliana Soares Reaschke _ CAPÍTULO 3. 5. http://www http://www.tecnologiamecanica.com.br/ .tecnologiamecanica.com.br/ - Forno Cubilô, Fatec.org. 6. Desoxidação do Metal  – Apostila FIEMG Ed.2007.

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