sobre forno cubilo

sobre forno cubilo

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10. BIBLIOGRAFIA:

descrição e considerações gerais fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 01-116) e ASM Handbook, casting, volume 15, p. 631 características dimensionais fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 01-116 variáveis de operação fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 01-116 operação do cubilo fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 26-39) perturbações na operação do cubilo fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 40-4 elementos no forno cubilo fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 45-57. ASM Handbook, Casting, Volume 15, pág. 388.

matérias-primas para fusão no cubilo fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 58-6) controles na produção de fofo cinzento fofos cinzentos de alta qualidade, CAPÍTULO 2, p. 67-7. ASM Handbook, Casting, Volume 15, pág. 388.

9. ALGUMAS OBSERVAÇÕES SOBRE INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NA PRODUÇÃO DE FOFOS VIA CUBILO

- Operação de Cubilo com escória básica => produzir fofos com baixo teor de enxofre direto do cubilo.

• 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%

- Uso de computador na operação de cubilos: • 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.

- Outros: - Cubilo sem utilização de coque => óleo ou gás

• menos poluição

• baixo conteúdos de C e S

• países onde coque é muito caro.

- Cubilo aquecido a plasma • redução de coque pela utilização da “tocha elétrica”

• utilização de coque de menor qualidade

8.5 prova de coquilhamento

- método muito empregado para controlar a obtenção de fofos cinzentos.

- esta prova consiste em se fundir um corpo de prova que solidifique sob diferentes velocidades de resfriamento (forma e/ou dimensão).

- obtenção de região de fofo branco, fofo mesclado e fofo cinzento.

- a análise é feita em função da altura de coquilhamento claro (fofo branco) e altura de coquilhamento total (branco mais mesclado)

- em função disto pode se ter uma idéia da estrutura esperada

- altura muito elevada: pode-se diminuir adicionando FeSi (70-80%Si) granulado na panela => principais causas: C ou Si baixos ou ferro oxidado.

- altura muito baixa: difícil elevá-la no cubilo

C ou Si muito elevados solução atenuante: adição na panela de baixos teores de Cr.

- Nas folhas entregues em aula apresenta-se os diferentes tipos de corpo de provas para controle de fofo cinzento:

a) c.p. em cunha, b) c.p. coquilhado, c) c.p. especiais. - c.p. em cunha são fundidos em moldes de areia.

- c.p. coquilhado, metal vazado em molde de areia com uma das faces metálicas (coquilha => fofo, aço, grafita ou cobre).

- Nenhum tipo funciona para todas as classes:

• aqueles que funcionam bem para fofo de alto grau de nucleação se solidificam totalmente em fofo branco quando usado para o controle de banho líquidos de baixo grau de nucleação e vice-versa.

- cuidados para o controle da prova de coquilhamento: a) material do molde => sempre o mesmo c/ mesmas características. b) uso de coquilha => sempre na mesma temperatura, isentas de oxidação, limpas, e mesmo acabamento superficial. c) desmoldagem => depois de totalmente solidificado.

8. CONTROLES NA PRODUÇÃO DE FERROS FUNDIDOS CINZENTOS

Importante para se obter boas propriedades mecânicas e físicas no fofo.

8.1 análise química - controle químico das matérias-primas empregadas.

- no fofo comum, elementos principais: C, Si, Mn, S, P.

- sistematicamente: C e Si => • controle durante corrida

• via análise térmica => determinação de carbono equivalente e analisador de carbono (LECO) = C, e via a seguinte fórmula o Si:

8.2 pirometria

- Controle de temperatura do fofo na bica de sangria, durante inoculação e no vazamento alterações de temperatura indicam alterações na marcha de fusão e provável modificação da composição do fofo.

- tipos: pirômetro ótico. pirômetro de imersão (mais precisa, mas mais cara).

- exame micrográfico => controle da morfologia (forma, tipo, tamanho)

8.3 metalografia (controle de fabricação) da grafita eventual microporosidade e inclusões c/ ataque => estrutura da matriz. - exame macrográfico => tamanho da células eutéticas (pouco usado).

8.4 ensaios mecânicos

- ensaio de dureza => mais comum (não-destrutivo) => no mesmo local. - ensaio de tração.

- teor de silício => 8 faixas padronizadas: de 1,01 a 3% - dentro destas faixas, outros elementos podem variar como Mn, P (5 faixas), e S (duas faixas). - gusa de baixo teor de S (< 0,025%) = de alto forno a carvão vegetal => quando se quer fofo de alta resistência a tração. - propriedades mecânicas inferiores => gusa com teores de P mais elevados.

- fofo de matriz predominantemente ferrítico => gusa de baixo teor de Mn.

- gusas diferem-se no aspecto físico:

• gusas vazados em areia = quantidade de impurezas, areia e escória maior que aqueles vazados em coquilha.

- lingotes de 35kg.

7.4 sucata de aço

- classes de baixa resistência a tração, ou seja, carbono equivalente elevado => boa fundibilidade e usinabilidade => máximo de sucata = 10%. - classes de resistência mecânica elevada => 40 a 50% de sucata, dependendo do teor final de carbono e de matéria-prima disponível. - em média é de 20%

7.5 ferros ligas

- finalidades: • corrigir os teores de certos elementos na carga metálica.

• adicionar ao fofo determinado elemento que não venha com a carga.

• inocular a liga fundida com o objetivo de aumentar seu potencial de grafitização.

- FeSi e FeMn = principais.

- adicionadas na carga (de menor concentração de elemento de liga, menor queima),

no ante-cadinho ou na panela de vazamento (nestes o de maior concentração de elemento de liga, menor perda de temperatura/menor quantidade de Fe-liga).

- Zn e Cd: altamente reativos, geralmente são completamente volatilizado, aparecem então no pó (chaminé), aumenta o custo para disposição deste resíduo sólido.

- Pb e Bi: podem causar efeitos danosos para a grafita e propriedades do fofo. Alto Pb pode tornar efluentes coletados com resíduos perigosos.

- Al, Zr, Ti: oxidado para a escória. Mas Al pode causar absorção de hidrogênio e tendência a porosidade por gás.

7. MATÉRIAS-PRIMAS NO CUBILO 7.1 coque

Interferência na temperatura do fofo na carburação no teor de enxofre da liga

Características importantes do coque: - teor de cinzas, teor de enxofre, teor de matérias voláteis, teor de carbono fixo, e resistência mecânica. Mais alto =>maior poder calorífico>maior a carburação.

7.2 calcário

- abaixar a temperatura de fusão da escória (escorificação das cinzas do coque, pedaços de refratário, areia de retorno)

composição da escória primária: SiO2 =47 - 54%
Al2O3 =3 a 48%

- calçáreo => CaO => promove fluidez na escória

7.3 ferro gusa

- especificação EB - 84 ABNT GFF1, GFF2, GFF3, GFF4, GFF5, GFF6. - teor de C varia de 3,2 a 4,6% dependendo do teor de Si.

6.4 Fósforo

- em forno cubilo ácido não há desfosforação (pré-requisito = escória básica e oxidante, e alta temperatura).

- todo fósforo na carga estará presente no fofo portanto a matéria-prima deve ser rigorosamente selecionada.

- ao se desejar alto fósforo: adiciona-se Fofo de alto fósforo, ou FeP c/ 18-24% P = rendimento de 100% de absorção

6.5 Enxofre - introduzido no fofo principalmente pelo coque.

- elevado teor causado por: • elevada percentagem de coque de fusão.

• elevado teor de S no coque.

• elevada quantidade de sucata de ferro fundido.

• baixa quantidade de calcáreo.

• baixo teor de manganês no fofo.

• elevada viscosidade da escória, em face de baixas temperaturas ou composição inadequada.

• tempo de reação insuficiente entre o ferro e a escória.

• elevados teores de óxido de ferro na escória.

- mais eficiente dessulfurante CaCO3 => produz CaS na escória

- Calcáreo no cubilo ácido, normal = 30 a 35% pode-se elevar esta quantidade para favorecer a dessulfuração, mas até níveis que não prejudiquem a fluidez e não cause desgaste excessivo de refratário.

- Outro agente dessulfurante: carbureto de cálcio de baixo ponto de fusão (72% CaC2 e restante de CaO): pto de fusão de 1650°C.

6.6 Controle de Elementos Traços Geralmente presentes na sucata de aço utilizada:

6.1.6 Influência do Tipo de Coque na Carburação - coque: responsável pelo fornecimento de carbono par ao ferro

- existem coques que promovem alta e baixa carburação

- definição via teste de carburação:

• fusão experimental, com carga metálica de baixo grau de saturação (Sc = 0,3 ou 0,4) para determinar-se a absorção de carbono pelo ferro líquido.

6.2 Silício

- queima de silício maior: • quanto menor a temperatura

• quanto mais elevada a relação CO2/CO • quanto mais básica for a escória

Portanto numa escória ácida a silica pode ser reduzida por:

SiO2(escória) + C(coque) => Si(metal) + 2CO(gás) Outros fatores:

• quanto maior a altura de escória menor a perda de 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.

6.3 Manganês - é oxidado na zona de fusão

- redução no cadinho pode ocorrer pelas reações: MnO + C => Mn + CO

2MnO + Si => 2Mn + SiO2 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 exemplo: ferro gusa c/ 0,7 a 1% = 5-15%; FeMn 75% = 40%

6.1.1 influência da temperatura:

- Dissolução do carbono no fofo é endotérmica - Formas de absorção de carbono:

• lavagem e arrancamento de partículas de C (do coque), que parcialmente são dissolvidas pelo fofo líquido.

• reação química de dissolução das gotículas do material fundido diretamente com o carbono (do coque).

• pelo monóxido de carbono (CO).

6.1.2 Influência da altura do cadinho:

- maior caminho a ser percorrido pela liga fundida, maior a carburação pois é maior o tempo de contato entre fofo líquido e coque incandescente. - a carburação já ocorre acima da linha das ventaneiras e não só no cadinho.

6.1.3 Influência da escória na carburação:

- película de cinza (sobre o coque) e película de FeO sobre as gotículas de ferro dificultam a carburação

- Esta resistência a difusão pode ser diminuída por uma escória de alta basicidade => dissolve a cinza ácida do coque e o filme de FeO.

- após as reações acima a escória resultante torna-se ácida no equilíbrio.

6.1.4 Influência da composição inicial da carga metálica na carburação:

- elementos dissolvidos no ferro podem aumentar ou diminuir a capacidade absorção de carbono.

6.1.5 Influência do Regime de Sangria

- em função do tempo de permanência do banho líquido no cadinho. Regime intermitente promove maior carburação que contínuo

5.3 solidificação de ferro fundido no furo de sangria:

Também chamado de congelamento na bica de sangria, por baixa temperatura do ferro => usar tijolo com dois furos, abre-se então o de cima ou dique de coque c/ vara de aço, jato de cima toca no ferro solidificado em baixo e o dissolve. Ou ainda, mangueira (oxigênio) mais cano de aço grudadas, são aquecidas na entrada da ventaneira, com ar desligado, e coloca então na bica congelada, a oxidação da ponta da lança libera calor e dissolve o fofo solidificado.

5.4 coroa de escória:

Solidificação de escória acima do plano médio das ventaneiras - alterar composição de escória.

5.5 vazamento de fofo pela soleira:

Vazamento pela porta do fundo, soleira mal secada. Percebido a tempo, pode-se colocar um tampão de argila, depois de retirar todo fofo líquido do forno.

5.6 desgaste excessivo do refratário:

Nota-se pela temperatura da carcaça (600 a 800 oC), e pela sua oxidação. ocorre na acima das ventaneiras - região de maiores temperaturas.

6. ELEMENTOS QUE VARIAM NO CUBILO

- ocorre geralmente um aumento do teor de carbono do fofo liquido em relação ao

6.1 Carbono adicionado na carga => CARBURAÇÃO.

- na fusão, gotículas de ferro líquido, gotejam sobre o coque incandescente , atravessam a camada de escória e se concentram no cadinho por entre a camada de coque. Teor influenciado por:

temperatura no interior do forno - maior/ maior carb. altura do cadinho - mais alto/maior carb. composição e viscosidade da escória - maior basicidade composição inicial da carga regime de sangria - regime contínuo/ menor carb. tipo de coque - depende do tipo

- Em caso de mudança de composição há o risco de perda do ferro intermediário. O seguinte procedimento pode evitá-lo:

• desligar o ar assim que cessar o gotejamento de ferro em frente as ventaneiras; • abrir as vigias;

• retirar todo o ferro fundido (fechar o forno somente quando aparecer escória);

• repor o pé de coque, em função da nova carga;

• carregar o forno com nova carga;

• fechar vigias e ligar o ar;

• após 15 a 20 min pode-se proceder a primeira sangria.

4.10 Fim de jornada e paradas

Quando cessa o gotejamento: • ar desligado

• vigias abertas

• sangra-se o restante do ferro líquido e a escória.

• abrir forno pela porta de descarga operação perigosa => risco de queimadura por respingos de metal e escória (maior perigo piso úmido).

• apaga-se carga com jato d’água

• resfriamento do forno por 1 dia, depois reparos

• no caso de um só forno, pode ser resfriado com água, mais rápido, sem efeitos drásticos para o refratário.

5. ALGUMAS PERTURBAÇÕES QUE PODEM OCORRER DURANTE A OPERAÇÃO DO CUBILO

5.1 engaiolamento: • carga na cuba

• vazio abaixo da carga

• queda brusca de pressão do ar

• queima excessiva do coque

• ferro sólido no nível das ventaneiras solução: fecha e abre válvula de ar rapidamente ou, fechar ar, abrir vigias, forçar descida da carga com barra de aço tamanho de carga menor

5.2 sopro frio:

material não fundido em frente às ventaneiras causado por pouco coque, ou excesso de ar ocasiona aumento da capacidade de fusão, abaixamento da temperatura elevada oxidação. Solução: carregar coque intermediário; reduzir quantidade de ar.

tabela: características das escórias de cubilo.

condições oxidantes extremas: excesso de ar ou falta de coque de fusão, queima de C, Si, Mn, e elementos de liga, e escória espumosa/espumante.

Fatores que influem na oxidação excessiva:

• ar em excesso e baixa quantidade de coque de fusão.

• plano de ventaneira muito baixo, ou ventaneiras com excessiva inclinação.

• nível de escória muito alto, sopro de ar dentro da escória.

• sucata de aço muito fina ou excessivamente oxidada.

• muita sucata para o tipo de forno.

• escória preta <=> ferro ainda quente, operando-se acima da faixa ótima (diagrama reticular).

Obs.: escória preta, normalmente ferro frio => enxofre alto, bolhas e porosidades nas peças.

4.9 Mudança do tipo de ferro fundido

- operacionalmente, mais fácil produzir um só tipo durante uma jornada do cubilo. - em caso de mudança, mesmo ferro base por pelo menos 1 hora.

- em caso de mudança, primeiro produzir ferros de maior qualidade, ou seja, com menores teores de P e S.

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