Fornos eletricos Industriais

Fornos eletricos Industriais

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Forno Elé trico industrial Fornos de Indução e de Arco elétrico

Alunos: Alex Cardoso; Lucas Cassimiro. Professor: Fabricio.

1 Índice

Introdução

Você conhece os fornos elétricos industriais, eles podem ser de 2 tipos: •Por indução

•Arco

A indústria atualmente utiliza muito o aquecimento através de indução. Suas principais aplicações, no

consumo de energia (este obviamente, depende da politica energética de cada país), etc.·

campo metalúrgico são a fusão de metais e o tratamento térmico, a fim de se obter um material com características mecânicas especiais que não se pode obter em estado bruto de fundição, dentre as principais vantagens podemos citar a limpeza, a menor contaminação do material a ser fundido/tratado, o custo do Fornos elétricos de Indução

Princípio de funcionamento do forno de indução e seu sistema de controle.

O funcionamento dos fornos de indução baseia-se na indução eletromagnética.

Faraday estudou este fenômeno e concluiu que num condutor elétrico submetido a um fluxo magnético variável, surge uma f.e.m. quanto maior for à variação ΔΦ do fluxo. (Para que a variação do fluxo no tempo seja grande, é preciso que o fluxo Φ seja elevado e / ou que o tempo de variação Δt seja pequeno. Esta última condição corresponde a uma frequência elevada). Sendo muito usado para fusão de materiais condutores, formam-se nestes materiais correntes de Foucault (correntes induzidas em massas metálicas) que produzem grande elevação de temperatura. Se os materiais forem magnéticos, haverá também o fenômeno da histerese, que contribui para o aumento de temperatura.

O forno consiste basicamente num transformador com o secundário em curto-circuito e constituído apenas por uma espira. Um dos tipos de fornos é constituído por um transformador com núcleo de ferro e pode ser usado para a frequência da rede. Outros tipos não utilizam núcleo de ferro e podem ser usados para frequências mais altas.

Características físicas e técnicas do forno

Em principio o forno a indução é um transformador no qual o primário é constituído por uma bobina que é percorrida por uma corrente alternada e que induz um campo eletromagnético alternado na carga do forno a qual constitui o secundário do transformador. Mantendo-se a resistividade da carga entre determinados limites, induz-se no metal potencia elevada que aquece rapidamente a carga ate a sua fusão.

Fornos a indução podem ser classificados em:

⎫Fornos a indução com núcleo ⎫Fornos a indução sem núcleo

Os fornos a indução com núcleo são hoje em dia referencia para a fusão de metais não ferrosos se bem que encontrem também aplicação na função de ferros fundidos. Funcionam em frequência de linha e a bobina do forno é envolvida sobre um núcleo de aço laminado fechado do tipo utilizado em transformadores. O conjunto por sua vez é envolvido por uma camada refrataria e disposto de modo a se formar ao seu redor um canal de metal liquido após a fusão do banho do forno, como segue a figura:

Fornos de indução sem núcleo funcionam também segundo o principio de um transformador porem desprovido do seu núcleo magnético. O principio do transformador é constituído de uma bobina em geral construída em tubo de cobre, de poucas espiras e que é percorrida pela corrente primaria sendo refrigerada por água que circula através da mesma. O rendimento do forno de indução sem núcleo é inferior ao do forno com núcleo e varia entre 75% e 85% segundo a frequência utilizada e o metal a fundir.

O forno a indução de cadinho, é um forno elétrico, composto por um painel de comando, conectado a dois cadinhos ou três em condições especiais. •Forno 1: média frequência com dois cadinhos;

•Forno 2: média frequência com três cadinhos. O painel controla e transmite a energia elétrica aos cadinhos (um de cada vez), fundindo assim a carga metálica no seu interior. É composto por três sistemas distintos: •Circuito elétrico;

•Circuito de refrigeração (do cadinho e do painel);

•Circuito hidráulico.

O cadinho é composto pelas seguintes partes: 1. Carcaça; 2. Bobinas; 3. Refratário isolante das bobinas; 4. Refratário do fundo; 5. Papelão de amianto; 6. Refratário de trabalho; 7. Refratário da borda; 8. Tampa;

Os fornos a indução são hoje equipamentos muito importantes ao processo de fundição, sobretudo pela qualidade das peças produzidas por este processo. O fator econômico é variável, pois, depende da situação econômica e dos recursos de cada região.

Princípio de Funcionamento

O processo de fusão do forno a indução se baseia no princípio de uma corrente elétrica alternada de alta intensidade, atravessando um condutor (bobina solenoide) e que gera um campo magnético alternado a sua volta, o qual induz correntes na carga metálica, aquecendo-a diretamente. Tem-se uma bobina solenoide em torno da carga metálica. Passa-se uma corrente alternada pela bobina. Criam-se fluxos magnéticos variáveis em forma de anéis elípticos passando interna e externamente à carga. Estes fluxos magnéticos induzem correntes elétricas que percorrem a carga metálica. A carga metálica oferece resistência à passagem da corrente elétrica que por efeito joule se aquece. Detalhando-se:

Revestimento Refratário

Antes da confecção do revestimento do refratário do cadinho, é necessário a proteção da bobina com um produto que impeça a passagem do calor, ou mesmo um possível vazamento de metal líquido. Isto poderia causar um grave acidente já que a bobina é refrigerada com água que passa no seu interior. Portanto, os isolantes térmicos desempenham papel importante no contexto de economia e segurança da operação de fusão em forno a cadinho. São usados nas partes externas dos revestimentos, onde não há contato com o metal líquido. Os principais objetivos da sua utilização são resumidos em:

•Manter perdas térmicas em limites aceitáveis; •Proteger bobina do superaquecimento ou erosão provocada por infiltração do metal líquido;

•Absorver variações dimensionais do refratário. Os principais materiais utilizados como isolantes térmicos são: •Asbesto em forma de papelão. Mais usado, porém tóxico;

•Tecido de asbesto; •Fibras cerâmicas;

•Papel de micanite.

O revestimento refratário é na verdade um componente armazenador que estará em contato direto com o metal, esteja ele no estado líquido ou sólido. São monolíticos secos aplicáveis por vibração ou socagem de forma obter alta compactação. Deve resistir as seguintes exigências de trabalho: •Térmica: variações de temperatura e estabilidade volumétrica;

•Mecânica: abrasão da carga sólida e líquida (correntes de indução);

•Química: reação com a escória do banho líquido;

O fator químico que determina o tipo de refratário utilizado num dado equipamento, para uma fusão de determinada liga. Este fator químico é determinado a partir da escória provável a ser formada de acordo com o metal a se fundir. É necessário, portanto, confeccionar-se um refratário cujas reações químicas com a escória sejam minimizadas, objetivando-se diminuir a sua corrosão durante a fusão.

No caso dos ferros fundidos em que o teor de silício geralmente é levado, e, portanto, pode oxidar-se parcialmente durante a fusão, tem-se formação de escória com elevado teor de SiO2, portanto ácida. Daí a utilização de um revestimento ácido para este caso. Além disso, o revestimento de sílica (SiO2) possui um custo bastante reduzido. Alguns autores citam a desvantagem de sua grande variação volumétrica durante o aquecimento, o que pode ser minimizado, em produção continua evitando o decréscimo da temperatura a níveis inferiores a 600°C ( temperaturas de transformação de fase da sílica). Porém sua utilização é restrita para temperaturas acima de 1650ºC. Devido a reações com metais que se oxidam facilmente a altas temperaturas, onde são formados eutéticos de baixo ponto de fusão. Além disso, a refratariedade da sílica é seriamente afetada por impurezas. Aços não ligados também podem ser fabricados com este revestimento, convivendo-se com o problema da não possibilidade de utilização de altas temperaturas.

Para aços ligados, especiais, inoxidáveis e refratários, e também para a fusão de ferros fundidos, indicase a utilização de um revestimento neutro à base de alumina (Al2O3). Este material possui custo moderado e é um dos óxidos refratários mais estáveis, seja em atmosfera ácida ou redutora, podendo ser utilizado a temperaturas até 1800°C. Por isso é um revestimento utilizado para a fabricação de aços e ferros fundidos.

Para aços ligados ao cobalto e ao níquel é recomendada a utilização de um refratário básico.

Normalmente, para estes casos utiliza-se o MgO, que é um óxido básico, resistente a temperaturas inferiores a 1700°C. Em contato com óxidos ácidos, forma eutéticos de baixo ponto de fusão.

Para a fusão de cobre e alumínio geralmente utiliza-se um revestimento ácido. Alguns princípios elementares podem ser sumarizados com relação à ação química: •Ácidos e bases reagem entre si;

•A velocidade da reação aumenta com o aumento da temperatura. Conforme dito anteriormente, a reação química do refratário está muito ligada à formação de escória do banho. Para estudar-se melhor este fenômeno, ele é dividido em escórias de baixo ponto de fusão e escórias de alto ponto de fusão.

Com relação às escórias de baixo ponto de fusão, verifica-se que a baixas temperaturas (< 1400°C) existe uma tendência para a oxidação do silício do metal e o produto formado é o SiO2.

Si + O2SiO2
2FeO + Si2Fe + SiO2

Observa-se nas fusões que trabalham com baixas temperaturas em fornos a indução, o problema de excessiva formação de escória nas paredes do forno. Particularmente nas fundições que trabalham com sucata oxidante e miúda. O FeO é reduzido pelo silício do banho e se formam grandes quantidades de escória:

Esta escória se juntará à escória formada anteriormente e se depositará, juntamente com outros óxidos da própria carga, nas paredes do cadinho. Caso esta escória não seja retirada durante a fusão ela deverá ser retirada posteriormente com o forno vazio, utilizando choques mecânicos, o que na maioria das vezes afeta também o revestimento.

SiO2+2cSi + 2CO

A altas temperaturas a oxidação do silício diminui e ocorre outra reação, a do carbono com a sílica do revestimento, reduzindo-a e provocando o desgaste do refratário:

Esta reação é acelerada quanto mais elevado for o carbono e temperatura do banho. Observa-se inclusive o borbulhar do CO (gás) nas paredes do cadinho desligando-se o forno quando o metal atinge altas temperaturas. Analisando-se os teores de carbono e silício, verifica-se um acréscimo no teor de silício e um decréscimo acentuado no teor de carbono.

Conclui-se então que a faixa de temperatura ideal para se trabalhar com o forno a indução na produção de ferro fundido, seria em torno de 1500°C, pois, baixas temperaturas levariam a formação excessiva de escória e altas temperaturas a um alto desgaste do revestimento. Conclui-se também, que no caso dos óxidos de baixo ponto de fusão, como é o caso do SiO2, do MnO e do FeO, eles serão formados durante o aquecimento do banho e eliminados posteriormente quando do aumento da temperatura, portanto, não apresentam grande problema para o revestimento do forno.

Com relação às escorias do alto ponto de fusão, sua introdução se da através da contaminação da carga por bentonita da areia de moldação, a qual possui Al2O3. Outras formas de contaminação seriam teores alumínio na carga, que se oxida dando origem à mulita (3Al2O3 2SiO2). Nestes casos, é difícil e eliminação do acumulo de escoria. Pode-se utilizar fundentes comercias para eliminarem-se estas acumulações (fluorita, ou soda cáustica), porém tendo-se o cuidado de não usar excessivamente estes materiais que desgastam também o revestimento. Escórias contendo CaO e MgO, são altamente prejudiciais aos refratários de sílica, pois, diminui o ponto de fusão dos óxidos. Ligas vindas de cubilô ou de processo de dessulfuração desgastam refratários ácidos, pois, contém altos teores de CaO.

O desempenho do material refratário depende diretamente das operações de execução e sinterização.

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