O alto-forno constitui ainda o principal aparelho utilizado na metalœrgica do ferro. A partir dos primeiros fornos, dos tipos mais rudimentares, em que os gases eram perdidos na atmosfera, constantes aperfeiçoamentos tØcnicos vŒm sendo introduzidos e a capacidade diÆria paulatinamente elevada, aproximando-se, nos dias atuais, de 10.0 toneladas de ferro gusa em 24 horas.

A metalurgia do ferro consiste essencialmente na reduçªodos óxidosdos minØriosde ferro, mediante o emprego de umredutor,que Ø um material Æ base de carbono-o carvªo-o qual atua igualmente como combustível e, indiretamente, supridor do carbono para as ligas ferro-carbono de alto carbono, que sªo os principais produtos do alto-forno.

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construídos naChinadadinastia Han, no

SØculo I a.C., emboraos artefatos fØrreos encontrados neste país datem do SØculo V a.C.-o que torna possível acreditar-se que a história dos altos-fornos na China seja mais antigo do que atualmente se supıe. Estes fornos primitivos possuíam paredes de barro com grande quantidade de minerais fosfóricos.Enquanto se acreditava por muito tempo que os chineses haviam desenvolvido o mØtodo de derretimento do ferro, Donald Wagner ( mesmo autor da referŒncia anterior )

, publicou novo trabalho, o que substitui algumas de suas afirmaçıesde seu trabalho anterior. Nesta pesquisa mais recente o autor coloca a data dos primeiros artefatos de fundiçªo entre os sØculos IV e V a.C., mas tambØm cogita de evidŒncias de que o uso dos fornos de fundiçªo tenha se difundido para o ocidente. Ele sugere, tambØm, que os alto-fornos primitivos teriam se evoluído a partir dos fornos para derretimento dobronze.

EUROPA ANTIGA O ferro foi fundido pelosgregos, celtas,romanosecartaginesesda Antiguidade. Foram encontrados vestígios variados na França ( antiga GÆlia)

. Materiais encontrados na atualTunísia sugerem seu uso por ali, como tambØm naAntióquiadurante operíodo helenístico. Embora seja pouco conhecido o seu uso durante aIdade MØdia, o processo provavelmente continuou em uso.

A fundiçªo aperfeiçoada recebeu o nome deforja catalª, e foi inventada naCatalunha, na atualEspanha, durante osØculo VIII. Em vez de usar a estrutura de ventilaçªo natural, adicionou o sistema defolespara bombear o ar no interior. Isso permitiu a um tempo produzir um ferro de melhor qualidade, como aumentou-lhe a capacidade. É reconhecido que osmongescistercianos, que eram bons engenheiros e qualificados metalœrgicos, tinham conseguido produzir um verdadeiro aço, sendo considerados os inventores do alto-forno na Europa.

Os alto-fornos mais antigos conhecidos fora construídos naSuØciaocidental, em Lapphyttan, e o complexo estiveram ativos entre os anos de1150a1350. Em Noraskog, no município sueco de Järnboåsforam encontrados restos de alto-fornos datados de antes desse período, provavelmente por volta de1100. Isso constitui um fato obscuro, e serÆ possivelmente impossível determinar se o alto-forno foi desenvolvido indepentemente na SuØciamedieval, ou se este conhecimento foi-lhes transmitido de alguma forma, dasia. Estes primitivos fornos, a exemplo dos chineses,eram extremamente ineficientes, se comparados com os atuais. Era utilizado o ferro das minas de Lapphyttan para a produçªo de bolas de ferro forjado, conhecidas comoosmonds, e que eram internacionalmente comercializadas-uma possível referŒncia disso encontra-se em um tratado com Novgorod, de1203, alØm de vÆrias referŒncias certas nas contas alfandegÆriasinglesasentre osanos de1250a1320. Foram tambØm identificados fornos dos sØculos XIII a XV naWestphalia.

Podem ter sido tambØm transmitidos os conhecimentos dos avanços tecnológicos promovidos pelaOrdem de Cister, inclusive do forno de produçªo do aço. Um alto-forno medieval e o œnico identificado fora da Inglaterra, e que se acreditou conter avanços semelhantes aos alto-

fornos modernos) foi identificado por Gerry McDonnell, arqueometalœrgico da University of

Bradford.Ela localizava-se emLaskill, uma estaçªo externa da Abadia de Rievalux, produtora de aço. Sua data, entretanto, nªo Ø precisa; ela certamente nªo sobreviveu à dissoluçªo dos monastØrios, promovida na dØcada de1530porHenrique VIII-razªo pela qual esse conhecimento nªo se espalhou para alØm de Rievaulx.A data de operaçªo do forno nªo apenas nªo estÆ clara, como tambØm Ø possível nªo haver sobrevivido por muito tempo, de acordo comregistrosdo Conde de Rutland, em1541.

Como se vŒ, trata-se de uma estrutura cilíndrica, de grande altura, que compreende essencialmente umafundaçªoe oforno propriamente dito. Esta, por sua vez, Øconstituída de trŒs partes essenciais: cadinho, rampa e cuba. CADINHO

O cadinho corresponde Æ parte do alto-forno onde se acumulam o metal fundido e a escória, resultantes das reaçıes que ocorrem no seu interior. O cadinho tem forma cilíndrica e Ø construído em chapa grossa de aço, com revestimento interno de material refratÆrio de natureza sílico-aluminosa ou de blocos de carbono. Entre a chapa de aço e o revestimento refratÆrio sªo colocadas placas retangulares de ferro fundido, contendo no seu interior tubosde Ægua, por onde esta circula, promovendo o resfriamento e proporcionando, assim, melhor condiçªo do material suportar as temperaturas elevadas que ocorrem nessa regiªo e as pressıes devidas ao peso da carga. O diâmetro do cadinho, dependendo da capacidade do forno, pode ser mais ou menos igual ou maior que 10 metros. A altura do cadinho supera frequentemente 4 metros.

Na parte inferior do cadinho, acerca de 1m do fundo, situa-se o furo de corrida do gusa, o qual, durante a operaçªo do forno, permanece fechado com massa refrataria colocada sob pressªo e,porAcima do furo de corrida do gusa, a cerca de 2,0 a 2,40m do fundo , situam-se os furos de corrida de escória, geralmente em nœmeros de dois.

Na parte superior do cadinho, a cerca de 3,25m do fundo situam-se as ventaneiras , atravØs das quais Ø soprado ar prØ-aquecido e sob pressªo.O nœmero de ventaneiras, de formato cônico, construídas de cobre e refrigeradas a Ægua, varia de 20 a 32.

A rampa tem formato tronco-cônico; suas dimensıes variam desde o diâmetro do cadinho atØ 10,5 ou mais, com altura que pode superar 4m. A rampa corresponde Æ zona, de certo modo, mais quente: aí a espessura do refratÆrio Ø menor que a do cadinho, exigindo, em conseqüŒncia, um resfriamento externo mediante o empregode placas metÆlicas por onde circula a Ægua. A inclinaçªo da rampa Ø da ordem de 80 a 82” em relaçªo Æ horizontal,

A cuba, tambØm de forma tronco-cônica, tem a seçªo menor voltada para cima, no topo ou goela. Sua altura, apartir da rampa, pode superar 25m.

Em conseqüŒncia, a altura do alto-forno, compreendendo o cadinho, rampa e cuba, a partir do fundo do cadinho, supera 30m, aos quais devem juntar-se cerca de 4,5 a 5,0m do fundo de cadinho ao piso do chªo.

O diâmetro superior da rampa, na sua junçªocom o topo, Ø de aproximadamente 7,25 a 7,50 metros.

A cuba Øconstituídade revestimento de tijolos refratÆrios de grande espessura, devido ao desgaste, essa espessura Ø maior no inferior e vai diminuindo atØ chegar ao topo.

No topo do alto-forno situa-seo sistema de carregamento( fig.6 )

. O sistema de carregamento mais comum Ø chamado ?copo e cone ?, como a figura mostra. Ele Ø constituído de uma tremonha de recebimento de carga, ligada ao silo ou tremonha superior rotativas, cujo fundo corresponde ao sinoou cone pequeno; esta pode ser movimentado por um sistema de alavancas.

A tremhonha de recebimento descarrega a caraga no silo ou tremonha rotativa, uma vez feita a descarga, o cone pequeno abre-se e descarrega o material na tremonha inferiora, cujo fundocorresponde ao sino ou cone grande.

Após ter carga suficiente na tremonha inferior, abre-se o cone grande quedespejao material no interior do forno.Isto sóØfeito quando o cone pequeno esta fechado para evitar a fuga de gases, estes saem pelos tubos desaídanormalmentea 90” um do outro que secomunica com tubos de ascensªo de gases.

O alto-forno tem um sistema de limpeza cujo Ø composto pelos seguintes acessórios:

-Coletor de poeiras, cuja a funçªo Ø recolher a grandequantidade de poeiras carregadas no gases. Num alto-forno de 1.600t/dia de ferro gusa, a quantidade de poeiras arrastada pelos gases situa-se em torno de 100t/dia.O gÆs penetra no coletor pela sua parte superior, cuja forma Ø tronco-cônica. A parte centraldo coletor Ø cilíndrica e a poeira Ø retirada por meio de carrinhos. O gÆs Ø, em seguida, dirigido para oslavadores.

-Lavadores, que empregam, atualmente, um precipitador eletrostÆtico, o qual permite a geraçªo de um campo elØtrico que ioniza as partículas de pó, atraindo-os para as paredes do parelho. Daí sªo levadas ao fundo, por intermØdio de uma camada de Ægua que escorre pelas paredes.

-Regenerador decalor,Finalmente, o acessório mais importante corresponde Æs estufas ou regeneradores de calo. constituído de uma câmara de combustªo em que o gÆs do alto-forno Ø queimado juntamente com ar. Ao atingir a cœpula do regenerador, o gÆs muda de direçªo e atravessa, no sentido descendente, a outra seca do regenerador, ou seja,uma câmara de empilhamento de tijolos refratÆrios, cedendo calor aos tijolos que atingem temperaturas da rodem de 1.400”C, após cerca de1he30min.Uma vez atingida essa temperatura, interrompe-se, por intermØdio de vÆlvulas, a entrada de ar e gÆs na câmara de combustªo e promove-sea entrada de ar sob pressªo, pela parte inferior da câmara de empilhamento.

O ar, ao atravessar os tijolos aquecidos, vai-se aquecendo, muda de direçªo ao chegar à cœpula do regenerador e desce pela câmara de combustªo atØ atingir o terço inferior desta,de onde sai para o alto-forno, atravØs da vÆlvula de arquente.

O gÆs queimado Ø dirigido Æ chaminØ, colocada perto do regenerador, de modo a reduzir a um mínimoa perda detriagem.Normalmente um alto-forno Ø equipado com trŒsregeneradores.

A operaçªo do alto-forno Ø iniciada depois de ter passado pelo processo de secagem e preparo.Preliminarmenteos regeneradores sªo aquecidos previamente, de modo que um dos meios de secar o alto-forno consiste em soprar-se ar quente dos regeneradores,atravØsdas ventaneiras, durante 10 a 15 dias, atØ que a temperatura em torno de 600”C seja alcançada. Outro mØtodo de secagem Ø a queima de carvªo de madeira ou coque.

A primeira carga de matØria prima apresenta uma proporçªo maior decoque para acelerar o aquecimento do revestimento refratÆrio, assim como para formar uma quantidade maior que a normal de escória. medida que a combustªo do carvªo progride, a proporçªo dos vÆrios elementos constituintes da carga Ø modificada atØ atingir-se a normal. Essacarga,em outras palavras, Ø modificada em funçªo da qualidade das vÆrias matØrias-primas, inclusive se utiliza apenas minØrios de ferro ou igualmente ?sinter ᤀ ou ?pelotas ?.

AlØm da carga sólida, a quantidade de ar necessÆria Ø muitoelevada da ordem de 2000 a 25000t por 1000t de gusa; do mesmo modo a Ægua de refrigeraçªo, num alto forno moderno, Ø da ordem de 20m3/t de gusa líquido e o consumo de energia para o acionamento dos vÆrios dispositivos elØtricos de carregamento, queimadores, precipitadores, controles etc. Ø da ordem de 10kWh/t de gusa líquido.

Num alto forno, existem duas correntes de materiais responsÆveis pelas reaçıes que se verificam: uma corrente sólida, representada pela carga que desce paulatinamente e uma correntegasosa que se origina pela reaçªo de carbono do carvªo com o oxigŒnio do ar soprado pelas ventaneiras, que sobe em contracorrente.

A carga introduzida pelo topo, ao entrar em contato com a corrente gasosa ascendente, sofre uma secagem, inicialmente, pela remoçªo da Ægua higroscópicae,a seguir, remoçªo da Ægua de hidrataçªo, remoçªo essa que se completa somente por volta de 500”C.

A formaçªo de escória compreende reaçıes bem maiscomplexas.Essa escória, resulta da combinaçªo do CaO e do MgO do calcÆrio com a ganga do minØrio e as cinzas do carvªo.A escória se origina, na sua quase totalidade, ao ser alcançada a rampa, a cerca de 1200”C.

Esse produto caracteriza-se por suagrandefluidez e seu baixo pesoespecífico.Assim no cadinho, a escória ea gusalíquidaseparam-se por gravidade, formando duas camadas: a inferior, metÆlica e a superior, a escória, facilitando o vazamentode ambos os produtos.

O principal produto do alto-forno Ø o ferro gusa, cuja utilizaçªo Ø feita nas aciarias, para onde Ø encaminhado no estado líquido e transformado emaço.O ferro fusa Ø ainda utilizado no estado sólido como principal matØria-prima das fundiçıes de ferro fundido.

HÆvÆrios tiposde ferro gusa, basicamente, Ø uma liga ferro-carbono de alto teor de carbono e teores variÆveis de silício, manganŒs, fósforo e enxofre, devidoàsmatØrias-primas utilizadas e o processo de produçªo.

Deum modogeral, a maioria dos ferros gusas possíveis de serem obtidos em alto-forno estÆ compreendidana seguinte faixa de composiçıes:

A escória tambØm Øum produtodo alto-forno, depois de solidificada pode ser empregado como lastrode ferrovias, material isolante,etc.Sua mais importante aplicaçªo dÆ-se na fabricaçªo do chamado ?cimento metalœrgico ?.

Oalto-forno Ø um dos mais usados aparelhos para a produçªo de ferro-gusa líquido, assim podendo aproveitar a escória na produçªo de cimento, os gases do alto-forno atualmente nªo mais despejados naatmosfera. Um alto-forno moderno tem uma produçªo muito alta.

Tecnologia Mecânica,Vol. I-Materiais de construçªo Mecânica. Autor: Vicente Chiaverini.

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