1. SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA SOCIESC CADINHOS PARA FUNDIO Textos e ilustraes: Morganite do Brasil Industrial Ltda e Carbosil Industrial Ltda. Edio e montagem: Iber Roberto Duarte Escola Tcnica Tupy e Instituto Superior Tupy JOINVILLE AGOSTO/2008

2. 2 SUMRIO 1 INTRODUO .................................................................................................... 3 2 HISTRICO ........................................................................................................ 4 3 O CADINHO........................................................................................................ 5 4 PROPRIEDADES DESEJVEIS ........................................................................ 5 5 COMPOSIO DO CADINHO ........................................................................... 6 5.1 CARBETO DE SILCIO LIGADO A CARBONO............................................... 6 5.2 GRAFITE LIGADO CARBONO .................................................................... 7 5.3 GRAFITE-ARGILA........................................................................................... 7 6 A ESCOLHA DO CADINHO ............................................................................... 7 7 INSTALAO E PARTIDA................................................................................. 8 7.1 CUIDADOS NO FORNO ELTRICO A RESISTNCIA................................... 8 7.2 CUIDADOS APLICADOS A TODOS OS TIPOS DE FORNOS ....................... 9 8 FORNOS A LEO OU GS ............................................................................. 10 8.1 CUIDADOS E DIMENSIONAMENTOS.......................................................... 10 9 ABUSOS E CONSEQUNCIAS ....................................................................... 13 9.1 NATUREZA DO CADINHO............................................................................ 13 9.2 ARMAZENAGEM........................................................................................... 14 9.3 TRANSPORTES............................................................................................ 15 9.4 APOIO ........................................................................................................... 15 10 PROBLEMAS MAIS FREQUENTES ................................................................ 16 10.1 DANOS MECNICOS ................................................................................... 16 10.1.1 Encunhamento de Cargas ........................................................................... 17 10.1.2 Trincas Devido a Pancadas......................................................................... 18 10.1.3 Quebras devido a expanso do metal ......................................................... 18 10.1.4 Danos causados por tenazes ...................................................................... 19 10.1.5 Limpeza ....................................................................................................... 20 10.1.6 Descascamentos (Spalling) ......................................................................... 21 10.2 ATAQUE QUMICO ....................................................................................... 21 10.2.1 Cuidados com a escria .............................................................................. 22 10.2.2 Regras bsicas ao se utilizar fluxos............................................................. 23 10.3 OXIDAO.................................................................................................... 24 REFERNCIAS........................................................................................................ 27 3. 3 1 INTRODUO A Morganite do Brasil Industrial Ltda. e a Carbosil Industrial Ltda. so empresas do Grupo Morgan da Inglaterra que gera tecnologia h 138 anos , est presente em 35 pases com mais de 150 empresas. No Brasil a primeira fbrica da Morganite foi fundada em 1958 e conta hoje com 4 divises. Nestas fbricas, alm dos cadinhos, so tambm fabricados produtos de alta tecnologia com aplicaes nos mais variados seguimentos industriais, tais como massas para tamponamento de altos fornos e para canais de corrida de ferro gusa, fibras cermicas, refratrios, equipamentos e lubrificantes especiais. A linha de cadinhos Salamander produzida com a tecnologia Morgan, reconhecidamente a mais avanada tecnologia de cadinhos e refratrios no mundo. A Morgan Crucible Company detm hoje cerca de 70 % do mercado mundial de cadinhos. 4. 4 2 HISTRICO Os cadinhos esto entre os artefatos mais antigos produzidos pelo homem. Os primeiros relatos que descrevem a utilizao de cadinhos para fuso de metais datam de 9.000 A.C. Sua histria est relacionada Idade do Bronze quando o homem aprendeu a trabalhar e refinar os metais. Os primeiros cadinhos eram feitos a base de argila misturada a fibras vegetais para conferir uma maior resistncia mecnica. Este processo de produo dos cadinhos no teve grande evoluo at o sculo 18, quando se passou a adicionar carbono amorfo argila, para conferir duas importantes caractersticas aos cadinhos; resistncia ao choque trmico e maior condutibilidade trmica. Em 1820 desenvolveram um cadinho melhorado que continha grafite natural (plumbago) ligado com argila refratria. O grafite possui alta condutibilidade trmica, quimicamente estvel e altamente refratrio. Somando, portanto, todas as propriedades ideais para um cadinho. Esta evoluo levou a um aumento na vida til dos cadinhos. Outro grande avano na tecnologia dos cadinhos correu em 1935 com a introduo do carbeto de silcio na composio da estrutura oferecendo ganhos ainda maiores na resistncia ao choque trmico, oxidao, condutividade trmica e no ataque qumico. 5. 5 3 O CADINHO A finalidade do cadinho fundir metais e mant-los em fuso atravs da transmisso de calor de uma fonte de energia (leo, gs, carvo ou eletricidade) externa a ele para a carga metlica. Quanto mais eficiente for esta transmisso de calor melhor ser cumprida a finalidade do cadinho, ou seja, quanto melhor e mais eficiente for o forno que o contm, melhor ser o trabalho da fuso. Vale lembrar que a exposio direta do metal a ser fundido chama do queimador produz perdas grandes por oxidao do metal. A transferncia de calor no caso do cadinho d-se por duas maneiras principais: a conduo e a irradiao. Os cadinhos existem nas mais variadas formas. Vrios fatores influenciam as diferentes formas e composies de cadinhos, como por exemplo, os tipos diferentes de fornos onde so empregados e os diferentes metais que se deseja fundir. Outra maneira de se analisar as diferenas entre os vrios tipos de cadinhos atravs de uma anlise dos seguintes aspectos: a)As propriedades que se deseja de uma cadinho. b)A forma fsica do cadinho. c)A composio do cadinho. Figura 1: Cadinhos para fundio. 4 PROPRIEDADES DESEJVEIS Para que um cadinho cumpra sua funo da melhor maneira possvel preciso que ele tenha as seguintes propriedades: a)Boa condutibilidade trmica - eficincia na transmisso de calor. b)Refratariedade - capacidade de resistir a altas temperaturas sem perder suas caractersticas fsicas e dimensionais. c)Resistncia ao choque trmico - Suportar os sucessivos ciclos de aquecimento e resfriamento tpicos das condies de operao dos cadinhos. d)Resistncia oxidao - Impedir ou diminuir o grau de oxidao dos 6. 6 componentes carbonceos da estrutura do cadinho. f)Resistncia qumica - Suportar o ataque qumico proveniente da escria e dos fluxos utilizados na operao. g)Resistncia mecnica - Suportar golpes mecnicos ou mau uso do cadinho durante a operao. h)Forma Fsicas Existem 5 formas fsicas bsicas para cadinhos que so denominadas de formatos "A", "B", "C", Cilndricos e Barril. Os cadinhos no formato "A" so indicados para fornos que realizam tanto a fuso quanto a espera. Sua geometria pode atender a ambas as aplicaes. O mesmo no ocorre com os cadinhos formato "B" que tm forma de bacia tomando-os mais adequados para fornos de espera, principalmente em operaes do tipo "Bale-out", porm so menos eficientes para realizar a fuso. Os cadinhos formato "C" ao contrrio do "B" so ideais para a fuso porm pouco eficazes para trabalho como forno de espera, pois tm pequena capacidade e sua forma alongada dificulta a retirada de material a no ser pelo basculamento. 5 COMPOSIO DO CADINHO Outra maneira de se analisar os cadinhos atravs de sua composio. Existem trs composies bsicas de cadinhos. So elas: Carbeto de Silcio ligado a carbono - SiC Grafite ligado a carbono - GF Grafite Argila - GA Tabela 1: Tipos e composies dos cadinhos. Tipos Composio tpica aproximada Cadinhos Morgan no Brasil Grafite-argila 35% de Grafite ------------------ Grafite ligado com Carbono 3 5% de Grafite, 12% de Carbeto de Silcio Salamander GF Carbeto de Silcio ligado com Carbono 30% de Grafite, 45% de Carbeto de Silcio Salamander C 5.1 CARBETO DE SILCIO LIGADO A CARBONO Como mencionado anteriormente, este cadinho foi o ltimo a ser desenvolvido e considerado como uma evoluo dos outros. Como o SiC (carbeto de silcio) no ocorre na natureza e sim trata-se de um material sinttico desenvolvido pelo homem ao final do sculo passado. Foi somente neste sculo que suas propriedades foram avaliadas e aproveitadas em aplicaes como esta. A utilizao do SiC visa conferir ao cadinho maior condutibilidade trmica, resistncia qumica e ao choque trmico e 7. 7 oxidao, que so quatro caractersticas fundamentais para qualquer cadinho. O cadinho chamado de carbeto de silcio na verdade uma composio de SiC e grafite ligados com carbono, possuindo como proteo uma frita cermica base de boro-silicato. 5.2 GRAFITE LIGADO CARBONO Este cadinho tambm possui em sua composio o carbeto de silcio, porm em menor quantidade, sendo o seu principal componente o grafite. A principal vantagem deste cadinho em relao ao cadinho de carbeto de silcio sua capacidade de trabalhar com ferro fundido. 5.3 GRAFITE-ARGILA A principal caracterstica deste cadinho com relao aos analisados anteriormente que a liga entre os gros que compe sua estrutura cermica, tendo portanto, boa resistncia mecnica, porm apresentando menor condutibilidade trmica. 6 A ESCOLHA DO CADINHO A primeira anlise deve levar em conta o tipo de metal a ser fundido. As diferentes temperaturas de fuso, diferentes graus de ataque qumico, etc., decidem qual a composio adequada do cadinho a ser utilizado. Outro aspecto muito importante a forma de energia a ser utilizada. Os cadinhos de Grafte-Argila so mais suscetveis oxidao nas condies operacionais de fornos eltricos devido atmosfera oxidante, principalmente na temperatura de fuso e de manuteno de alumnio. Tabela 2: Propriedades tpicas dos cadinhos de acordo com o material. Propriedades Grafite-argila Grafite ligado a Carbono Carbeto de Silcio com Carbono Transferncia de calor boa boa excelente Refratariedade muita boa boa boa Resistncia a choques trmicos boa boa excelente Resistncia a oxidao regular boa excelente Resistncia ao ataque de fluxo e escria regular boa boa Resistncia eroso metlica regular boa excelente Performance mdia Fuso de ligas de Al. boa boa excelente Manuteno de ligas de Al. regular regular excelente Fuso de ligas de Cobre boa boa excelente Fuso de Ferro boa boa no recomendado 8. 8 Para ligas de alta temperatura e para ferro prefervel usar cadinhos de grafite ligados a carbono. Tabela 3: Aplicao dos cadinhos de acordo com as formas de energia. Combustveis fsseis Ordem de preferncia Carvo leo Gs SiC; GF; GA Eltricos a resistncia SiC Eltricos a induo GA 7 INSTALAO E PARTIDA A instalao e a partida de um forno a cadinho se do em duas etapas fundamentais para garantir o bom rendimento e a durabilidade do cadinho. Os procedimentos diferem dependendo do tipo de forno. 7.1 CUIDADOS NO FORNO ELTRICO A RESISTNCIA a)Verificar o revestimento refratrio. b)Verificar as resistncias. Resistncias queimadas podem gerar zonas mais frias dentro do forno afetando assim o cadinho. E muito importante que o cadinho tenha uma homogeneidade de temperatura em seu corpo. c)Verificar se o canal de drenagem est fechado para minimizar a penetrao de oxignio reduzindo desta forma a oxidao do cadinho. Como nos fomos eltricos no se pode gerar uma atmosfera redutora como nos fornos combusto, a entrada de oxignio deve ser muito bem controlada. Figura 2: Forno eltrico a resistncia. 9. 9 d)Entre 60 e 70mm, esta distncia reduzida em relao aos fornos a combusto para melhor aproveitar o calor radiante das resistncias. Dependendo do tamanho do cadinho, a distncia pode ser reduzida para at 45 mm (dependendo tambm da potncia do forno). e)Em fornos fixos, entre o suporte e o cadinho coloque uma folha de papelo com 3 a 4 mm. f)Em fornos basculantes, neste caso o cadinho deve ser colado sobre um suporte bem como este soleira do forno e utilizados calos para a fixao superior para suportar o cadinho. g)Centralizar a base. h)Centralizar o cadinho. i)Para o fechamento deve ser deixado um espaamento de 30 mm e colocado uma selagem de fibra cermica pois esta resiliente o suficiente para permitir a dilatao trmica do mesmo e impedir a entrada do oxignio. j)Aquecimento deve ser feito at 1000C diretamente , com patamar de 30 minutos nesta temperatura. k)Inspeo pr-carga. Em seguida j pode carregar o cadinho. 7.2 CUIDADOS APLICADOS A TODOS OS TIPOS DE FORNOS a)Jamais "curar" um revestimento refratrio com o cadinho dentro do forno pois a umidade desprendida pelo refratrio afetar o cadinho. b)Manusear sempre a base e o cadinho com um mximo de cuidado. c)Fazer um procedimento de instalao e partida do forno do tipo "check-list" e deixar afixada em local visvel para que seja sempre observada e cumprida. d)Seguir atentamente as normas de carregamento. e)Evitar que o cadinho quente (ao rubro) fique vazio, carreg-lo o mais rapidamente possvel ou deixar que se resfrie. Um cadinho quente e vazio oxida duas vezes mais rpido pois no h como criar atmosfera redutora. f)Promover a limpeza do cadinho regularmente e a quente para evitar a formao de xidos e escria que tm uma dilatao trmica maior que a do cadinho podendo provocar trincas durante o reaquecimento. g)Esgotar totalmente o metal do cadinho aps o trmino do turno pois metal solidificado dentro do cadinho quando reaquecido fora a parede do mesmo. Os metais tm dilatao trmica muitas vezes superior dilatao do cadinho. h)Aps uma parada longa onde o cadinho chega a resfriar at a temperatura ambiente ou prximo desta, deve-se repetir o procedimento de partida como se 10. 10 fosse a primeira corrida. i)Troque o anel de ferro toda vez que apresentar deformaes ou trincas. j)Cadinhos que recebem carga de metal lquido requerem especial ateno, o cadinho deve estar a temperatura igual ou superior a do metal. Nunca abaixo. 8 FORNOS A LEO OU GS 8.1 CUIDADOS E DIMENSIONAMENTOS Verifique as condies do refratrio e que este esteja completamente seco. Note que deve ser deixado uma folga entre o cadinho e o refratrio. Centralize o suporte e o cadinho. Usar um pedestal com o mesmo material do cadinho, para que se tenha as mesmas propriedades. O dimetro da base dever ser igual ou maior que o dimetro do fundo do cadinho. Dar especial ateno ao direcionamento do maarico, recomendamos que este esteja centralizado no vo da cmara e entre o cadinho e a base. (desenho ao lado). Fechamento do forno Tampa: a)Com exausto lateral - Deixe uma folga de aproximadamente 30 mm entre a tampa e o topo do cadinho, em seguida preencha este vo com fibra cermica. b)Sem exausto lateral - A folga entre o cadinho e a tampa deve ser maior, porm h de ser no mximo 120 mm. Figura 3: Detalhe da instalao da regio do bico do cadinho no forno. 11. 11 Figura 4: Detalhes da instalao do cadinho no interior do forno. Em fornos basculantes, necessrio colar o cadinho sobre a base e a base no assoalho do forno, usando para isto, cimento refratrio. necessrio o uso de trs calos para fixao do cadinho dentro do forno, da seguinte forma: dois colados na parte superior fixado no forno e encostado no cadinho e ao lado do bico posicionado em ngulo aproximado de 30 em relao ao bico. O t erceiro calo deve ser colocado na parte superior do cadinho ao lado oposto do bico, deixando um espao para dilatao, entre o calo e o cadinho de aproximadamente 5mm. Em fornos estacionrios, usar um disco de papelo ou uma camada de grafite em p entre o fundo do cadinho e a base para facilitar retirada do cadinho de dentro do forno. No h necessidade do uso de calos para fixao do cadinho. O bico do cadinho no deve encostar na parede do forno, deve-se deixar uma folga 12. 12 de 30 mm que deve ser preenchida com fibra cermica. Figura 2: Forno basculante. Tabela 5: Dimenses da cmara entre o cadinho e a parede de refratrio. CMARA (C) (mm) TOPO (mm) TIPO DE CADINHO LIFT-OUT BALE-OUT TILTING A l - A 50 80 60- 70 - 50 A 60- A 150 100- 120 70- 80 - 80 A 200- A 600 - 80 - 100 - 100 A 1000 - 120 - 100 B 135 - B 175 80 - 100 - 100 B 250 - B 330 - 100 - 100 B 400 - B 600 - 120-120 - 100 TPC (Todos) - - 80 - 100 100 TBC 135- 175 - - 80 - 100 100 TBC 250 - 350 - - 100 100 TBC 300/400/500/600 - - 100- 120 100 Lift-out = forno com sistema de levantamento do cadinho do interior do forno. Bale-out = forno a cadinho estacionrio. Tilting = forno a cadinho basculante. Tipo de cadinho: conforme Morganite do Brasil Ltda (a consultar). C = espao entre o cadinho e o refratrio, veja na figura a seguir o detalhe. 13. 13 Figura 6: Esquema do posicionamento do cadinho e do maarico. O espaamento entre a parede externa do cadinho e a parede interna do forno deve ser no mnimo de 70 mm, de acordo com a capacidade do cadinho. A linha de centro da chama do queimador deve estar sempre no mnimo 50 mm abaixo da linha do fundo do cadinho e a altura do pedestal (base) no deve ser menor que 160 mm. O queimador deve estar posicionado de forma que a chama bem regulada penetre tangencialmente ao espao entre a parede da base e o revestimento do forno formando uma espiral ascendente que envolva todo o cadinho. 9 ABUSOS E CONSEQUNCIAS A maneira de fundir varia de uma fundio para outra, e tambm a vida dos cadinhos varia de acordo com o tratamento dado a eles. Evidentemente a qualidade do metal e outros fatores de produo no podem ser sacrificados em funo de uma melhoria na vida do cadinho, existem detalhes que podem prevenir abusos ou maus tratos a eles. Nesta seo tentamos explicar as maiores causas de falhas prematuras em cadinhos, mostrando assim o que pode ser melhorado nos processos de fundio e suas condies, melhorando assim a vida do cadinho. 9.1 NATUREZA DO CADINHO O cadinho um corpo cermico e como tal devemos lembrar que possui porosidade, suscetvel ao choque trmico e apresenta baixa resistncia ao impacto. a)Deve-se evitar a estocagem dos cadinhos em locais midos e inadequados. b)Deve-se evitar qualquer situao ou condio operacional que provoque ocorrncia de choque trmico. 14. 14 c)Deve-se evitar que o cadinho sofra qualquer tipo de impacto, pois os corpos cermicos no oferecem boa resistncia. comum que se confundam dureza com resistncia ao impacto, embora o cadinho seja um corpo duro, a resistncia ao impacto baixa. Mesmo que aps um impacto o cadinho no se trinque imediatamente, com os sucessveis aquecimentos e resfriamentos cria-se na regio do impacto pontos de tenso, e que eventualmente tomam-se trincas. Existe na parede dos cadinhos um verniz protetor (vitrificado) que tem como finalidade minimizar a oxidao dos componentes carbonceos da estrutura do cadinho. Qualquer dano provocado neste vitrifcado pode acelerar a oxidao do mesmo reduzindo assim sua vida. Portanto, durante a movimentao, estocagem e manuseio do cadinho, deve-se procurar preservar a integridade do verniz. "Frequentemente considera-se erroneamente o verniz como sendo uma pintura de natureza esttica e assim o tratam, reduzindo desta forma a vida do cadinho." Outra caracterstica que diz respeito a natureza sua dilatao trmica. Todo cadinho tem um crescimento em tomo de 0,36% em todas as dimenses quando aquecido. Se no for permitida esta expanso durante seu aquecimento, pontos de tenso sero imediatamente gerados nas paredes do cadinho, que fatalmente levaro a formaes de trincas. 9.2 ARMAZENAGEM Frequentemente podemos observar cadinhos colocados no cho mido ou pouco resguardado de intempries. Quando um cadinho mido aquecido rapidamente, explode no forno, e esta exploso gera desde pedaos pequenos que se desprendem da superfcie at uma completa desintegrao do cadinho. Todos os cadinhos devem ser no mnimo, colocados perto de um forno quente por algumas horas antes de entrar em uso. Isto dar um aquecimento inicial suficiente para secar a umidade captada da atmosfera. Quando um cadinho estiver visivelmente molhado, deve-se sec-lo bem, por meio de um lento aquecimento, antes da primeira fuso. A armazenagem dos cadinhos deve obedecer s seguintes regras: a)Nunca encaixar um cadinho dentro do outro. b)Nunca armazenar os cadinhos em local mido ou em contato direto com o solo. c)Procure colocar os cadinhos sobre paletes ou madeira. d)Antes de colocar um cadinho em operao, permita que ele fique prximo a um forno em operao por 1 (um) dia para que perca qualquer umidade que possa ter absorvido do ar. 15. 15 Figura 7: Armazenamento. 9.3 TRANSPORTES Os cadinhos devem sempre ser manuseados com cuidado, pancadas e quedas geralmente resultam em algum dano seja por abraso do verniz protetor ou por enfraquecimento de parede que mais tarde pode tornar-se uma trinca. Um dos piores mtodos de transporte de cadinhos observados o de se mover o cadinho rolando pelas bordas do fundo, um processo fcil porm que causa grandes danos principalmente nos cadinhos de tamanho maior e mais pesados. Este tipo de transporte esmaga todo material do fundo e destri a camada de verniz protetor que comea a lascar, ocasionando oxidao prematura dos materiais carbonceos e consequente perda da resistncia mecnica da regio afetada. Procure sempre movimentar o cadinho sobre rodas e no rolando este sobre o piso. Tomando estes cuidados haver menos possibilidade de comprometer seu cadinho. Figura 8: Transporte. 9.4 APOIO Bases mal aplicadas so, sem dvida, uma das causas mais frequentes das falhas prematuras de cadinhos. A base tem um papel muito importante no bom funcionamento de cadinho. Abaixo descrevemos as regras bsicas para utilizao das mesmas. a)A base tem que ter rea igual ou maior que o fundo do cadinho. Se o cadinho no for totalmente suportado pela base, as partes sem apoio tendem a descer provocando, desta forma, trincas no fundo do cadinho. Lembre-se de que o cadinho, 16. 16 quando aquecido ao rubro, no tm a mesma resistncia que a frio, pois sua composio o toma plstico. Quando carregado e aquecido, ele tende a se acomodar sobre a base, se esta no oferecer o apoio adequado, formar-se-o pontos de tenso que podero transformar-se em trincas. Figura 9: Posicionamento sobre o pedestal. b)Centralizar o cadinho sobre a base. Embora parea bvio, no difcil encontrar bases mal centradas. De nada adianta ter uma base de tamanho adequado porm mal centrada sob o cadinho, o efeito o mesmo de uma base de tamanho insuficiente. c)O material da base deve ser o mesmo do cadinho. Lembre-se que todo material possui um ndice de dilatao trmica diferente. Um cadinho com sua dilatao trmica apoiado sobre uma base cuja dilatao no acompanhe esta dilatao poder gerar pontos de tenso. Embora este no esteja entre as causas mais frequentes de problemas nos cadinhos, sempre bom evitar qualquer forma de agresso ao mesmo. Lembre-se que este um equipamento que normalmente trabalha cheio de metal lquido. d) Nunca utilize uma base trincada, pois a trinca tende a se propagar para o fundo do cadinho. 10 PROBLEMAS MAIS FREQUENTES Os problemas mais frequentes encontrados nos casos de falhas prematuras de cadinhos podem se classificados como, danos mecnicos, choque trmico, ataque qumico e oxidao. Muitas vezes mais de um destes fatores ocorre simultaneamente. Segue abaixo uma relao das causas mais comuns. 10.1 DANOS MECNICOS a)Impedimento da dilatao do cadinho. b)Cadinho apoiado pelo bico. c)Carregamento mal feito. d)Tenaz mal dimensionada ou mal utilizada. e)Calota e escria (falta de limpeza). f)Aderncia do cadinho ao apoio. A correta colocao do cadinho no forno muito importante. Em fomos basculantes onde os cadinhos necessitam de espao para poder expandir, por serem sustentados por tijolos laterais, deve ser deixado um espao de ao menos 3 mm entre eles. O mtodo mais fcil de se manter este afastamento, inserindo uma 17. 17 folha de papelo que ser queimada no primeiro contato com o calor. Se o cadinho ficar preso pelos tijolos, de forma a no permitir a dilatao trmica, este poder trincar. Da mesma forma, nos fornos de manuteno, os cadinhos no devem ser presos nos tijolos superiores. Os cadinhos com bico devem ter um espaamento de 40 mm para permitir qualquer acomodao do cadinho e do apoio que possa ocorrer. Se este espao for menor, ao assentar-se o cadinho o mesmo poder ficar suspenso pelo bico o que provocar uma trinca horizontal logo abaixo do bico. Grande dano tambm pode ser causado pela falta de cuidado no carregamento do cadinho. O melhor mtodo de se carregar um cadinho com lingotes e pedaos de metal consiste na cuidadosa colocao de cada pea por meio de pinas. O costume de deixar cair ou jogar pedaos de metal dentro do cadinho frequentemente leva a falhas precoces. Os mais srios danos por mau carregamento so encunhamento de carga e trincas devido a pancadas. 10.1.1 Encunhamento de Cargas Se um lingote ou algum outro grande pedao de metal frio encunhar-se no sentido transversal do cadinho, a subsequente expanso trmica do metal forar e trincar o cadinho. Os tipos mais comuns destas trincas so verticais ou ainda em forma de estrela, e todas elas so centradas em relao ao ponto que sofreu internamente a presso. Figura 10: Carregamento. 18. 18 Figura 11: Posicionamento da carga no cadinho. 10.1.2 Trincas Devido a Pancadas Se jogarmos ou deixarmos cair pedaos de metal dentro do cadinho, isto poder resultar em trincas de base ou paredes, ocasionadas por impacto direto ou transmisso do choque. A primeira, ou mesmo a segunda pancada talvez no cause a trinca, mas qualquer choque mecnico ou trmico acumulativo, isto , alguns choques pequenos podem eventualmente produzir os mesmos resultados de uma pancada forte. Os choques de impacto normalmente produzem uma trinca circular, irradiando-se conicamente para fora a partir do ponto de impacto. No entanto, as vezes nos fomos basculantes que so carregados na posio inclinada, aparecem trincas curtas verticais na parede central dianteira devido tambm a impactos. Outro tipo de dano causado por mau carregamento so ranhuras na parede do cadinho em fornos basculantes, causadas por escorregamento de pedaos de metal com cantos aguados. Figura 12: Ruptura do cadinho. 10.1.3 Quebras devido a expanso do metal Este tipo de falha causada pela solidificao de metal fundido dentro do cadinho no final da jornada de trabalho. No reaquecimento o metal expande-se causando trincas mltiplas ou verticais na parte inferior da parede estendendo-se pela base. Quando este tipo de trinca ocorre, a superfcie interna do cadinho que est em contato com o metal fica limpa e livre da escria e isto permite distinguir a trinca 19. 19 ocasionada pela solidificao do metal da trinca ocasionada por choque trmico. Outra causa frequente de falha a solidificao do metal, com consequente quebra do cadinho, devido a adio de metal frio em pequena quantidade de metal derretido. Grande quantidade de metal frio adicionada a pequena quantidade de metal lquido acaba por congelar o metal, este em seu reaquecimento ir dilatar mais que o cadinho conforme j visto anteriormente. Figura 13: Carga solidificada dentro do cadinho. Figura 14: Esvaziamento do cadinho. 10.1.4 Danos causados por tenazes Tenazes inadequadas ou descuido em seu uso podem causar muitas quebras em cadinhos que so retirados dos fomos para vazamento (forno-poo). A tenaz deve prender o cadinho no tero inferior, sendo que as garras devem se adaptar perfeitamente sua circunferncia. Os arcos da tenaz devem ser curvados de tal forma que no entrem em contato com as bordas do cadinho. Os danos mais comuns causados por tenazes mal ajustadas so trincas a partir da borda superior, acompanhada de ovalizao. Quando isso ocorre, observa-se frequentemente a marca deixada pela tenaz. 20. 20 As tenazes tambm so usadas no manejo de cadinhos vazios. Estas nunca devem pegar o cadinho junto a borda, pois poder resultar m quebras, especialmente se as paredes j estiverem desgastadas. Figura 15: Poscionamento da tenaz. 10.1.5 Limpeza Outra causa muito comum de dano mecnico provem da falta de cuidado na raspagem (limpeza) ou escumao. As ferramentas usadas para este fim nunca devem ser afiadas ou pontiagudas, pois isso causar um rpido desgaste interno e enfraquecimento das paredes. No se deve permitir que cadinhos que so retirados dos fomos para vazamento colem aos apoios. Para prevenir isto basta colocar uma folha de papelo entre o cadinho e o apoio, que agir como meio de separao. Se o cadinho ficar colado ao suporte, este deve ser solto com muito cuidado. Girar ou balanar na parte superior pode casionar a quebra da base do cadinho. Figura 16: Limpeza do cadinho. 21. 21 10.1.6 Descascamentos (Spalling) a)Aquecimento desigual. b)Apoio de cadinho quente sobre superfcie fria. c)Forno com regies em diferentes temperaturas. Os cadinhos so feitos para resistir a um aquecimento razoavelmente rpido. Durante o aquecimento aparecem tenses internas, pois algumas reas aquecem mais rapidamente que outras. Geralmente, o calor fica concentrado na parede inferior que se aquecem mais rapidamente do que o centro da base ou as bordas superiores; da mesma forma, a face externa aquece mais rapidamente do que a interna. A expanso trmica desigual tensiona as reas mais frias, sendo que com a homogeneizao da temperatura tal tenso desaparece. Um aquecimento muito rpido ou localizado acentuar a tenso trmica principalmente nos cadinhos de maior porte, o que pode resultar em trinca por aquecimento desigual (spalling ou choque trmico). Neste caso, trincas por spailing so, ou verticais estendendo-se da borda superior para baixo, ou atravs da base com uma ou ambas as pontas estendendo-se para cima. Isto frequentemente acompanhado por ataque ao verniz, que se desprende em escamas. Da mesma forma um cadinho quente que for vazado e deixado em cima de um grande pedao de metal frio, ou colocado no cho frio, pode sofrer uma trinca por spailing, devido ao efeito de rpido resfriamento. Em casos extremos, a base do cadinho se desprender. O risco de spalling pode ser evitado pelo aquecimento bem distribudo dos cadinhos at que fiquem vermelhos, evitando-se tambm a ao direta da chama. Os cadinhos devem ser sempre aquecidos vazios. Quando todo o cadinho estiver rubro, efetua-se a carga. Quanto menor for o nmero de vezes que se aquece o cadinho a partir de frio, tanto melhor. Cadinhos destinados a transporte de metais tambm devem ser pr-aquecidos mesma temperatura do metal antes de ser carregado. 10.2 ATAQUE QUMICO Geralmente a origem do ataque qumico est associada ao uso de fluxos usados para o tratamento da escria, desgaseificao, refino de gro e modificao da microestrutura. O uso em excessivo destes materiais e ausncia de limpeza do cadinho reduzem a vida dos cadinhos, eles podem ser considerados um mal necessrio. 22. 22 Tabela 5: Tipos de fluxos usados para tratamentos de ligas de alumnio e cobre. Finalidades Componentes Danos ao cadinho NaCl; NaF Atacam severamente por efeito cumulativo. Modificao da microestrutura Sdio metlico Menos agressivo. Eliminao de impurezas NaCl; NaF Criolita (3NaF.AlF2) Atacam moderadamente devido a pouca dosagem (0,5%). Desgaseificao Hexacloretano N2; Cl2 No atacam o cadinho. O cloro afeta o ambiente. Cobertura do banho contra a oxidao e absoro de gs. BaCl2; Coque ou carvo vegetal (usados em cobre e suas ligas) No atacam o cadinho. Muitos fluxos ou escrias formadas durante a fuso atacam o cadinho. Portanto, deve ser usado o mnimo de fluxo, adicionando-o corrida o mais tarde possvel, naturalmente em uma etapa que no seja prejudicial boa qualidade do metal. Fluxos de modificao so particularmente agressivos aos cadinhos, pois penetram nas paredes, causando expanso com mltiplas trincas verticais e horizontais. Tambm, nas temperaturas externas muito mais altas, o fluxo combina com o verniz, reduzindo consideravelmente seu ponto de fuso tomando-o muito lquido. Nesta etapa ocorre uma eroso externa muito rpida. A penetrao de fluxo tambm toma o cadinho mecanicamente mais fraco. Os fluxos de limpeza colocados nos cadinhos antes da carga fundem bem antes do metal causando eroso interna da base e das paredes inferiores do cadinho. Para diminuir ao mximo esta eroso interna, deve ser usado um fluxo na forma de p e pulverizado por cima da carga quando esta comea a derreter. Escrias formadas durante a fuso tambm causam eroso interna, principalmente nas linhas da superfcie do metal ou pouco acima, isto pode ser reduzido por espessamento da escria com areia e sua remoo antes do vazamento. O metal nunca deve ser deixado na temperatura do vazamento por mais tempo do que o necessrio, pois isto acentua a eroso. s vezes a eroso ocorre na parede oposta ao bico dos cadinhos em fomos basculantes devido ao movimento da escria durante o vazamento. Fundio com cobertura de carvo oferece outro meio de reduo da eroso interna na superfcie do metal, visto que isto elimina a necessidade do fluxo de cobertura e ajuda na formao de uma atmosfera redutora. 10.2.1 Cuidados com a escria Os cadinhos devem ser regularmente raspados, de preferncia aps cada corrida, e no mnimo uma vez por dia. Se permitirmos que a escria se acumule, ela endurecer e tonar-se-a muito difcil de ser removida. A raspagem regular ajuda a manter o cadinho livre de fluxo e escria. A escria um isolante trmico e portanto, exige uma temperatura externa muito 23. 23 mais alta que a necessria e consequentemente causar um ataque de fluxo muito mais rpido, encurtando dessa forma a vida do cadinho. Alm disto o coeficiente de dilatao da escria muito maior que a do cadinho. Portanto, se a escria se acumular e endurecer, poder ocasionar o rompimento do mesmo. As trincas provocadas por escria so similares s outras trincas causadas por razes mecnicas. Figura 17: Desgaste devido a fluxos. 10.2.2 Regras bsicas ao se utilizar fluxos a)Em cada fuso, adicionar os fluxos mais tarde possvel antes de vazar para que o tempo de permanncia deste em contato com as paredes seja o mnimo possvel. b)Utilizar a quantidade mnima de fluxo possvel. Evitar a colocao a olho. Recomenda-se deixar disponvel um recipiente com a capacidade igual a quantidade necessria. preciso ter em mente que o cadinho um corpo poroso e que estes produtos qumicos penetram pela estrutura da parede de dentro para fora. Ao migrarem para a parte externa do cadinho, estes encontram a regio de temperatura mais elevada e reagem com o verniz comprometendo desta forma a estrutura do cadinho. c)A limpeza da escria de suma importncia nos casos em que se utilizam fluxos. Normalmente a escria contm os elementos utilizados como fluxo. A escria adere parede do cadinho promovendo ento o contato direto entre os elementos qumicos nocivos e a estrutura do cadinho. A escria funciona como um isolante trmico, pois no possui a mesma condutibilidade trmica do cadinho. Desta forma, para manter a mesma temperatura interna ser preciso uma temperatura externa mais elevada e consequentemente maior ser o ataque dos fluxos ao cadinho. Portanto, a presena de uma camada isolante como a escria tambm deve ser evitada. Se no for feita uma limpeza adequada a somatria deste dois fatores diferentes ir agravar o ataque qumico. 24. 24 d)Adicionar sempre ao banho j lquido. e)Adicionar sempre no centro do banho, longe das paredes do cadinho. 10.3 OXIDAO A oxidao ou combusto dos materiais derivados de carbono no cadinho, enfraquece-o e reduz sua condutibilidade trmica. O material oxidado tende a descascar, afinando as paredes do cadinho. Por isso, danos ao verniz protetor devem ser evitados. Sempre que as condies metalrgicas permitirem, a fuso e manuteno dos metais devem ser feitas em atmosfera ligeiramente redutora ou neutra. As aberturas dos fomos para limpeza e drenagem devem ser conservadas fechadas durante todo o tempo em que os fomos estiverem sendo utilizados. Os registros dos maaricos referentes ao combustvel e ar devem sempre ser fechados ao mesmo tempo para evitar a injeo de ar frio dentro da cmara. A oxidao de um cadinho significa uma alterao qumica e fsica de seus produtos carbonceos, sendo um processo de envelhecimento de peas que trabalham em baixas temperaturas e ocorre da seguinte forma: a)Oxidao do carbono ligante Perda da resistncia mecnica. b)Oxidao do grafite Perda da condutibilidade trmica. c)Oxidao do SiC Grande perda da resistncia mecnica a quente (diminuio de refratariedade sob carga) e observa-se mudanas para colorao amaronzada com inchao e gretamento. Para se controlar e retardar o incio desse processo que so aplicados vernizes de alta e baixa temperatura que reagem com suas matrias primas formando uma capa vtrea protetora fazendo, portanto, com que o cadinho atinja vidas mdias maiores. Por exemplo, se for rompido e analisado um cadinho utilizado em forno eltrico aps uma vida til normal, observa-se que esta oxidao afeta de forma uniforme toda a parede externa do mesmo, bem como a borda superior interna que no molhada pelo metal fundido, mostrando neste caso diversas gretas em vrios pontos. 25. 25 Figura 18: Ataque devido a chama. Figura 19: Cadinho oxidado. 26. 26 Figura 20: Oxidao do cadinho devido a posio da chama. 27. 27 REFERNCIAS MORGANITE DO BRASIL LTDA e CARBOSIL INDUSTRIAL LTDA. Treinamento sobre cadinhos instalaes, uso e cuidados. So Bernardo do Campo. MORGANITE DO BRASIL LTDA. Manual de fundio a cadinho. So Bernardo do Campo, 2005.