7/22/2019 pp1_fuso..[1]

1/35

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

2/35

Processos de ProduProcessos de Produoo II

Fuso de ferrosos e no ferrososFuso de ferrosos e no ferrosos

FerrososFerrosos metais que contm ferro em sua composio, basicamente aoscarbono, aos ligas e ferros fundidos (branco, cinzento, malevel e nodular)

No ferrososNo ferrosos ligas que no contm ferro em sua composio: Ligas de alumnio,cobre, zinco, magnsio, chumbo, estanho, niquel, etc.

O ferro fundido representa 60% da produo total em fundio.O ao e o ferrofundido constituem a quase totalidade dos produtos siderrgicos industrialmenteusados.

Tipos de fornos para fusoTipos de fornos para fusoFinalidade:Transformao do metal em estado slido para o estado liquido paravazo do material em moldes de fundio e adio de elementos de liga

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

3/35

Ferrofundido

Forno CUBIL

Forno Eltrico

Forno de arco indireto

AoForno eltrico

Forno de induo

Ligas

Forno de induo

Forno de cadinho

Forno de arco indireto

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

4/35

Fuso do Ferro FundidoFuso do Ferro Fundido

O ferro fundidoO ferro fundido pode ser considerado uma liga ternria composta porFe C Si e caracteriza-se por possuir altos teores de carbono(2,5% e 4%)

TiposTipos , os mais comuns de ferro fundido:

Ferro fundido branco todo carbono contido da forma de Fe3CFerro fundido cinzento carbono na forma de grafita

Ferro malevel fofo branco maleabilizao

Ferro nodular grafita na forma esferoidal

ComposiComposio quo qumicamica:

Silcio elemento grafitizanteMangans efeito dessulfurante

Fsforoenxofre

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

5/35

O mtodo clssico do ferro fundido e o mais empregado o que utiliza o fornoCUBIL por sua alta eficincia trmica e economia de processo

Carcaa cilndrica vertical de ao revestida detijolo refratrio seu dimetro interno pode chegar a1,80m e sua altura a 15m com capacidade defuso pode chegar at a 50 t/h

Durante a operao o fundo cubil fica protegidopor uma camada de 5cm de argila e refratriomodo.

A carga do forno composta de metal,combustvel (Carvo Coque) e uma substnciafundente (Calcrio), para facilitar a separaodas impurezas e formao da escria)

A carga metlica composta por sucatametlica de fundio (canais alimentadores,peas quebradas, etc.), ferro gusa de alto forno,

sucata de ao, com adio de ferro-silicio, ferromangans.

Porta delimpeza

Metalliquido

escriaventaneira

Caixadevento

ar

Revestimentorefratrio

Porta dacarga

carrinho

cadinho

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

6/35

Exemplo de cargaExemplo de carga

A carga varia com a dimenso do cubil

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

7/35

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

8/35

A operao do forno iniciada, depois de limpo o forno, colocando-se fogo no fundo commadeira e coque e os furos de escria e de vazamento permanecem temporariamente

abertosQuando a camada de coque tiver atingido a altura das vetaneiras e o fogo atravessadotoda a camada iniciada a carga.

Coloca-se quantidades predeterminadas de ferro gusa, sucata, coque e fundente at queo nvel da porta de carga tenha sido atingida.

A operao pode ser intermitente ou continua. Se intermitente a corrida feitaperiodicamente.Se continua existe somente um furo de descarga e material fundido

(metal e escria) levada para uma pequena bacia na calha de vazamento e a escria retirada lateralmente.

O forno cubil no produz material de grande uniformidade, uma vez que no fcilcontrolar a temperatura do metal liquido, normalmente utilizado para fundir peas demenor responsabilidade.

Para a fuso de ferros fundidos onde as caractersticas qumicos e fsicos devem sermantidos dentro de rigorosas especificaes, nesse caso o equipamento de fuso mais

utilizado o forno eltrico a arco.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

9/35

Os ferros fundido funcionam muito bem para aplicaes onde precisa-seresistncia compresso (primeiras aplicaes = pontes na forma de arco).

Formas do carbono nos FoFos:Combinado Fe3CLivre Grafita

Fe3C muito dura e frgil sem resistncia traosem ductilidadesem tenacidade

Aplicaes:- Alta resistncia ao desgaste Fe3C muito durografita um lubrificante slido

- Amortecimento de vibraes grafita

Classificao dos Ferros Fundidos:Carbono combinado Fe3C fratura branca FoFo BrancoCarbono livre grafita fratura cinza ou escura FoFo Cinzento.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

10/35

Formao de FoFo Branco X FoFo Cinzento: Fatores determinantes:

Composio qumica:FoFos Fe, C, Si, Mn, P e S.Carbono maioria dos casos 2,5 a 3,8%Menor contedo de carbono BrancoMaior contedo de carbono Cinzento

Depois do carbono, o silcio o elemento mais importante!Silcio: um elemento grafitizante. Alta contedo deste elemento causa adecomposio da cementita durante a solidificao: Fe3C 3Fe + C (grafita)

Mangans:Efeito contrrio ao do silcio!Maior contedo deste elemento, maior a tendncia de formao do FoFo

Branco!

Velocidade de resfriamento:Decomposio na solidificao Fe3C 3Fe + C (grafita). Precisa-se tempopara que ocorra esta decomposio.Maior velocidade de resfriamento FoFo Branco

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

11/35

Ferros Fundidos Brancos:

Carbono combinado Fe3C Baixo silcio

Fratura Branca, como a fratura de um ao.

Tipos:

Hipoeutticos < 4,3%C (mais utilizados).Eutticos = 4,3%CHipereutticos >4,3%C

Ferro fundido branco Hipoeuttico. Dendritas de perlita, reas pontilhadas de

ledeburita, reas brancas de cementita.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

12/35

Ferros fundidos cinzentos

Silcio maior do que 1%

FoFos Cinzentos so ligas ternrias Fe-C-SiFratura cinzenta ou escura

Estes FoFos apresentam carbono livre (parcialmente ou totalmente). O carbono livreesta na forma de grafita.

Reao de decomposio Fe3C 3Fe + C (grafita).

FoFo cinzento com veios de grafita relativamente grandes.

Propriedades mecnicas- Resistncia ao desgaste (a grafita funciona como lubrificante slido)

- Amortecimento de vibraes- Usinabilidade

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

13/35

Ferro fundido malevel

FoFo malevel FoFo branco que sofreu modificao da textura e propriedades. Sofreum longo tratamento de recozimento. Adquire certa resistncia ao choque ecapacidade de sofrer deformao sem ruptura (ductilidade).

Processos de maleabil izao:

Fe3C longo recozimento decomposio em ferrita e ndulosSegredo da maleabilidade a ferrita dctil e a grafita na forma de ndulos imperfeitos

no compromete tanto a coeso.Ferro fundido malevel de ncleo preto / Na fratura, apresenta a parte central escura

(ndulos imperfeitos de grafita).

FoFo maleabilizado de ncleo preto.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

14/35

Ferro fundido nodular

Precipitao da grafita diretamente em ndulos perfeitos em vez de veios.Processo de maleabilizao muito caro! (vrios dias)

Portanto, precisa-se que obter ferros fundidos no to frgeis como o cinzento eo branco e nem to caros como o maleabilizado.

Segredo adio de crio ou magnsio um pouco antes do vazamento

(prepara-se um FoFo cinzento)

O FoFo nodular est, progressivamente, substituindo o FoFo malevel. Paraalgumas situaes, inclusive, compete com os aos.

A resistncia trao do FoFo nodular pode se superior a 60Kgf/mm2 e a suaductilidade equivalente aos maleveis ferrticos ou perlticos.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

15/35

Tipo C Si P S

Cinzento 2,5 - 4,0 % 1,0 - 3,0 % 0,2 - 1,0 % 0,002 - 1,0 % 0,02 - 0,25 %

Dctil 3,0 - 4,0 % 1,8 - 2,8 % 0,1 - 1,0 % 0,01 - 0,1 % 0,01 - 0,03 %

Branco 1,8 - 3,6 % 0,5 - 1,9 % 0,25 - 0,8 % 0,06 - 0,2 % 0,06 - 0,2 %

Malevel 2,2 - 2,9% 0,9 - 1,9 % 0,15 - 1,2 % 0,02 - 0,2 % 0,02 - 0,2%

C Si Mn P S

Porcentagem de elementos no Ferro Fundido

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

16/35

Fuso do AFuso do Aoo

AAos para fundios para fundioo

Os requisitos esperados so homogeneidade, granulao fina, regular e totaliseno de tenses.

O ao obtido pela reduo do nvel de alguns elementos do ferro gusa oprincipal produto do alto forno como o silcio, o carbono, o mangans, ofsforo e o enxofre.

Esta reduo feita em conversores como o Thomas e Bessemer, o Linz-Donawitz, e o Siemens-Martin, em alguns pela adio de ar ou oxignio puro oupela adio de xidos slidos.

O oxignio presente nestes componentes se combina com os elementos cuja

quantidade deve ser reduzida, resultando numa mistura compostaprincipalmente de ferro e carbono (C at 2,5%), e em alguns conversoresaproveita-se o processo para inserir outros elementos de liga.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

17/35

Fuso do aFuso do ao:o:

O processo industrial se d basicamente na fuso de sucata metlica para aproduo de lingotes, os quais, numa segunda etapa do processo, passampor laminadores ou vazados em molde para produo de peas prontas.

Em seguida a sucata levada para o forno, atravs de recipientesdenominados de cestes de carga fria, os quais so abastecidos porpontes rolantes munidas de eletroms.

Os aos para fundio podem ser classificados nos seguintes grupos:

Aos de baixo carbono at 0,2%Aos de mdio carbono 0,20 a 0,50%Aos de alto carbono acima de 0,50%Aos ligas de baixo teor de liga (soma dos elementos de liga inferior a 8%)Aos de alto teor de liga (soma dos elementos de liga acima de 8%)

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

18/35

Carregamento da Sucata

Forno eltrico a arco

O carregamento da sucata metlica no forno eltrico feito, atravs de sistemas de abertura no fundo doscestes.

Para a fabricao do ao, a partir da fuso da sucata utilizado um forno eltrico (a arco trifsico)

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

19/35

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

20/35

As principais partes do forno so as seguintes:As principais partes do forno so as seguintes:

Consiste de uma carcaa cilndrica de ao montada sobre um sistema debasculamento.

A parte inferior interna do forno (soleira), revestimento refratrio, de natureza bsica ou

cida depende da tcnica de fuso utilizada.

As laterais, cobertura e abbada do forno so revestidas de tijolo refratrio tipo silicoso.

O sistema de aquecimento feito por trs eletrodos (carbono ou grafita) igualmente

espaados, cada um ligado numa fase de um suprimento trifsico de eletricidade.

O efeito de aquecimento produzido por arcos que formam entre os trs eletrodos (90a 500 volts) e o controle da temperatura de fuso controlada pelo ajuste de voltagem epela altura dos eletrodos.

A capacidade do forno varia de acordo com seu dimetro EX: 2,75m capacidade de10 a 12t0neladas de metal liquido.

Pode fundir ferro fundido de melhor qualidade e ao.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

21/35

Para a fuso do ao duas tcnicas so utilizadas a fuso cida e fuso

bsica. A fuso cida no elimina P e S logo o material utilizado dever sede baixos teores desses elementos, usado para produo de ao-carbono efuso bsica para aos-ligas.

FusoFusocida:cida:

A soleira constituda de areia silicosa e tijolos refratrios modos

A carga do forno contm sucata de ao selecionada (baixos teores de P e S)Durante a fuso pequenas quantidades de areia e calcrio so adicionadasperiodicamente, para formao da escria.

Quando a fuso estiver completa adiciona-se xido de ferro agente oxidante reage

com Si e Mn.

O banho comea a ferver evidncia da eliminao de carbono (0,20% a 0,25%)

Adiciona-se outras substncias desoxidantes Fe-Si e Fe-Mn Pronto para vazar.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

22/35

Fuso BFuso Bsica:sica:

O revestimento do forno de natureza bsica magnesita ou dolomita.A carga constituda de sucata de fundio e sucata adquirida.

Durante a fuso adiciona-se pequenas quantidades de cal e minrio de ferro quandoa fuso estiver completa.

A escria formada retira P do metal fundido e a primeira escria retirada.

A seguir forma-se uma nova escria composta de cal fluorspato e areia.

Assim que a segunda escria fundiu reduz-se a corrente do forno e espalha se sobreo banho coque pulverizado.

Essa segunda etapa chama-se refino, cujo objetivo formar escria de carbureto desilcio, para a eliminao de S.

A composio do banho ento controlada pelo ajuste de carbono, adicionando-seferro-gusa de baixo P e Fe-Si e Fe-Mn.

Como desoxidante final adiciona-se alumnio na panela de fundio. O metal estpronto para ser vazado.

Esse processo indispensvel para a produo de aos-liga.

Fornos de InduFornos de Induoo

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

23/35

Fornos de InduFornos de Induoo

Outro processo de fundio de ao emprega o forno de induo, suprido por correnteeltrica de alta freqncia.

A carga metlica constitui o enrolamento secundrio do circuito e o enrolamentoprimrio constitudo por uma bobina de tubos de cobre resfriados a gua, colocada nointerior da carcaa do forno.

Cmara de aquecimento umcadinho refratrio de naturezabsica

Tem capacidade de 50 a 500kg

Utilizados na fuso de ao liga

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

24/35

ClassificaClassificao dos ao dos aos:os:

Para facilitar sua seleo associaes tcnicas especializadas classifcam os aos pelasua composio qumica dando origem aos sistemas SAE e AISI (americana), DIN(alem) eABNT (brasileiro), baseada no sistema americano.

Os vrios tipos de ao at 1% de carbono, com elementos comuns Mn, Si, P e S soindicados por 4 algarismos os dois ltimos correspondem porcentagem de carbono

mdio e os dois iniciais aos elementos de liga (1 ou 0 ao carbono)

Ex : ABNT 1045ABNT 1045 ao-carbono teor mdio C 0,45%

ABNT 1120ABNT 1120 ao usinagem fcil ao enxofre 0,20% de CABNT 4420ABNT 4420 Ni-Cr-Mo com 1,85% Ni, 0,50% Cr e 0,25% Mo e 0,20% C

ABNT 5140ABNT 5140 ao ao Cr 0,70% a 0,90% Cr e 0,40% C.

A norma DIN adota outros critrios para classificar os aos. Os aos comuns so indicados pelosimbolo St (Sthal=ao), seguido de um nmero que representa ao valor mnimo de resistncia trao

Ex: StSt 4242 resistncia trao da ordem de 42 kgf/mm2

StSt 3535 resistncia trao da ordem de 35 kgf/mm2

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

25/35

LQ Laminado a quente

LF Laminado a frio

P dProd do de a io ino

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

26/35

ProduProduo de ao de ao inox:o inox:

O ao inoxidvel basicamente produzido pela fuso de sucata de ao inoxidvel e

diferentes ligas (de cromo, niquel, molibdnio, etc. dependendo do tipo de aoinoxidvel)

No forno eltrico a arco, aps a fuso, o ao lquido vazado para um segundo reatorpois, o forno a arco embora seja um eficiente reator para a fuso de sucata

inapropriado para abaixar o teor de carbono do banho at o reduzido nvel exigido peloao inoxidvel.

O baixo teor de carbono tem um papel de fundamental importncia para os aosinoxidveis.

O VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) ou o seu processo gmeo AOD (ArgonOxygen Decarburization) o processo suplementar utilizado para abaixar o teor decarbono, tendo em vista que o tempo de operao reduzido e as temperaturas somais baixas que as do forno a arco.

Elementos de liga adicionados ao aElementos de liga adicionados ao ao inoxido inoxidvelvelCromo (Cr) formao de pelcula impermevel ( xido de cromo) protege contra a aode agentes agressivos.

Nquel (Ni) favorece a formao de austenita resistncia ao calor e corroso.

Molibdnio (Mo) Resistncia ao calor e corroso

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

27/35

F d F d FF

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

28/35

Fuso de noFuso de no FerrrososFerrrosos

Os fornos eltricos entre os quais de induo prestam-se bem fundio demetais e ligas no ferrosos. Entretanto o principal forno utilizado de cadinho,aquecido a leo ou a gs.

Podem ser estacionrios neles completada a fuso o cadinho retirado para o

vazamento, ou basculante que contm um bico de vazamento, por retirado o metalliquido basculando o forno.

A maioria dos metais e ligas oxida se absorve gases e outras substncia e forma uma

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

29/35

A maioria dos metais e ligas oxida-se, absorve gases e outras substncia e forma umacasca superficial.

O alumnio e suas ligas absorvem hidrognio quando aquecidos e esse gs causaporosidade na pea fundida e apresentam ainda tendncia oxidao.

A tendncia de oxidao e absoro de oxignio aumenta com a temperatura e o tempo,fatores que devem rigorosamente ser controlados.

Alguns fundentes podem ser adicionados para melhorar as condies de fuso. O

processo de fuso a vcuo tem se tornado boa alternativa para a fuso, a fim de manteros metais e ligas no ferrosas limpos e puros.

Forno a Arco indiretoForno a Arco indireto

Presta-se tambm fuso de ligas. Trata-se de um forno monofsico, tipo basculante,de eletrodos horizontais. Utilizado na fundio de ferro fundido de alta qualidade, ligas emetais no ferrosos. Depois de carregado liga-se o forno e dota-se de ligeiro movimentobasculante para frente e para trs. Esse movimento aumenta paulatinamente at atingiro mximo de 140 160 graus, quando a carga est completamente fundida.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

30/35

Forno de arco indireto

Ligas no ferrosasLigas no ferrosas

Consiste em metais que no contenham ferro em suas composies comoelemento principal, tais como: cobre e suas ligas, bronze e lato, alumnio,zinco, magnsio, estanho e chumbo.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

31/35

AlumAlumnionio

Minrio(bauxita)

Aluminatode sdio

Alumina

Processo deOxi-reduo

Alumnio

liquido

Lingotes

Chapas

Fios

Tarugos

Tem como matria-prima a bauxita, mineral com cerca de 60% de xido de alumnio(Al2O3). Na produo, o xido de alumnio separado quimicamente e disposto emcubas onde ocorre a reduo ao alumnio por eletrlise. A metalurgia do alumnio consumidora intensiva de energia eltrica.

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

32/35

Propriedades

Condutividade eltrica: menor que a do cobre (cerca de 62%), compensada pelamenor massa especfica. Para o mesmo peso, um cabo de alumnio pode conduzircerca do dobro da eletricidade que um de cobre conduz.

Condutividade trmica: alta, cerca de 3 vezes a do ao. Por isso, usado emdissipadores e calor e em utenslios de cozinha (alm de no ser txico).

Massa especfica: o alumnio um dos mais leves metais comercialmentedisponveis. A massa especfica cerca de 1/3 da do ao e do cobre. O resultado

uma elevada relao resistncia mecnica / peso, o que faz do alumnio o metalpadro para estruturas de avies.

Resistncia corroso: no contato com o ar, logo formada uma fina camada dexido que impede a corroso, motivo para importantes aplicaes na construo civil

(telhas, perfis, etc).

Resistncia mecnica: Pssima. Pode ser melhorada com a adio de algunselementos de liga.

BronzeBronze

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

33/35

BronzeBronze

Originalmente o termo bronze era empregado para ligas de cobre e estanho, este

ltimo como principal elemento.

Na atualidade, bronze nome genrico para ligas de cobre cujos principais elementosno so nquel nem zinco.

Uma das principais propriedades a elevada resistncia ao desgaste por frico, o quefaz do bronze um material amplamente usado em mancais de deslizamento.

Bronzes podem ser agrupados em famlias de acordo com o processo de produo e acomposio. Alguns exemplos na tabela abaixo.

Alguma ligas:

Bronzes de fsforo (Cu, Sn, P).Bronzes de chumbo e fsforo (Cu, Sn, Pb, P).

Bronzes de alumnio (Cu, Al).Bronzes de silcio (Cu, Si).Bronzes de estanho (Cu, Sn).Bronzes de estanho e chumbo (Cu, Sn, Pb).Bronzes de estanho e nquel (Cu, Sn, Ni).

Bronzes de alumnio (Cu, Al).

ChumboChumbo

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

34/35

Chumbo

Chumbo um metal que apresenta uma combinao de propriedades que o torna

adequado para importantes aplicaes:

Elevada massa especfica (cerca de 11,34 kg/dm).

Baixo ponto de fuso (327 C) e baixa dureza. bastante malevel.

Txico, ecologicamente danoso e, por isso, algumas aplicaes tradicionais foramreduzidas ou banidas. So elas tubos para gua, em soldas de baixo ponto de fuso,em aditivos para gasolina e tintas.

Baterias para automveis e outros fins (o principal uso, cerca de 71% da produomundial).

Pigmentos e outros compostos (12%).

Laminados diversos para, por exemplo, protees contra radiaes (raios-X e gama),peas decorativas e outros (7%).

Munies (6%).

Revestimentos de cabos (3%).

CobreCobre

7/22/2019 pp1_fuso..[1]

35/35

Principais matrias-primas so o sulfeto de cobre e ferro (CuFeS2) e o sulfeto de cobre(Cu2S).O enxofre removido por calcinao e o cobre obtido transformado em cobremetalrgico por meio de fornos ou cobre eletroltico por eletrlise.

Provavelmente, cobre foi o primeiro metal que o homem extraiu da natureza, o que deu

incio Idade do Bronze..Cobre um dos metais mais versteis. A combinao de propriedades mecnicas,eltricas, trmicas e qumicas entre outras d ao metal uma extensa gama de aplicaes,seja na forma pura, seja em ligas como bronze, lato e outras.

Caractersticas

Condutividade eltrica: O cobre o material padro para condutores eltricos. Entretanto, em linhasde transmisso de alta potncia, o alumnio pode ser economicamente mais vantajoso porque, apesarda menor condutividade, tem massa especfica tambm menor, com um resultado lquido a favor.

Resistncia corroso: tem boa resistncia gua doce, gua do mar, solues salinas em geral,solos, solues custicas e cidos orgnicos.

usado em tubulaes para gua quente, vapor, circuitos de refrigerao sem amnia, radiadores,

condensadores, etc.