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AÇOS CARBONO E AÇOS DE BAIXA LIGA

(fundidos de aço mais produzidos)

Prof. Guido Warmling

guido@sociesc.org.br

Março 2014

ELABORAÇÃO DO AÇO EM FORNO

ELÉTRICO A INDUÇÃO

FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Conceitos básicos

• Objetivo:

– Produção de aços de alta qualidade a partir de sucatas com composição química controlada (reciclagem de sucatas de aço especiais);

• Etapas do processo:

– Fusão rápida de sucatas a partir de indução magnética aplicada pela bobina com corrente de alta freqüência;

– Fusão em condição oxidante para refino dos gases N e H promovido por “boilling” de CO (não mantém escória líquida, não permitindo refino);

– Vazamento e desoxidação;

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FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Processo de carregamento do forno:

– Carregamento de sucata previamente preparada no forno

através da boca superior por cestos, eletro-imã ou

manualmente;

– Nos fornos de maior tamanho usam-se tampas para

minimizar as perdas térmicas por irradiação.

– Quando toda a sucata estiver líquida é feito novo

carregamento até atingir a capacidade do forno;

– Utiliza-se a máxima potência do forno em todas as etapas da

corrida.

FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Carga típica:

– Sucata com composição química controlada;

– Ferros-ligas;

– Minério de ferro (1 a 2% da carga) como agente oxidante

para realização do “boilling” de CO que minimiza a presença de

gases N e H nos banhos (particularmente importante para

cargas com elevadas quantidades de retornos e em fornos de

indução de pequena potência, que impõe pequena agitação ao

banho);

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FORNO DE INDUÇÃO

MATÉRIAS PRIMAS •Sucata de Aço

•Ferros-ligas

• NA FUSÃO DE AÇOS EM FORNOS DE INDUÇÃO É DIFICIL A

ELIMINAÇÃO DE IMPUREZAS TAIS COMO P , S , Pb , As , Sb , Sn.

•A REMOÇÃO DE GASES É DIFICULTADA PELA GEOMETRIA DO

FORNO E DEPENDERÁ MUITO DA TÉCNICA DE FUSÃO

EMPREGADA

QUALIDADE DO AÇO MATÉRIA -PRIMA

FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Vista geral de uma unidade de fusão de ferro / aço

(2 fornos a indução a cadinho)

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FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Partes de forno um forno a indução a cadinho

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FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Fusão oxidante:

– Em fornos de indução, a agitação do metal normalmente promove

a absorção de oxigênio pela carga, garantindo uma fusão oxidante;

– O oxigênio tem ação tenso ativa nos aços no estado líquido,

minimizando a absorção de N e de H;

– Desta forma, quanto mais atrasada ocorrer a desoxidação do aço,

menor será a possibilidade de reabsorção destes gases (“pick up”);

FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Variação da solubilidade de N e de H em aços com a

temperatura: possibilidade de formação de porosidades durante a

solidificação

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FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Refino do aço

• Fusão oxidante:

– A absorção natural de oxigênio do ar pela agitação dos fornos de

indução não é suficiente para reduzir teores de H e de N dos

banhos. Em pelo menos duas situações práticas esta redução seria

necessária para evitar a formação de porosidades:

– Fornos de indução de baixa potência

(relações peso (Kg) / potência (KVA) maiores que 1,5);

– Cargas constituídas por mais de 50% de retornos;

– Nestes casos, deve ser feito um “boilling” moderado dos banhos,

através da adição de 1 a 2% de minério de ferro nas cargas (com

perdas de C da ordem de 0,05 a 0,10%).

FUNDIÇÃO DE AÇO Fusão em forno a indução

Redução do H e do N de aço líquido

(através de “boilling” de CO)

• As reações químicas envolvidas são as seguintes:

– C + O ► CO (gas) – gera o “boilling”

A baixa pressão parcial de H e de N nas bolhas

de CO desloca o equilíbrio das reações abaixo

para direita, facilitando a desgaseificação

– N ► ½ N2 (gás)

– H ► ½ H2 (gás)

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FORNO DE INDUÇÃO

“TEOR DE GASES DISSOLVIDOS AUMENTA

RAPIDAMENTE COM O TEMPO DE

MANUTENÇÃO A TEMPERATURAS ELEVADAS”

HIDROGÊNIO

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NITROGÊNIO

OXIGÊNIO

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• POSSÍVEL REALIZAR “BOILING” EM FORNOS DE

INDUÇÃO COM A ADIÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO;

• REAÇÃO COM CARBONO PROMOVE FORMAÇÃO

DE CO, QUE SENDO GASOSO TENDE A SAIR DO

BANHO LÍQUIDO;

• NA SAÍDA HAVERÁ ARRASTE DE OUTROS GASES

DISSOLVIDOS NO AÇO LÍQUIDO;

• “COLCHÃO DE CO” EVITA ABSORÇÃO DE

NITROGÊNIO.

HIDROGÊNIO

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NITROGÊNIO

• FERROS-LIGAS: adicionar junto com a sucata

os elementos menos oxidáveis, permitindo um

ambiente ligeiramente oxidante, e a ocorrência

de “boil” com a evolução de CO pela reação :

C + O = CO

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• EM FUNDIÇÕES , O TRATAMENTO DO METAL LÍQUIDO

GERALMENTE SE REALIZA NO FORNO E NA

TRANSFERÊNCIA DO FORNO PARA A PANELA DE

VAZAMENTO

METALURGIA DE PANELA / REFINO SECUNDÁRIO

DESOXIDAR E MODIFICAR A MORFOLOGIA DAS

INCLUSÕES