Produção do ferro fundido
As
gusas da primeira fusão que se obtém após o vazamento do alto-forno, são ligas
ferro-carbono de composição química muito semelhante à dos ferros fundidos.
Apesar
disso, só excepcionalmente são usadas como fundições dado que:
- as suas características mecânicas
são fracas;
- tem elevada dureza e portanto
revelam fraca maquinabilidade;
- são produzidas em quantidades muito
elevadas para as necessidades da maioria das fundições;
- não permitem uma afinação adequada,
dada a dificuldade de prever com rigor a composição de cada vazamento.
Por
isso, a gusa da primeira fusão que se destina a produção dos ferros fundidos é
vazado em lingoteiras onde solidifica. Após a solidificação, os lingotes são
referenciados de acordo com a sua composição química. Finalmente, procede-se a
uma segunda fusão, em fornos adequados, com o fim de se obterem os ferros
fundidos com a composição química pretendida e em quantidades compatíveis com
as necessidades das fundições.
Entre
os fornos mais utilizados para esta segunda fusão, podemos referir:
- os cadinhos
- os fornos de reverbero
- os cubilotes
- os fornos elétricos.
Os cadinhos
permitem obter ferros fundidos de boa qualidade, mas em pequenas quantidades,
pelo que é limitada a sua utilização.
Os fornos
de reverbero, possibilitam a obtenção de elevadas produções, mas de
fraca qualidade, dado o seu difícil controlo. Utilizam-se essencialmente para a
produção de gusas brancas de afinação.
O cubilote
é um forno muito antigo, mas que continua a ser utilizado devido ao seu elevado
rendimento térmico e a sua relatividade de fácil regulação. Destina-se
essencialmente a produção de ferros fundidos cinzentos e tem uma capacidade de
produção média.
Os fornos
elétricos são os mais recentes e possibilitam a obtenção de ferros
fundidos de alta qualidade.
Dado
que o funcionamento dos fornos elétricos
é idêntico ao dos utilizados na obtenção dos aços, e os cadinhos e os fornos de
revérberos tem uma aplicação industrial limitada, vamos estudar, ainda que
de forma sumária apenas o cubilote.
O cubilote
O cubilote é um forno de forma
cilíndrica, de 6 a 8 metros de altura, suportado por uma estrutura
de chapas de
aço revestido por tijolos refratários, geralmente sílico-aluminosas, com cerca
de 0,2 metros de espessura.
De
baixo para cima, podemos dividi-lo em quatro zonas
Zona 1:
- Cadinho: Parte
inferior onde se deposita a gusa fundida e cuja placa do fundo, em forma de
plano inclinada, é desmontável para permitir o acesso ao seu interior.
Na
parte mais baixa da placa existe um furo, o
alvado, que se destina ao escoamento do ferro fundido. Um pouco mais acima,
existe um orifício, chamado escoriador, que se destina a purga da escoria.
Do
lado oposto ao alvado, encontra-se a parte de queima, pala qual se inicia o aquecimento do forno.
Zona 2:
- Região que começa ao nível dos
algaravizes e que corresponde ao local onde se dá a combinação do oxigênio com o carbono,
formando-se o dióxido de carbono. É a
zona onde a temperatura é mais alta.
Zona 3:
- Região onde se dá a redução do
dióxido de carbono, originando, por isso, um
abaixamento da temperatura.
Zona 4:
- Cuba: Parte
superior, onde se verifica o aquecimento progressivo das cargas, e no cimo do
qual se encontra uma abertura lateral, a
boca, por onde estas se efetuam.
A
seguir a cuba, existe um chaminé, em
cima da qual se encontra uma câmara de
faulhas, dispositivo que se destina a evitar a projeção de materiais
incandescentes.
Para
iniciar o funcionamento do cubilote, é necessário colocar madeira sobre a placa
do fundo e, por cima desta uma camada de coque.
Inicia-se o aquecimento provocando a combustão da madeira através da
porta de queima.
A
combustão da madeira permite eliminar a humidade e iniciar a combustão do
coque.
Só
depois do cubilote quente de procede a carga, que se efetua em camadas
alternantes do coque, minério e fundente, na proporção de 10:
100: 3, respectivamente.
O
processo inicia-se fazendo funcionar o ventilador que força a passagem de ar
através dos algaravizes, originando uma corrente gasosa ascendente.
Esta
corrente vai provocar a formação do CO2 com grande elevação da temperatura,
para valores de ordem dos 1700°C, responsáveis pela fusão da carga.
No seu
trajeto ascendente, os gases vão encontrar outras camadas de coque,
verificando-se a decomposição de parte do CO2, com o consequente abaixamento da
temperatura.
Ao
descer, a carga aquece rapidamente (velocidade de descida da carga deve ser
idêntica a velocidade de combustão do coque), começando a fundir na marte média
da cuba, verificando-se a fusão completa bastante acima dos algaravizes.
Continuando a descer, o metal, já liquido, é sobreaquecido ao passar
pela zona 3 e 2 e acaba por se depositar no cadinho, onde a temperatura baixa
ligeiramente.
É
importante referir que, ao contrário do alto-forno, a atmosfera não é redutora
mas oxidante, pelo que é necessário tomar precauções para que as percentagens
de silício e manganês não baixem muito.
As perdas de silício são de ordem dos 10 a
35% e as de manganês de 15 a 50%.
Dado
que existe enxofre no coque, é necessário adicionar uma quantidade suplementar
de manganês (aproximadamente 1,7x%S) para eliminar este elemento tão
prejudicial.
O controlo da marcha deste forno é
feito através da regulação do ventilador, o que permite variar a quantidade de
oxigênio admitido de acordo com a carga e o tipo de ferro fundido pretendido.
O teor
em carbono das ligas assim obtidas varia geralmente entre 2,9 e 3,6%, podendo
obter-se, em certas condições, ligas com percentagens de carbono a partir de
2,2%.
O
vazamento do ferro fundido realiza-se pelo alvado
a intervalos regulares (20 minutos).
Dado
que as quantidades vazadas são limitadas, utiliza-se por vezes, um dispositivo,
chamado antecrisol, o qual armazena o ferro fundido de vários vazamentos.
O
orifício para a purga das escórias deve estar sempre aberto, para impedir que
estas obstruam os algaravizes,
Atualmente utilizam-se cubilotes alimentados por ar quente, o que
permite eliminar as perdas de silício e manganês, dado que a combustão do
carbono se efetua na quase totalidade ao nível dos algaravizes o que limita a
zona redutora e, portanto, a possibilidade de oxidação do Si e do Mn.
A
utilização dos cubilotes de ar quente é limitada por implicar custos de exploração muito mais elevados, por não permitir
obter ferros fundidos com baixo teor de carbono, por obrigar a elevados consumo
de agua para arrefecimento e por aumentar os riscos de explosão e intoxicação
(elevada % de CO).