Prof. Hélio Padilha
Introdução

Essencialmente, todo
metal ou liga metálica
líquida necessária à
obtenção de peças
fundidas é obtida
dentro da própria
fundição. Exceção
ocorre quando a
fundição é próxima a
uma aciaria, alto-forno
ou outra fonte de
metal líquido,
elaborado para uso
final ou não.
Introdução

Uma mesma liga pode ser elaborada em
mais de um equipamento. A escolha do
forno a ser usado depende, dentre outros:
 do tipo de liga
 quantidade desejada
 disponibilidade de fonte de energia a custo
acessível
 capacidade de investimento e retorno de capital
 acesso tecnológico da fundição
Fornos elétricos

Embora os fornos a combustível apresentem em
geral mais economia no aquecimento que os
elétricos, os fornos elétricos:
 São menos poluentes
 Possuem maior facilidade de automação
 Melhor homogeneidade de composição e temperatura
pela agitação gerada no metal
 Melhor controle de temperatura
 Melhor controle de potência aplicada sobre o metal

O aquecimento elétrico é especialmente
recomendado quando:
 A temperatura necessária é muito alta
 O produto manipulado é de valor muito elevado em
relação ao custo do equipamento
 Extrema precisão de controle é necessária
 A limpeza é essencial
Fornos a arco elétrico

O forno a arco indireto - o
arco é formado entre os
eletrodos e o calor irradiado
para a carga - é um forno
pouco utilizado,
principalmente devido ao
elevado custo dos eletrodos.
Já o forno a arco direto tem
sua maior aplicação em
aciarias para fabricação de
grandes quantidades de aço
a partir de sucata (pelo
processo ácido ou básico) e
em fundições de grande
porte.
Fornos a arco elétrico


A vantagem do forno a arco elétrico
reside na simplicidade e rapidez
das operações para chegar-se a
fundir certa quantidade de material.
Aqui não há ventiladores,
combustível, cinzas, nem escórias.
Acionando uma simples chave
elétrica, começa a funcionar o
aparelho e seu funcionamento não
é alterado quimicamente por gases
nem por algum produto da
combustão.
Em um forno de tamanho regular
consome-se 1 kWh por quilo de
material fundido e para fundir uma
tonelada levam-se
aproximadamente 2 horas.
Fornos a arco elétrico


Obviamente, quanto maior a potência instalada, tanto mais rápida,
em princípio será a fusão da carga. Entretanto, a radiação causada
pela alta energia disponível no arco acelera o desgaste dos
refratários das paredes e da abóbada do forno.
A temperatura do arco corresponde à temperatura de ebulição do
material que constitui o eletrodo. No caso de eletrodos de carbono,
a temperatura é de 4197 ºC (estima-se que a temperatura no centro
do arco esteja entre 10.000 e 18.000 ºC).
Fornos a arco elétrico
A carga do forno a arco é composta de sucata e ferro-ligas nas
usinas não-integradas. A necessidade de se aproveitar os
elementos de liga contidos na sucata e se evitar a presença de
elementos indesejáveis em determinados aços, exige do
operador de forno elétrico uma cuidadosa separação e
armazenamento da sucata.
 Além disto, o aspecto físico da sucata é também importante.
Uma vez que a sucata pode ter densidade aparente muito baixa
(sucata a granel tem densidade da ordem de 1t/m3), é
importante balancear corretamente a carga, para se evitar a
necessidade de muitos carregamentos, que comprometam a
produtividade.
 Nos fornos de revestimento ácido, a carga deve ter mínimas
quantidades de fósforo e enxofre. Nos fornos de revestimento
básico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silício.

Forno elétrico de indução

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Os chamados fornos de indução
são amplamente utilizados em
fundições, sendo sua capacidade
desde algumas dezenas de quilos
até 25 toneladas. Não são usuais
fora dessa faixa, embora possam
ser construídos para fins
laboratoriais até para menos de
1kg.
O princípio de funcionamento é o
mesmo de um transformador: uma
corrente variável (gerada por uma
bobina) gera uma campo magnético
variável, que gera uma corrente
variável induzida no secundário
(neste caso a carga metálica. Essa
corrente induzida aquece a carga
devido sua resistividade elétrica.
Forno de indução a cadinho
Também chamado de forno de indução
sem núcleo magnético, quando o
próprio metal que se deseja fundir
funciona como secundário.
 O início da operação é normalmente
feito com carga sólida, porém, após a
primeira fusão, é comum deixar certa
quantidade de carga líquida no forno.
Com cerca de 15 a 20% do total,
normalmente chamado de “pé de
banho”, essa quantidade ajuda a
aumentar a velocidade de fusão da
próxima carga.
 O consumo de energia para fornos de
indução maiores é de cerca de 550
kWh/t de aço fundido, cerca de 20 a
30% a mais que os fornos a arco de
maior porte que hoje possuem
consumo de 350 a 400 kWh/t de aço
produzido.

Forno de indução a canal

Também chamado de forno de indução com núcleo
magnético, esse forno possui um núcleo de aço magnético,
do tipo usado em transformadores, no qual é enrolada uma
bobina, normalmente de cobre refrigerado à água. A
aplicação de uma tensão entre as extremidades da bobina
gera uma corrente alternada (primária) que induz um campo
eletromagnético alternado no canal preenchido pelo metal.
Forno de indução a canal
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Esses fornos trabalham com a frequência da rede (60 Hz) e
o canal deve conter metal líquido para facilitar a fusão e
evitar seu entupimento.
No início da operação, quando ainda não há metal líquido, o
canal é aquecido através de maçaricos e então é vazado
metal líquido para iniciar sua operação.
Logo percebe-se que nunca o forno a canal pode ficar vazio
ou esgotar totalmente a carga sem que haja carga líquida
inicial. É um problema também a troca de ligas, já que o
líquido remanescente pode influenciar a liga seguinte.
Os fornos a canal possuem melhor rendimento térmico e
menor flexibilidade, sendo usado em fundições que possuem
estabilidade de tipo de liga produzida.
São muito aplicáveis a ferros fundidos e ligas de cobre.
Forno elétrico a resistência
Nos fornos de resistência, a passagem de corrente elétrica pela
resistência metálica aquece-a e esta irradia calor que preaquece,
funde e sobreaquece o metal. A resistência pode encontrar-se no
interior ou no exterior do forno.
 Tem sua utilização restrita a ligas de alumínio ou outras não
ferrosas, de baixo ponto de fusão. Pode funcionar bem como forno
de espera - manutenção de temperatura e pequenos acertos - para
essas mesmas ligas.

Forno a cadinho
O forno a cadinho é o mais comum e mais antigo tipo de forno
utilizado para fundir metais. Esse tipo de forno é muito fácil de
ser construído, é relativamente barato porém sua eficiência é
baixa e só é recomendado para baixas produtividades.
 A estrutura construtiva de um forno a cadinho é bem simples
consiste em uma carcaça de aço e um revestimento interno de
refratário que pode ser uma combinação de tijolos e cimento
refratário ou somente uma peça monolítica de cimento
refratário. Em alguns fornos elétricos também encontra-se uma
camada de revestimento isolante de manta cerâmica.
 Os fornos a cadinho são divididos em 3 tipos:

 De elevação
 Estacionário
 Basculante
Forno a cadinho

Um forno a cadinho típico apresenta as
seguintes características:
 Formato usualmente cilíndrico com uma estrutura
externa usualmente em aço.
 Possui em seu interior um cadinho, que é um
recipiente feito de material resistente ao calor que
conterá o metal líquido. O material do cadinho pode
ser ferro fundido ou aço mas usualmente são feitos de
grafite ou carbureto de silício.
 O aquecimento desse cadinho pode ser com
combustíveis líquidos, gasosos ou sólidos, bem como
resistência elétrica.
 Haverá sempre um sistema de alimentação de energia
que pode ser:
○ Injeção de combustível e ar.
○ Equipamentos elétricos para controle da potência na
resistência elétrica.
Forno Cubilot


Utilizado na maioria das
fundições de ferro, é um forno
de cuba vertical. Consiste
essencialmente em um cilindro
de placas de ferro, revestido
em seu interior com ladrilhos
refratários, que é sustentado
por apoios ou colunas. A parte
interior do cubilô, em que se
deposita o ferro fundido,
denomina-se crisol.
No crisol ou parte inferior do
cubilô, entre os canais e a
placa de fundo, deposita-se o
ferro fundido, flutuando as
escórias sobre a superfície do
ferro líquido.
Forno Cubilot

Na parte superior do cubilô,
encontra-se uma abertura
lateral chamada alçapão,
pela qual são introduzidas
as matérias-primas para a
fundição do ferro: ferro
fundido, sucata, coque e
calcário. O cubilô prolongase acima do alçapão,
terminando finalmente na
chaminé por onde saem os
gases produzidos pela
combustão do carbono e
demais processos químicos
que se produzem no forno.
Forno Cubilot

Processamento:
 A combustão do coque
libera o calor necessário
ao pré-aquecimento, à
fusão e ao
sobreaquecimento do
metal. Dentro do cubilot
tem-se uma camada de
coque que atinge certo
nível acima das
ventaneiras. Essa camada
é chamada cama ou pé de
coque. Como comburente
na combustão do coque
tem-se o oxigênio do ar
soprado pelas ventaneiras.
Forno Cubilot
Pela porta de carregamento introduz-se a matéria-prima
metálica em cargas alternadas com cargas de coque que
substitui a parcela que se queima no pé de coque e o
fundente para retirar as impurezas resultantes do
processo sob a forma de escória, usualmente calcário.
 Ao descer, no interior do cubilot, preaquecidas pelos
gases ascendentes, as cargas metálicas fundem-se
quando atingem a zona de fusão. As gotas de metal
líquido são sobreaquecidas quando atravessam o pé de
coque e, em seguida, depositam-se no cadinho.
 O metal líquido sai pelo orifício de sangria (ou furo de
corrida) e a escória pelo orifício de escória.

Forno Cubilot

Produção:
 A produção horária pode ser estimada pela
equação: P=6D2, onde:
○ P = vazão de ferro fundido em t/h
○ D = diâmetro interno do revestimento em m
 Um cubilot industrial não deve ter diâmetro inferior
a 600mm, portanto a produção mínima de um forno
como este é de 1,5t/h. Por razões econômicas e de
qualidade do ferro fundido, recomenda-se uma
duração mínima de funcionamento de 3 horas.
Resulta que a produção de um cubilot industrial
não deve ser inferior a 5 toneladas por fusão.
Quando a duração da fusão é inferior a 3 horas, o
consumo de coque torna-se exagerado.
Forno a vácuo
O processo de fusão a vácuo foi
originalmente desenvolvido para
processamento de ligas especiais e
tornou-se mais comum à medida
que o processo foi sendo
desenvolvido.
 Como o nome sugere, o metal é
fundido sob condições de vácuo
usando um forno usualmente de
indução sem núcleo magnético. O
forno é envolto em uma jaqueta de
aço refrigerado e com resistência
para suportar as ações do vácuo.

Forno a vácuo
São normalmente processados materiais
que possuem grande afinidade com gases,
como oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, e o
objetivo é prevenir a contaminação com
esses gases. Logo, é utilizado para
processar materiais de alta pureza ou com
estreita composição química.
 Usados principalmente para superligas e
aços inoxidáveis e também outras ligas de
responsabilidade. São produzidas ligas de
alta pureza, eletrodos, ligas de base para
processos de fusão em cera perdida e
peças fundidas de aplicações aeronáuticas.

Forno Panela

No forno panela, como o nome
sugere, a própria panela é
utilizada como reator para
operações de tratamento do aço,
liberando o forno para a próxima
corrida. Construtivamente,
compõe-se de uma abóbada de
aço revestida com material
refratário por onde passam os
eletrodos do sistema de
aquecimento, de um sistema de
borbulhamento de gás inerte.
Forno Panela

Esse sistema possibilita manter
aquecidos o aço e a escória em uma
atmosfera que é fundamental para a
qualidade do aço. As principais
operações realizadas no forno panela
são:





Desoxidação
Dessulfuração
Adição de elementos especiais
Correção de composição química
Acerto da temperatura de liberação para as
próximas etapas.