Artigo - Métodos de Nodularização para a Produção de Ferro Fundido Nodular

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FERRO FUNDIDO Métodos de nodularização para a produção de ferro fundido nodular Prem P. Mohla e Eli David produção mundial de fundidos não são bem definidos. Vários fatores A desenvolvidos com ferro fundi- baseados na engenharia, operação, meio do nodular ultrapassa, atual- ambiente, segurança, custo, metalurgia e A produção de ferro fundido mente, 10 milhões de toneladas. Para qualidade são importantes para a seleção nodular requer tratamentos que este material encontre novas apli- do processo. Este artigo propõe um siste- de nodularização e cações, é preciso que apresente uma ma de classificação comparativo. inoculação adequados, para alta nodularidade e boa contagem de Os principais métodos de nodulariza- que as peças produzidas nódulos, com uma matriz previsível e ção desenvolvidos desde a descoberta do apresentem uma boa qualidade. Este artigo pura, sem carbonetos, Os metais com ferro fundido nodular, há 50 anos, utili- propõe um sistema de estas características produzem mate- zam 0 magnésio e suas ligas. A especifi- classificação comparativo riais consistentes, que podem ser utili- cidade destes processos indica que a pro- entre OS principais métodos zados no estado bruto de fundição ou dução do metal em questão é mais do que de nodularização, discutindo tratados termicamente, para desen- simplesmente a adição de elementos de ainda 0 controle da volvimento de componentes com um liga ao ferro fundido cinzento, ou seja: qualidade e alguns desempenho ideal. processos de inoculação, A tecnologia do ferro fundido nodular 0 magnésio é mais leve que 0 ferro, que facilitam a escolha da consiste em dois importantes processos flutuando no topo do banho fundido e técnica adequada para cada 0 tratamento de nodularização e a inocu- queimando no ar processo de fundição em lação que controlam a qualidade meta- 0 magnésio apresenta alta pressão particular. lúrgica e o desempenho. de vapor e baixo ponto de ebulição nas Há diversos processos de tratamento temperaturas de tratamento normais do de nodularização e técnicas de inoculação ferro fundido, causando uma violenta rea- disponíveis. A escolha da técnica mais ção adequada para uma fundição em particu- 0 magnésio tem baixa solubilidade torna-se difícil quando requisitos e a sua dissolução no ferro é difícil. Este elemento também apre- senta alta afinidade com Vazamento por enxofre e 0 oxigênio, Arame com alma de cime 10% Sendwich 20% 5% causando uma excessiva incrustação nas panelas (no 10% de vazamento 0 magnésio perde seu efeito nodularizante Conversor 10% (desvanece) com tempo, devido à reoxi- Sigmal dação. Em altas concen- Tundish 30% trações, favorece a for- 5% 5% mação de carbonetos na estimative mundial de 1993) uso de ligas-mes- Os autores são da GlobeTech divisão da Globe Sales de Ohio (EUA). Este artigo original- Fig. 1 Distribuição do processo de produção de ferro tras de magnésio com ments publicado na revista Foundry Management & fundido nodular de abril de 1997. Reprodução autorizada editor silício e níquel tem eli- Tradução 8 reprodução de Rodrigues 48 Fundição e Serviços -OUTUBRO 1998Tab. 1 Métodos de tratamento do ferro fundido nodular do Tratamento) Variávels Panela Sandwich Tundish Plugue Imersão Sigmat Conversor In-molde Arame com aberta (No molde) alma de poroso Fábricas existentes 9 8 7 6 5 7 2 6 5 Fábricas novas 2 5 8 4 3 8 9 9 9 3 6 2 9 2 Espaço disponível 6 6 6 4 Tamanho do tratamento 5.000 kg 9 9 8 4 4 6 1 9 2 Tamanho do tratamento 500 kg 6 8 9 6 7 9 3 9 4 Tamanho do tratamento 2000 4000 kg 2 4 5 6 6 6 8 9 9 Tamanho do tratamento kg 2 3 4 5 5 6 9 9 9 Flexibilidade 7 5 5 7 3 7 4 9 4 Compatibilidade com vazamento manual 8 8 8 9 9 9 5 7 5 Compatibilidade com vazamento automático 3 6 7 7 7 6 9 9 9 6 7 5 9 8 Requisitos de mão-de-obra 7 7 7 7 Grau de automação 2 4 6 6 4 5 7 9 8 Compatibilidade com a máquina de moldagem 9 9 9 6 7 9 8 8 6 Capacidade da fábrica 10.000 típica 7 9 7 4 3 9 2 9 2 4 7 5 9 6 Capacidade da fábrica 10.000/3.000 típica 4 6 8 3 Capacidade da fábrica típica 2 4 8 3 4 6 8 9 9 Capacidade da fábrica 10.000 típica 1 4 8 3 4 5 9 9 9 Fábrica cativa 1 6 7 5 5 7 9 9 9 5 6 7 2 5 Fundição para terceiros 1 6 9 5 Custo do equipamento 1 3 5 4 6 3 9 1 7 Problemas ambientais 1 4 7 2 5 7 3 9 4 Segurança 3 5 7 5 6 7 3 9 6 6 7 3 8 4 Treinamento do pessoal 9 8 7 7 Manutenção do equipamento 7 7 5 5 4 5 3 9 4 Na classificação acima, 1 é considerado menos vantajoso e 9 mais vantajoso. minado algumas desvantagens, embora considerando-se algumas variáveis. Esta cia da interação de cada variável com magnésio puro ainda possa ser considera- comparação é baseada numa escala de outros fatores do processo de fundição. do um atraente agente nodularizante, valores de 1 a 9, na qual 0.9 equivale ao A tabela 1 mostra a classificação dos devido ao seu baixo Os tratamentos processo mais desejável e importante, vários processos baseados na engenharia de nodularização mais utilizados enquanto 0 1 refere-se ao menos adequa- da fábrica e nas variáveis mente estão distribuídos em cerca de 10 do ou com atributos negativos. Esta clas- Um alto valor não significa, categorias. A produção aproximada por sificação é utilizada somente para ilustrar mente, que aquele seja 0 melhor processo tonelagem de fundidos de engenharia, valores comparativos, difíceis de serem para todas as situações. As fundições pre- para cada um destes processos, é mostra- estabelecídos devido à relativa importân- cisam realizar o seu próprio estudo. deter- da na figura 1. minando as suas idades Embora processos de e seus respectivos pesos nodularização em panela médios, visando a uma pre- produzam as maiores quanti- cisão mais exata. A compa- dades de ferro fundido nodu- ração mostra as principais lar, outros estão ganhando características de cada pro- terreno por oferecerem algu- cesso, quando confrontados mas vantagens específicas. A um com outro. dúvida dos fundidores está A tabela 2 mostra uma em qual desses processos comparação da classifi utilizar. realizada, Visando a facilitar a as questões técnicas e de escolha do processo adequa- controle da qualidade. Esse do, vários métodos de nodu- estudo diferencia as caracte- Fig. 2 - Seqüência de tratamento de nodularização do ferro e larização foram comparados, rísticas especiais, criando inoculação executada em um passo 49 Fundição e Serviços OUTUBRO, 1998FERRO FUNDIDO Tab. 2 Métodos de tratamento metalúrgico, qualidade e custo do tratamento do ferro fundido nodular Variávels Panela Sandwich Tundish Plugue Imersão Sigmat Conversor In-mold Arame com aberta poroso (No molde) alma de Inoculante Recuperação do magnésio 4 6 7 4 5 6 4 9 3 Capacidade de dessulfuração 3 4 5 8 6 3 9 1 9 Efeito no rendimento do vazamento 7 7 8 8 8 8 9 1 9 Efeito no espaço do molde 9 9 9 8 8 9 8 1 8 Potencial para desvanecimento 4 4 6 5 5 6 5 9 5 Potencial para carbonetos 4 4 5 4 4 6 2 9 2 Custo do agente nodularizante 6 6 6 5 3 4 9 4 1 Custo do tratamento de nodularização 3 5 7 4 4 5 7 9 1 Custo da 6 6 5 5 6 7 3 9 3 Superaquecimento requerido 2 3 6 5 4 7 7 9 5 Tendência de contração 6 6 7 6 6 7 4 9 4 Tendência de inclusões 4 5 6 7 7 7 9 2 8 Consistência das propriedades de fundição 3 4 6 7 7 8 8 9 8 Usinabilidade 3 7 7 6 6 7 8 7 8 Requisitos de controle químico 5 7 7 6 6 7 5 9 4 Requisitos do controle de qualidade 5 9 9 5 4 7 6 2 6 Percepção do cliente 4 9 9 5 4 7 6 4 6 Na classificação considerado menos vantajoso e 9 o mais vantajoso. um sistema que permite que a fundição tundish e sandwich são os métodos in-mold (no molde) parece ser 0 melhor investigue um determinado fator com mais largamente utilizados, pois são sim- método para produzir ferro fundido nodular mais detalhes. ples, confiáveis e não requerem altos de alta integridade, necessitando mais con- Ambas as tabelas mostram porque 0 investimentos em maquinário. 0 processo trole de qualidade que OS outros métodos. NTO RACAO Fornecemos peças para máquinas: Agrícolas, Têxteis e Calçados Peças Técnicas sob encomenda Capacidade mat Instalada: Zamak até 5 kg yen Alumínio até 3 kg Máquinas câmara fria Ferramentaria própria 36 montagem Usinagem em geral ANOS de peças injetadas De experiência Grade Metais Ltda. METALÚRGICA GERLING LTDA. SP Fundição sob pressão em Aluminio e Zamak 03138-040 Estrada dos Timm, 1007 Dist. Industrial mail: prudente@ sp.com br CEP 93032-430 São Leopoldo - RS Fone/Fax: (051) 588-1355 Serviço de consulta 6212 Serviço de consulta 6213 Serviço de consulta 6214O processo do conversor e do mação de carbonetos. Por esta fio de arame com alma do agente 10 este processo é realizado nodularizante é baseado na adição após tratamento de nodulariza- de magnésio puro. As vantagens 9 ção. Atualmente, a inoculação destes métodos originam-se do do desempenha um papel de maior fato de que a dessulfuração e a relevância, assegurando a obten- nodularização simultânea podem ção de fundidos com propriedades ser alcançadas com um único ideais. passo. Para a produção de fundidos 2 processo Sigmat é uma com maior resistência ao impacto versão melhorada do processo boa usinabilidade, 0 processo de Flotret. As pequenas e médias inoculação tornou-se tão crítico fundições devem considerar a quanto 0 tratamento de nodulari- sua simplicidade, baixo investi- Fig. 3 Eficiência da inoculação relativa das diferentes zação. As principais preocupações mento em equipamento e custo técnicas de aplicação tanto dos fornecedores de inocu- do tratamento de nodularização, lantes quanto dos usuários dizem a obtenção de um ferro mais limpo e de antes do tratamento de nodularização. respeito às melhorias da eficiência, consis- superior qualidade metalúrgica, além da Neste caso, 0 plugue poroso oferece uma tência e confiabilidade da inoculação. capacidade de se tratar quantidades variá- alternativa de baixo custo. A inoculação em panela ainda é popu- veis de ferro. lar em grandes e pequenas fundições, A panela para processo do plugue sendo simples, de custo acessível e flexível poroso oferece a vantagem de não precisar TÉCNICAS DE INOCULAÇÃO em relação às taxas de adição que podem ser trocada para a dessulfuração, nodulari- ser alteradas, embora 0 seu efeito se perca zação ou a inoculação do ferro. Como algu- A inoculação aumenta o número de com tempo (desvanecimento). Este fato mas matérias-primas contêm alto teor de núcleos disponíveis, provocando a precipi- tem levado ao desenvolvimento de inocu- enxofre, ferro precisa ser dessulfurado tação da grafita esferoidal e evitando a for- lantes de panela patenteados, que resistem QUEM CONHECE FAZ MELHOR PARA UMA FORTE LIGA 101 é um produto pré- gelatinoso com grande capaci- dade de absorção de água à tem- peratura ambiente, que 0 trans- forma em um GEL com caracte- rística de "forte liga". Pré-Gel 101 adicionado em arei- as de fundição processo verde, melhora sua plasticidade, evita 0 descascamento e 0 esfarela- mento, permitindo a extração de moldes perfeitos, sem trincas ou quebra de cantos. Pré-gel 101 é usado nas maiores industrias de fundição do Brasil. FUNDIÇÃO DE FERRO CINZENTO, NODULAR E SUAS LIGAS PROCESSO DE SHELL MOLDING (0800) kowalski PEÇAS ATÉ 1 Kg. FORNO A INDUÇÃO garantia de qualidade Nossa Qualidade e Agilidade Faz a Diferença Representante para Estado de São Paulo MER Fax: (011) 3675-0202 Telefone: 3675-2555 http://www.vitali.com.br Bairro e-mail: food@vitali.com.br em servir Fone: (011) 6603 46 Serviço de consulta 6215 Serviço de consulta 6216FUNDIÇÃO MODELO LTDA. ao desvanecimento. Os novos inoculantes quente, além de uma mistura para dissolver contêm elementos de liga especiais como uniformemente 0 inoculante. A panela de bário, bismuto e alumínio, sendo eficientes automático antes da barra CHM Propaganda na redução de carbonetos em seções finas, tampão ou a panela de vazamento inter- além de minimizar 0 desvanecimento. mediária são vistas como recipientes ideais Diversas técnicas de inoculação, poste- para a adição do inoculante de fios de riores à nodularização de ferros fundidos arame. são empregadas em todo 0 mundo. A ino- Um filtro de inoculação que combina culação no jato de metal requer um mate- efeito da inoculação com 0 da filtração, foi rial com grão fino, análise química adequa- recentemente desenvolvido. 0 inoculante Materiais ferrosos: da e baixo teor de 0 material na forma de bloco prensado é encapsulado Terro cinzento, branco e injetado no jato de ferro quando é vazado no filtro e a montagem total é colocada no moide. dentro do molde, no sistema de alimenta- Materiais não Há diversos tipos de dis- ção. A dissolvição do inoculante é controla errosos: alumínio, poníveis para a injeção, sendo utilizados e minimiza risco da entrada de e latão. em conjunto com 0 vazamento automático inclusões ou áreas ricas em silício. A com- ou nas linhas de moldagem de alta produ- posição do bloco prensado pode ser formu- Modelação própria ção. Embora esta técnica seja eficiente, lada para atingir resultados específicos, linha de ferramentas uma boa quantidade de inoculante é consu- como a eliminação de microporosidades e mida. Deve-se tomar precauções para que carbonetos. Rua Lázaro Dálcin, 391 Centro Cajamar SP CEP: 07750-000 material do topo do molde não seja arrasta- A escolha por uma determinada técnica Fone/Fax: (011) 7897-4163 7897-4562 do para dentro dele, evitando a contamina- de inoculação é pois todas são bem Vendas: Ramal 23 ção do metal vazado com a areia. aceitas e requerem diferentes materiais. A e-mail: fmodelo@kyotec.com.br A inoculação no molde é uma técnica figura 3 mostra a comparação entre a classi- antiga. Inicialmente, produção de ferro ficação de diferentes técnicas de inocula- Serviço de consulta 6217 fundido nodular era realizada pela adição ção, em função das variáveis de fundição. de uma pitada de inoculante em po na base Muitos fundidores, entretanto, recorrem do canal, para evitar 0 problema da forma- a uma multiplicidade de técnicas como, por ção de carbonetos. exemplo, inoculações no jato e no molde, A sofisticação desta técnica deu-se com com 0 objetivo de alcançar melhores a maior disponibilidade de materiais. 0 resultados. Acredita-se que esta prática pro- inoculante com uma distribuição granulo- duza nódulos mais uniformes e bem distri- métrica apropriada é adicionado na câmara buídos, ajudando na Matérias de inoculação, geralmente localizada na Também é importante considerar 0 tra- para Fundição bacia do canal de descida. Os princípios de tamento de nodularização a ser utilizado, dissolução da liga, similares ao processo quando decidida a técnica de pós-inocula- Ferro Silício Magnésio Ferro Silício in-mold. são utlizados para projeto da Os processos de tratamento de modula- Ferro Manganês Carbono de inoculação. rização baseados no magnésio puro geral- Ferro Cromo e Outra forma de inoculação no molde é mente requerem um efeito de inoculação Baixo Carbono realizada com insertos pré-formados e sóli- mais forte e confiável, evitando fundidos Ferro Molibdênio dos, com peso controlado de ferro-liga, que duros. Nestes dois inoculantes são Ferro Titânio são colocados no fundo do canal de desci- adicionados simultaneamente para garantir Ferro Vanádio Cálcio Silício da do Uma variação de inoculante é maior apesar de a adição Inoculantes para um bloco prensado e sinterizado que de inoculantes ser ainda uma questão pro- Cinzento e Nodular assegura peso e tamanho precisos para a Silício Metálico adição. 0 ferro fundido nodular tem comprova- Níquel Quando um inoculante sólido for utili- do ser um bom material para os projetistas. Cobre zado no molde, 0 metal vazado deve estar Algumas melhorias em sua tecnologia de Aluminio Granulado quente 0 suficiente para aquecer 0 inocu- produção vão gerar novas aplicações lante rapidamente, assegurando que todo 0 para os fundidos em ferro nodular. As Av. Dr. Antonio João Abdala, 32 07760-000 ferro seja inoculado. boas práticas de fundição e 0 seu res- Jordanésia SP A inoculação com fios de arame com pectivo controle permitem que sejam Tel/Fax: (011) 7897-5101 alma de inoculante também é eficiente. produzidos fundidos de alta qualidade, e-mail formilig@uol.com.br mas requer uma boa quantidade de ferro a preços competitivos. Serviço de consulta 6218 52 Fundição e Serviços OUTUBRO, 1998