Apostila de Mecatrônica   Qualificação Profissional

Apostila de Mecatrônica Qualificação Profissional


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menor custo de processamento, esse material está substituindo alguns tipos de aços e de
ferros fundidos maleáveis na maioria de suas aplicações.
Veja abaixo um resumo das características de cada tipo de ferro fundido:
Tipo de Ferro Fundido Propriedades Produtos
Ferro fundido cinzento Boa usinabilidade. Blocos e cabeçotes de motor,
Capacidade de amortecer carcaças e platôs de
vibrações embreagem, discos e tambores
de freio; suportes, bases e
barramentos de máquinas
industriais
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Tipo de Ferro Fundido Propriedades Produtos
Ferro fundido branco Dureza e fragilidade. Elevada Equipamentos de manuseio de
resistência à compressão. terra, mineração e moagem;
Resistência ao desgaste e à rodas de vagões;
abrasão. revestimentos de moinhos
Ferro fundido maleável Alta resistência mecânica e Suportes de molas, caixas de
(preto ou branco) alta fluidez no estado líquido. direção, cubos de roda; cone-
Resistência ao choque e às xões para tubulações hidráuli-
deformações. cas e industriais. Suportes de
barras de torção, corpos de
mancais, flanges para tubos de
escapamento
Ferro fundido nodular Ductilidade, tenacidade, Mancais, virabrequins, caixas
usinabilidade. Resistência de diferencial, carcaças de
 mecânica e à corrosão transmissão, caixas satélites
para automóveis, caminhões e
tratores
Os produtos de ferro fundido seguem as normas da ABNT (Associação Brasileira de Normas
Técnicas). Nos catálogos, esses produtos são apresentados de acordo com designações ou
especificações dessas normas.
FABRICAÇÃO DO AÇO
Para que o ferro gusa se transforme em aço, é preciso que ele passe por um processo de
oxidação - combinação do ferro e das impurezas com o oxigênio \u2013 que faz com que a concentração
de carbono e das impurezas seja reduzida a valores ideais.
A fabricação do aço é uma técnica utilizada desde os tempos antigos. Eram técnicas rudimen-
tares, mas, a partir de muitas pesquisas, criaram-se diversas formas de transformar o ferro gusa
em aço. Essa transformação depende de algumas reações e modificações químicas com o ferro
gusa. Essas reações e modificações são sempre as mesmas. O que muda é o ambiente onde essas
reações acontecem e a maneira como elas são provocadas. Para isso são necessário tipos variados
de fornos.
Levou muito tempo até que se descobrisse a forma ideal de realizar essa transformação. Em
1847, o inglês Henry Bessemer e o americano, Willian Kelly desenvolveram a técnica de injetar ar
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sob pressão de forma que ele atravessasse o ferro gusa. Esse processo permitiu a produção de aço
em grandes quantidades.
Os fornos que usam a injeção de ar ou oxigênio diretamente no ferro gusa líquido são conhe-
cidos como \u201cconversores\u201d. Os tipos mais conhecidos de conversores são os seguintes :
\u2022 conversor Thomas
\u2022 conversor Bessemer
\u2022 conversor LD (Linz Donawitz)
Para realizar adição de elementos de liga para melhorar as propriedades do aço, utilizam-se
fornos elétricos. A adição de certos elementos garante características especiais, gerando um aço de
maior qualidade.
Existem dois tipos de fornos elétricos: a arco elétrico e de indução.
O aço produzido nos fornos elétricos pode ser transformado em chapas, tarugos, perfis
laminados e peças fundidas.
Fornos a arco elétrico
O forno a arco elétrico é construído com uma carcaça de aço montada com chapas grossas
soldadas ou rebitadas, formando um recipiente cilíndrico com fundo abaulado. A carcaça é revestida
por materiais refratários. Existem eletrodos responsáveis pela formação do arco elétrico que são
colocados na parte superior do forno, juntamente com a carga metálica.
O conversor LD é formado por uma carcaça cilíndrica de aço revestida com materiais refra-
tários (dolomita ou magnesita) para garantir resistência ao calor. A injeção do oxigênio é feita por
meio de uma lança metálica composta de vários tubos de aço. O jato de oxigênio é dirigido para a
superfície do gusa líquido. Essa região de contato é chamada de zona de impacto.
 zonas de alto forno
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É importante conhecer as zonas de um alto forno para entender como ocorrem os processos
dentro dele. Na zona de impacto, a reação de oxidação é muito intensa, o que leva a temperatura a
atingir entre 2.500 e 3.000°C. Com essa elevação, aceleram-se as reações de oxidação no ferro-gusa
líquido, provocando uma forte agitação do banho. Nesse conversor, a contaminação do aço por nitrogê-
nio é muito pequena porque se usa oxigênio puro. Isso é um fator importante para os aços que passarão
por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminação causa defeitos na solda.
Com sucata e cal (que é utilizado como material fundente), forma-se a carga de um forno a arco.
A carga deve ter mínimas quantidades de fósforo e enxofre nos fornos de revestimento ácido, enquanto
que nos fornos de revestimento básico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silício.
Algumas reações químicas acontecem durante o processo:
\u2022 Oxidação: as impurezas e o carbono são oxidados
\u2022 Desoxidação: retirada dos óxidos com a ajuda de agentes
desoxidantes
\u2022 Dessulfuração: retirada do enxofre. É um processo que permite o
controle preciso das quantidades de carbono presentes no aço.
É um forno formado por um gerador com motor de acionamento, uma bateria de condensadores
e uma câmara de aquecimento. Essa câmara é basculante e tem, no exterior, uma bobina de
indução. O cadinho é feito de massa refratária socada dentro dessa câmara. Esse forno também
processa sucata, que se funde por meio de calor produzido dentro da própria carga.
Após o forno ser ligado, pedaços de sucata de boa qualidade são introduzidos no forno, à
medida que a carga vai sendo fundida. Após a fusão ser completada e a temperatura desejada for
atingida, adiciona-se cálcio, silício ou alumínio, elementos desoxidantes que têm a função de retirar
os óxidos do metal.
Existem várias vantagens para se produzir aço nos fornos elétricos:
\u2022 maior flexibilidade de operação
\u2022 temperaturas mais altas
\u2022 controle mais rigoroso da composição química do aço
\u2022 melhor aproveitamento térmico
\u2022 ausência de problemas de combustão, já que não existe chama
oxidante e processamento de sucata.
 As desvantagens são as seguintes:
\u2022 o custo operacional (custo da energia elétrica)
\u2022 baixa capacidade de produção dos fornos.
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Veja um resumo com os tipos de forno, suas características, vantagens e desvantagens:
Tipo de Combustível Tipo de Capac. Vantagens Desvantagens
Forno Carga de Carga
Conversor Injeção de ar comprimido 10 a 40 T Ciclo curto de Impossibilidade de
Bessemer processamento controle do teor de
(10 a 20 min.) carbono. Elevado teor
de óxido de ferro e ni-
trogênio no aço. Gera
poeira composta de
Tipo de Combustível Tipo de Capac. Vantagens Desvantagens
Forno Carga de Carga
óxido de ferro, gases e
escória.
Conversor Injeção de ar Gusa Em torno Alta capacidadede O gusa deve ter baixo
Thomas comprimido líquido, cal de 50 T produção teor de silício e
Permite usar gusa enxofre. Elevado teor
com alto teor de de óxido de ferro e
fósforo nitrogênio no aço. Gera
poeira composta de
óxido de ferro, gases e
escória.
Conversor Injeção de Gusa líquido, 100 T Mínima contaminação Gera poeira composta
LD oxigênio puro cal por nitrogênio de óxido de ferro, ga-
sob alta pressão ses e escoria
Forno a Calor gerado por elétrico 40 a 70T Temperaturas mais Pequena capacidade
Arco arco Sucata de altas. dos fornos.
Elétrico aço + gusa Rigoroso controle da
Minério de composição química.
ferro, cal Bom aproveitamento
térmico.
MELHORANDO AS PROPRIEDADES DO AÇO
Quanto melhores forem as propriedades mecânicas de um material qualquer, melhor será
sua utilização. Isso serve tanto durante o processo