Apostila Mecatronica

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Na rampa, acontecem a combustão e a fusão. Para facilitar esses processos, entre o cadinho
e a rampa ficam as ventaneiras, que são furos distribuídos uniformemente por onde o ar pré-
aquecido é soprado sob pressão.
A cuba ocupa mais ou menos dois terços da altura total do alto-forno. É nela que é colocada,
alternadamente e em camadas sucessivas, a carga, composta de minério de ferro, carvão e os
fundentes (cal, calcário).
Quando o minério de ferro, o coque e os fundentes são introduzidos na parte superior da
rampa, algumas coisas acontecem:
\u2022 Os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eliminado do minério de ferro;
\u2022 As impurezas do minério derretem;
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\u2022 O gusa se funde, ou seja, o ferro de primeira fusão derrete;
\u2022 O ferro sofre carbonetação: o carbono é incorporado ao ferro líquido;
\u2022 Algumas impurezas são incorporadas ao gusa.
Esses processos são reações químicas provocadas pelas altas temperaturas obtidas dentro
do forno. Enquanto o gás redutor, resultante da combustão, sobe, a carga sólida vai descendo. A
partir dessa movimentação, surgem três zonas dentro do alto-forno:
\u2022 A zona onde ocorre o pré-aquecimento da carga e a redução, ou a eliminação do oxigênio,
dos óxidos de ferro;
\u2022 A zona de fusão dos materiais;
\u2022 A zona de combustão que alimenta as duas primeiras.
Enquanto o minério, o agente redutor (coque ou carvão vegetal) e os fundentes (calcário ou
dolomita) descem, os óxidos de ferros sobem, sendo eliminados. Isso acontece como resultados da
queima de coque (basicamente carbono) com o oxigênio do ar quente (em torno de 1.000°C) que
é soprado pelas ventaneiras, e que escapam da zona de combustão.
Enquanto o coque vai se queimando, a carga desce para ocupar os espaços vazios. Esse
movimento de descida vai se espalhando lateralmente pela carga, até atingir toda a largura da
cuba.
As reações de redução, carbonetação e fusão geram dois produtos líquidos: a escória e o
ferro-gusa, que são empurrados para os lados, pelos gases que estão subindo e escorrem para o
cadinho, de onde saem pelo furo de corrida (gusa) e pelo furo de escória.
Quando sai do alto-forno, o gusa (com teor de carbono entre 3,0 e 4,5 %) pode seguir um
desses dois caminhos: pode ir para a fundição, onde é utilizado na fabricação de peças de ferro
fundido, ou pode ir para a aciaria, onde é misturado com sucata de aço, ou eventualmente com
outros metais, para se transformar em aço, uma liga ferrosa com um teor de carbono inferior a
2,0%.
TRANSFORMANDO O FERRO-GUSA EM FERRO FUNDIDO
Os ferros fundidos são fabricados a partir do ferro-gusa. São ligas de ferro e carbono que
contém teores elevados de silício. Para que essa transformação seja possível, é necessário que se
utilize dois tipos de fornos: o forno elétrico e o forno cubilot. No forno elétrico, o processo é seme-
lhante ao de produção do aço.
Com o forno cubilot é diferente. Nesse tipo de forno, o coque serve como combustível. Ele
trabalha com ferro-gusa, sucata de aço, ferro-silício e ferro-manganês. O calcário serve para sepa-
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rar as impurezas. O funcionamento obedece o princípio da contracorrente, em que a carga metálica
e o coque descem, ao passo que os gases sobem.
CLASSIFICANDO OS DIVERSOS TIPOS DE FERRO FUNDIDO
Para se obter o ferro fundido é necessário uma liga composta por três elementos: ferro,
carbono (2 a 4,5%) e silício (1 a 3%). É possível acrescentar outros materiais com o objetivo
de conferir alguma propriedade especial à liga básica. Nesse caso, se obtém o chamado o \u201cferro
fundido ligado\u201d.
De acordo com a quantidade de cada elemento utilizado, com a forma como o material é
tratado termicamente e com o processo de resfriamento aplicado a ele, o ferro fundido produ-
zido pode ser maleável, nodular, cinzento ou branco. Vamos conhecer como classificar cada tipo
de ferro fundido.
Para classificar o ferro fundido em cinzento ou branco é necessário observar a aparência
da fratura do material depois que ele resfriou. O que determina a aparência é a forma como o
carbono se apresenta depois que a massa metálica é solidificada. E ele se apresenta sob duas
formas: como cementita (Fe3C) ou como grafita, que todos conhecemos como matéria-prima
utilizada na produção de lápis.
No ferro fundido cinzento, o carbono aparece sob a forma de grafita, em flocos ou lâmi-
nas. Esse tipo de liga ferrosa apresenta um teor maior de silício (até 2,8%), já que o silício
favorece a decomposição da cementita em ferro e grafita. Outro fator que auxilia na formação
da grafita é o resfriamento lento.
O ferro fundido cinzento é normalmente utilizado na fabricação de automóveis, máquinas
agrícolas, industriais e de mecânica pesada. Isso acontece porque o ferro fundido cinzentos tem
a vantagem ser facilmente usinado, além de oferecer excelente capacidade de amortecer vi-
brações.
A formação do ferro fundido branco é diferente. Ela acontece no processo de solidificação,
quando não ocorre a formação da grafita e todo o carbono fica na forma de carboneto de ferro
(ou cementita). É isso que confere uma cor clara a esse material. Nesse caso, os teores de
carbono e de silício precisam ser baixos, ao mesmo tempo que a velocidade de resfriamento é
maior. É possível adicionar cromo,
o molibdênio ou vanádio como elementos estabilizadores dos carbonetos. Nesse caso,
temos \u201cferro fundido branco ligado\u201d, que oferece uma dureza superior.
O ferro fundido branco é mais duro e apresenta uma considerável resistência à compres-
são, desgaste e abrasão. Essas virtudes são mantidas mesmo em altas temperaturas. Isso faz
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com que esse material seja ideal para a fabricação de máquinas de mineração, moagem, por
exemplo, situações que exigem materiais de alta resistência.
O ferro fundido maleável contém oferece uma alta resistência mecânica e alta fluidez no
estado líquido. Por isso ele é utilizado na produção de peças complexas e finas. Para produzir o
ferro fundido maleável é preciso submeter o ferro fundido branco a um tratamento térmico, por
várias horas. Esse tratamento faz com que as peças fabricadas com esse material sejam bas-
tante resistentes a choques e deformações. Dependendo das condições de tratamento térmico,
o ferro pode apresentar o núcleo preto ou branco.
O ferro fundido maleável de núcleo preto é muito utilizado usado na fabricação de peças
de automóveis, como suportes de molas, bielas e caixas de direção, além de conexões para
tubulações hidráulicas e industriais. Na fabricação desse tipo de ferro fundido, o material passa
por um tratamento térmico em atmosfera neutra. Nesse processo, a cementita se decompõe
em ferro e carbono. O carbono gera uma grafita compacta, diferente da forma laminada dos
ferros fundidos cinzentos.
O ferro fundido maleável de núcleo branco é ideal para a fabricação de determinados
tipos de peças automobilísticas, como corpos de mancais e flanges de tubos de escapamento.
Ele pode ser facilmente soldado. Suas características são parecidas com as de um aço de baixo
carbono. Para fabricar esse material, a liga passa por um tratamento térmico em atmosfera
oxidante. O carbono é retirado por um processo de descarbonetação. Nesse caso, não se forma
grafita.
Já o ferro fundido nodular é utilizado na fabricação de peças de sistema de transmissão
de automóveis, caminhões e tratores, além de virabrequins, mancais, cubos de roda e caixas
de diferencial. Esse tipo de ferro fundido é obtido com a adição de elementos como o magnésio
na massa metálica ainda líquida. Sua estrutura acaba apresentando partículas arredondadas de
grafita. Para garantir maior ductilidade, tenacidade, resistência mecânica, resistência à corro-
são e usinabilidade, pode-se aplicar tratamentos térmicos específicos. Por causa disso e do