Aula nº 5 Classificação dos fornos de fundição

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26/06/2017
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Ponta Grossa
Professor: Msc. Dannilo Eduardo Munhoz Ferreira
Aula nº 5 – Classificação 
dos fornos de fundição
Processos de Fundição - PF 33A
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FORNOS DE FUNDIÇÃO
Função  Dispositivos cuja missão é fornecer metal
fundido, de qualidade adequada nas quantidades
necessárias, à temperatura conveniente e ao mais baixo
preço.
Vida útil  enquanto estiver suprindo as
necessidades da empresa (comum ser superior a 30
anos).
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EQUIPAMENTOS DE FUSÃO
Obtenção do metal líquido (fusão)
A fusão do metal pode ser obtida de várias 
maneiras, sendo as principais:
1. Forno Cubilô
2. Forno a indução
3. Forno a arco voltaico
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Obtenção do metal líquido (fusão)
EQUIPAMENTOS DE FUSÃO
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CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS
Diversas formas de classificação 
✓ Leva-se em conta alguns critérios, sendo indicados
alguns deles.
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QUANTO A QUALIDADE DO MATERIAL QUE SE 
PRETENDE OBTER
✓ Fornos para aço;
✓ Fornos para ferro fundido;
✓ Fornos para metais não ferrosos.
Este último, popularmente (não muito correto)
designado como “fornos para metais”. Tal classificação
não é arbitrária como pode parecer à primeira vista.
Estes fornos diferem muito entre si (temperatura e
capacidade).
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QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO
✓ Altos fornos (preparo do ferro para a segunda fusão);
✓ Conversores;
✓ Cubilô;
✓ Forno de soleira;
✓ Forno de cadinho;
✓ Forno rotativo;
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QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO
✓ Forno de arco elétrico (de alta frequência ou de
frequência da rede).
✓ Fornos de resistência.
Esta classificação não é necessariamente exclusiva,
pois podem existir tipos mistos de fornos e nem sequer
os tipos classificados são opostos, por exemplo, os
fornos de arco elétrico, são normalmente, fornos de
soleira.
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QUANTO AO PROCESSO DE AQUECIMENTO
✓ Forno de energia térmica por queima de combustível
sólido;
✓ Forno de energia térmica por queima de combustível
líquido;
✓ Forno de energia térmica por queima de combustível
gasoso.
✓ Forno de energia térmica por processos elétricos.
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QUANTO AO TIPO DE REFRATÁRIO
Tipo de classificação que diz respeito à qualidade do
refratário e tipo de escória produzida.
✓ Fornos ácidos com revestimentos silicosos ou
aluminosos;
✓ Fornos básicos, com revestimento à base de
dolomita ou magnesita
✓ Fornos neutros, com revestimento à base de cromita
ou grafita.
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QUANTO AO TIPO DE REFRATÁRIO
Refratário  condiciona o processo metalúrgico.
✓ Refratários são caros e a sua substituição força
haver a parada do forno;
✓ Refratários  constituídos por compostos de óxidos.
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PROPRIEDADES DOS REFRATÁRIOS
✓ Resistência aos choques térmicos e mecânicos;
✓ Resistência mecânica à altas temperaturas;
✓ Resistência ao ataque químico da escória e do metal;
✓ Condutividade térmica.
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PROPRIEDADES DOS REFRATÁRIOS
Zonas mais atacadas  juntas dos tijolos. Quando a
junta é atacada, as arestas dos tijolos ficam muito mais
expostas  desgaste mais rápido.
✓ Solução  reduzir ao mínimo a espessura das juntas,
de modo a reduzir a espessura da massa de ligação dos
tijolos (atacada mais facilmente que o próprio tijolo).
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TIPO DE FORNO INDUSTRIAL E APLICAÇÃO
Cubilô  normalmente para fundição de ferro.
Revérberos e conversores  usados na fundição do
aço.
Ferros de crisol  utilizados para fundição do ferro,
do aço, das ligas leves e do cobre.
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TIPO DE FORNO INDUSTRIAL E APLICAÇÃO
Fornos elétricos de arco  fundição de ferro e aço.
Fornos elétricos de resistência  fundição de ligas
leves.
Fornos elétricos de indução  fundição de todas as
classes de metais.
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FORNO CUBILÔ
É o tipo mais usado na fundição do ferro fundido.
✓ É o tipo de forno mais antigo usado na fundição do
ferro fundido mas que, ainda hoje, tem uma larga
aplicação na produção do ferro fundido cinzento.
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FORNO CUBILÔ
✓ Constituído por uma cuba vertical cilíndrica, feita de
chapas de aço e revestida internamente com ladrilhos
refratários. A necessidade de revestimento refratário
existe devido às altas temperaturas de trabalho.
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FORNO CUBILÔ
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FORNO CUBILÔ
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FORNO CUBILÔ
Parte superior  porta de carga para carregamento
do forno.
✓ O carregamento do forno se faz depositando
camadas alternadas de coque, fundentes (ajudam a
formar a escória) e lingotes de 2ª fusão além de sucatas
(ferro ou aço).
✓ Acima desta porta de carga  chaminé para saída
dos gases de queima.
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CHAMINÉ
Revestimento refratário  rodeando a boca de saída
é colocada uma chapa de ferro denominada câmara de
fagulhas.
✓ A câmara de fagulhas impedem a saída de fagulhas
para o exterior, evitando incêndios. Nesta pode conter
um dispositivo de cortina de água para aumentar a
segurança.
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FORNO CUBILÔ
Parte intermediária  tubeiras por onde se introduz
ar dentro do cubilô na zona de fusão  o ar é
previamente aquecido nos anéis coletores de ar (que
envolvem o forno).
✓ Visores de quartzo nas tubeiras  observação das
gotas de metal fundido no interior do forno.
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CONTROLE DA ENTRADA DE AR
✓ Ventilador  insufla ar com pressão entre 0,03 a 0,1
Kg / cm2.
✓ Manômetro  controle contínuo da pressão.
O correto fluxo de ar promove elevação da
temperatura, promovendo a queima completa do carvão
(aproveitar o poder calorífico) e promovendo fluidez
desejada do metal líquido.
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CONTROLE DA ENTRADA DE AR
✓ Potência do ventilador  Depende do tamanho do
forno (varia desde 2 CV até 110 CV).
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FORNO CUBILÔ
Observação das gotas de metal fundido no interior
do forno controle da fusão.
✓ Gotas de ferro quente, mais claras que o coque 
funcionamento normal. Leito de coque correto,
porcentagem de coque correta, vento bem adaptado.
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FORNO CUBILÔ
✓ Gotas de ferro quente, mais escuras que o coque 
aquecimento insuficiente. Causas: quantidade de coque
insuficiente ou excessiva.
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FORNO CUBILÔ
✓ Gotas grossas, claras e fios mais escuros que o
coque  leito de coque inicial insuficiente, tendência
para oxidação ou tendência para baixar a temperatura
durante a fusão do ferro.
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FORNO CUBILÔ
✓ Fios de ferro frio, contínuos, mais escuros que o
coque por oxidação, devido as causas anteriores
exageradas.
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FORNO CUBILÔ
Zona inferior do cubilô em que se deposita o ferro
fundido denominada de crisol.
✓ Esta parte é fechada pela placa de fundo de formainclinada  furo para comunicar com exterior 
extração do metal fundido.
✓ Prolongamento para uma canaleta com revestimento
refratário  conduz o ferro líquido à coletores.
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CRISOL
Parte inferior do cubilô em que se deposita o ferro
fundido escórias flutuam sobre o metal líquido.
✓ Para evacuar a escória, há um orifício denominado
escoriador. Este orifício é deixado constantemente
aberto, evitando a escória alcançar o nível dos canais
coletores do metal.
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CRISOL
Crisol interior  dificuldade de se obter grandes
volumes de ferros fundidos de uma única
vez(necessidade de esperar encher o todo o crisol).
✓ Para evitar este inconveniente, adotam-se cubilôs
com depósito inferior externo  denominado antecrisol.
✓ Antecrisol pode ser ligado no cubilô ou pode ser
móvel.
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FUNCIONAMENTO DO CUBILÔ
Aquecimento preliminar, gradual, queimando lenha
no crisol  eliminar umidade evitando a deterioração do
revestimento refratário.
✓ Carregamento com coque  formar uma capa com
nível acima dos canais de ventilação.
✓ Coque  denso, duro e resistente  não reduzir em
pequenos fragmentos (queima rápida)  tudo para
aproveitar o poder calorífico.
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COMPOSIÇÃO DO COQUE
✓ Conteúdo de carbono  mínimo de 90 %.
✓ Proporção de cinzas  máximo de 10 %.
✓ Teor de enxofre  máximo 1 %.
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FUNCIONAMENTO DO CUBILÔ
Forno quente  começa a carregar o ferro.
✓ Camadas alternadas (ferro, coque e fundentes) 
objetivo desta disposição é a formação de escórias
fluidas, facilmente fusíveis.
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FUNCIONAMENTO DO CUBILÔ
O coque queima com o ar projetado pelo ventilador
 fusão do ferro que cai em forma de gotas no fundo do
crisol.
✓ Depois de obter o ferro fundido no fundo do crisol,
abertura dos canais (que até então estão fechados com
um tampão de argila) para a coleta do metal.
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CONSTITUIÇÕA DAS CARGAS
Cama de coque  cargas devem fundir antes de
atingir a zona de temperatura máxima, para que uma
espessura mínima acima das tubeiras (necessária para
obter o ferro fundido quente e de boa qualidade).
Carga de coque  a espessura deve estar entre 200
e 250 mm (função do diâmetro interno do cubilô).
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CONSTITUIÇÃO DAS CARGAS
Carga metálica função da % de coque usada.
Carga de fundente  também é função da % de
coque usada.
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REAÇÕES EXOTÉRMICAS E ENDOTÉRMICAS COM O 
COQUE
Zona de funcionamento 
✓ Zona de metal em fusão;
✓ Zona de escórias;
✓ Camada de coque incandescente;
✓ Camadas alternadas de coque;
✓ Fundentes;
✓ Materiais ferrosos.
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DÉBITO DE AR
O débito de ar insulflado na cama de coque pode ser
calculado pela formula empírica 
Q = 5 . 7 . D2 . P . 100
Q = quantidade de ar (cm3/h)
D = diâmetro interno do cubilô
P = porcentagem de coque
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BALANÇOS TÉRMICOS
Rendimento térmico 
✓ Rendimento térmico no caso de ar frio  cerca de 30
%. Perda de 57 % de energia nos calores latentes e
sensível dos gases. O restante perde-se por radiação
nas paredes e no calor sensível da escória.
Apesar disto, de todos os fornos com queima de
combustível, o cubilô é o de melhor rendimento.
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BALANÇOS TÉRMICOS
Perda de calor pelos gases (chaminé)
✓ Vantagem fazer recuperação destes gases (aproveitar
o calor latente)  aumento do rendimento do forno.
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PRODUÇÃO DO CUBILÔ
Depende da taxa de queima  a queima depende do
diâmetro do cubilô
✓ P = 6 . D2 (toneladas / hora)  fornos de ar frio.
✓ P = (entre 9 – 9,5) . D2 (toneladas / hora)  fornos de
ar aquecido.
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FORNOS REVÉRBEROS
Neste tipo de forno, o carvão não está em contato
com o ferro (o conteúdo de carbono da liga não
aumenta).
✓ Utilizado para produção de ferros com baixos teores
de C (entre 2 e 2,5%).
✓ Peças de ferro com grandes dimensões.
✓ Utilizado na fundição de bronzes.
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FORNOS REVÉRBEROS
Combustíveis usados neste tipo de forno:
✓ Carvão mineral (hulha);
✓ Petróleo;
✓ Óleo diesel;
✓ Gás.
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CONSTRUÇÃO DOS FORNOS REVÉRBEROS
Consistem em:
✓ Lareira  revestimento de ladrilhos refratários (sob a
qual queima o combustível);
✓ Altar  muro que separa a lareira da soleira (também
denominada laboratório) ;
✓ Alçapão  orifício para a saída dos gases;
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GENERALIDADES DOS FORNOS REVÉRBEROS
✓ O comprimento da soleira deve ser otimizado para
que a temperatura do gás no alçapão seja suficiente
para a fusão (que o gás não tenha tido tempo de esfriar-
se).
✓ Entrada de ar secundário  localiza-se depois dos
queimadores (este ar é previamente aquecido).
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FUNCIONAMENTO DOS FORNOS REVÉRBEROS
✓ Combustão incompleta do carvão no queimador,
forma-se CO.
✓ C + O2 CO2
✓ CO2 + C  2 CO
✓ Este CO queima posteriormente com o ar secundário
insulflado, completando a reação
✓ 2 CO + O2 2 CO2
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FUNCIONAMENTO DOS FORNOS REVÉRBEROS
✓ Com a reação, é liberado calor necessário para
funcionamento do forno.
✓ Calor se transmite por radiação, isto é, reverberação,
repartindo-se uniformemente sobre a soleira.
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FORNOS REVÉRBEROS
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FORNOS REVÉRBEROS
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CONVERSORES
✓ Não são fornos propriamente ditos (nele, introduz-se
o ferro já fundido, procedente de um cubilô, por
exemplo)
✓ Usado para fabricar aço, uma vez que elimina o
carbono da fundição por meio de injeção de uma forte
corrente de ar na massa fundida.
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CONVERSORES
✓ Por exemplo, no conversor tipo Bessemer, o ar é
insulflado por uma série de orifícios na lateral ou no
fundo do conversor  denominados canais.
✓ Ao passar no ferro líquido (1300 – 1500 ºC)  ocorre
oxidação do silício, manganês e carbono.
✓ Oxidação  exotérmica (libera calor)
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CONVERSORES
✓ A temperatura depois da injeção de ar  sobe para
1650 ºC.
✓ Adição de elementos de liga.