Forno eletrico

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
PROCESSO DE OBTENÇÃO DO AÇO ATRAVÉS DE FORNOS ELÉTRICOS
MARABÁ/PA
LUCAS ATHAYDES FERREIRA DA SILVA
Relatório apresentado a Faculdade de Engenharia de Materiais, do Instituto de Geociências e Engenharias, sob a orientação da professora: Rudimylla Azeredo docente em Siderurgia 2;
MARABÁ/PA
Sumário
	Resumo..................................................................................................................3
Introdução	5
Processo...........................................................................................................4
Carregamento...................................................................................................5
Início de fusão..................................................................................................5
Refino e vazamento..........................................................................................7
Conclusão.........................................................................................................8
Referencias.......................................................................................................9
	
Resumo
Este trabalho tem como função descrever todo o processo de um forno elétrico, levando como principal o forno elétrico a arco (FEA). É feito com base em dados reais toda sua característica de produção até o próprio equipamento em si, desde sua estrutura, passando por componentes e funcionamento do mesmo para a produção de aço. É mostrado as reações e passo a passo do processo metalúrgico, vindo do alto forno, passando pelo forno panela até chegar ao processo de fundição no forno elétrico a arco e posteriormente vazado para refino e lingotamento continuo.
Palavras chave: Forno. Energia. Aço. Fabricação.
Introdução
No processo de fabricação do aço o mais tradicionalmente utilizado é os fornos com condução elétrica. Após a produção do ferro gusa no alto forno, ou do ferro esponja na redução direta, estes produtos intermediários são encaminhados para a etapa de fabricação do aço, que envolve basicamente a oxidação de grande parte do carbono, reduzido de níveis acima de 4 % para inferiores a 1 % na maioria dos casos e de impurezas como fósforo, enxofre e outras, que são eliminadas na escória, enquanto o excesso de carbono é eliminado sob a forma de gás (CO e CO2). Logo após esse refino e redução o material é mandado para os fornos de condução elétrica, já que sua temperatura ultrapassa 1600°C com facilidade e ocasionando a fundição do aço em 100%.
Os mais comuns são o forno elétrico a arco (FEA) e por indução. O mais utilizado dos dois é o FEA pelo seu custo benefício e sua grande eficiência. O forno por indução por ter uma maior dificuldade por conta da escoria, isso se dar pelo aquecimento que é menor, não é tão utilizado. O forno elétrico a arco é, sem dúvida, o instrumento mais versátil de produção de aço, e vem se tornando também, nas últimas décadas, um dos mais eficientes.	
1. Processo
O funcionamento do forno elétrico a arco é eletricamente simples, tem-se uma fonte de energia elétrica que alimenta os eletrodos de grafite, os mesmo se encontram em uma câmara fechada, é provocado curtos-circuitos que concentram a energia suficiente para fundir a carga metálica. Enquanto o forno panela faz o refino o FEA é utilizado apenas como elemento fusor devido sua grande vantagem como: aumento da produtividade, redução de custos operacionais, e melhoria da qualidade do aço.
Para início do processo é feito o carregamento do forno com sucata. O processo tem um ciclo de operação conhecido como corridas e apresenta a seguinte etapa: 
· Carregamento: com a abóbada aberta (tampa) que fica na parte superior e é carregado com sucata e cargas metálicas, que é chamado de primeiro cesto. 
· Inicio de fusão: logo após o fechamento da abóbada é ligado o disjuntor do forno e os braços com os eletrodos tendem a descer até entrar em contato com a carga metálica e iniciando o arco voltaico.
· Fusão: nessa etapa os eletrodos tendem a chegar a carga máxima de potência, os arcos acabam por penetrar a sucata e abrindo três perfurações, com essa perfuração acaba por ter uma separação da sucata com as paredes do forno e retirando as irradiações da própria carga a ser fundida.
Esse processo de carregamento pode acontecer por 2 ou 3 vezes por ciclo de operação, posteriormente após a fusão é feito a preparação no forno panela, preparando a carga na forma desejada para o vazamento.
1.1. Carregamento
O carregamento é feito com 2 ou 3 cestões quando se tem uma grande demanda de aço. O carregamento é feito da seguinte forma: na parte inferior (fundo) é colocado sucata de chapa leve para amortecer o impacto da sucata pesada e facilitar a rápida formação de banho, também é adicionado carburantes (coque ou restos de eletrodos). Posteriormente é colocado a sucata mais pesada abaixo do nível dos eletrodos, e em seguida a sucata media pesada com seu tamanho limitado para evitar a quebra dos eletrodos. Dos lados e em cima são colocadas sucatas leves, assim também permitindo a penetração de maçaricos dos lados e em cima evitando a radiação para a abobada devido a rápida penetração dos eletrodos. Em alguns é utilizado no FEA 80% sucata e 20% de gusa que vem do alto forno, isso vai depender de cada indústria.
1.2. Inicio de fusão
Para início, tudo depende do tipo de corrente será utilizado no FEA, se é continua ou alternada. O que tem uma melhor eficiência seria o de corrente alternada. 
O processo por corrente continua tem vantagens como menor geração de ruídos e harmônicos na rede elétrica, menos consumo de eletrodos, menor consumo de energia elétrica, e consumo de refratários um pouco menor. Mas suas desvantagens são a necessidade de eletrodo no fundo do forno o que pode gerar a quebra, a necessidade de operar com pé liquido, o custo mais elevado dos eletrodos e necessidade de maior altura de escoria espumante. Nos fornos de corrente continua é empregado um eletrodo central de grafite e uma conexão elétrica no fundo do forno. A corrente alternada é retificada através tiristores que tem importante papel no controle do forno. A corrente alternada pode ser facilmente elevada ou reduzida através de transformadores, equipamentos estáticos, de elevadíssima eficiência.
Figura 1: forno eletrico de corrente continua
O consumo teórico de energia para aquecer e fundir 1t de Ferro desde 25 °C até 1600°C é da ordem de 387 kWh. No passado o consumo era bem maior, chegando a 600 kWh – 700 kWh. Mesmo com alta velocidade de fusão o desgaste da abobada e do refratário era muito maior, então o processo com consumo de energia foi adotado, levando de 70 a 80 minutos.
A redução da corrente do arco necessária para a redução do consumo de eletrodos, sem comprometer sua potência, requer o aumento do comprimento do arco, que levou às elevadas tensões de arco. Para manter as paredes e a abóbada protegidas destes arcos longos e estabilizá-los durante a operação, desenvolveu-se o uso de escórias espumantes. Quando carbono (coque ou grafite) é injetado em escórias contendo um teor adequado de óxido de ferro (FeO) obtido pela oxidação com lanças de oxigênio, ocorre a formação de gás CO através da reação logo abaixo. 
FeO+C=CO+Fe
A geração de CO dentro da escória faz com ela espume, desde que tenha viscosidade e tensão superficial adequada. A formação da escória espumante melhora a transferência de calor do arco para a carga, reduz o desgaste de refratários e o consumo de eletrodos e reduz o nível de ruído. Logo após todo o processo a consumo de energia cai para 100 kVA/t. assim dependendo do processo pode ser adicionado uma nova corrida. Há ainda uma porta, por onde podem ser adicionados materiais como ligas, formadores de escórias etc. e, oposta a esta, há uma bica de vazamento, por onde, mediante o basculamento do forno, o aço vaza na panela após concluir-se acorrida.
Figura 2: planta do FEA.
1.3. Refino e vazamento 	
· Atingir o nível de carbono especificado para o aço a ser produzido.
· Reduzir o teor de fósforo no aço líquido abaixo da especificação (usualmente abaixo de 0,015%)
· Homogeneizar a composição e temperatura do aço
· Aquecer o aço líquido até a temperatura necessária para o vazamento
No processo de refino é utilizado injetores super sônicos de oxigênio para liberação de carbono por meio de CO/CO2, caso seja adicionado mais carbono é utilizado grafite ou coque. Também ocorre o processo de desfosforação por adição de cal. 
Para o vazamento é necessário seguir algumas restrições. Reduzir a passagem de escória para a panela, escória com altos teores de FeO e P2O5 eleva consumo de desoxidantes e provoca o retorno do fósforo a camada mínima de escória, para evitar a absorção de gases é necessário reduzir a queda de temperatura, o excesso de escória causa perda de tempo para remoção antes do forno panela e acaba por se ter uma perda metálica durante a remoção. 
2. Conclusão
Para chegar até os fornos elétricos, principalmente ao forno elétrico a arco FEA é necessário toda uma preparação, passando pelo alto forno, com a produção de gusa até a chegada do mesmo a aciaria até a seleção de sucata. É notado neste trabalho a complexidade do processo, diante da qualidade e características buscadas em empresas metalúrgicas, desde a fundição da sucata até seu refino e vazamento é visto como o ser humano avanço e pode avançar ainda mais com o processo de fabricação do aço. É necessário visualizar que esse processo continua evoluindo, e que a busca por menor consumo de energia e gastos com refratários e materiais podem ser diminuídas, e que o engenheiro de materiais pode fazer isso acontecer.
Referencias 
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-ler.php?codConteudo=236
http://aciarianews.blogspot.com/2012/12/forno-eletrico-arco-fea.html#more
https://www.equilibriumtrix.net/refino/capitulos_acs_refino/Capitulo%207%20fea%20rev%202%20com%20indice%2028072013.pdf
https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-09022009-181024/publico/TeseMarcosCandidoCapitulo2_CaracterizacaodaCarga.pdf