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Forno Cubilô - parte 3

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PÉ DE COQUE
Pé de Coque
Quantidade de coque que deve ser mantida ao nível da 
zona de fusão.
Aumentando: dificulta fusão da carga metálica;
Diminuindo: excessivo consumo de coque. Metal funde 
num nível mais baixo.
Principais:
Tamanho, carbono fixo, teor de cinzas, resistência, porosidade, 
umidade e voláteis.
Tamanho:
1. Maior: aumenta o rendimento (diminui queima de CO);
2. Aumenta temperatura do forno;
3. Aumenta carburação.
Rendimento térmico do coque é proporcional a sua resistência 
(maior resistência = menos quebra = menos partículas finas nos 
gases)
Teor de cinzas:
1. Maior: baixa temperatura do forno;
2. Quanto menor a partícula do coque e maior o teor de cinzas, menor 
será a temperatura do metal líquido;
3. Menor carburação.
CARACTERÍSTICAS DO COQUE
COMPOSIÇÃO QUIMICA
• CARBURAÇÃO: coque é a forma mais barata de se obter carbono;
• Queima de silício;
• Queima do manganês;
• Absorção do enxofre do coque;
CARBURAÇÃO
• A carburação depende essencialmente da temperatura -> quanto 
maior a temperatura, maior a atividade do carbono (movimentação dos 
átomos) -> maior solubilidade de carbono resultando em maior carburação.
• Por outro lado, quanto maior o teor de cinzas no coque, menor será a 
carburação (cinza do coque é ácida -> contém SiO2. Pode ser 
neutralizado pelo calcáreo (CaO) que é básico -> processo conhecido 
como lavagem do coque.
• Altura cama de coque: determina a altura de carburação, ou seja, 
altura em que a gota de metal líquido entra em contato com o coque. 
Esta altura é função da produtividade ótima (só pode ser 
determinado através da experiência dia-a-dia):
– Muito baixa: carga metálica sólida na zona de combustão 
(compromete o forno) -> engaiolamento, congelamento, etc.;
– Muito alta: pouca carga metálica (baixa produtividade).
QUEIMA DE SILÍCIO
• Fatores que aumentam a queima do Si:
– Oxidação da escória -> depende da cama de coque;
– Basicidade da escória (baixa);
– Temperatura alta;
– Pouca sucata;
– Adições com baixo teor de silício;
– Alto percentual de manganês.
Si + O2 -> SiO2 (ácido)
+ CaO = SiO2.CaO (básico)
QUEIMA DO MANGANÊS
• Fatores que aumentam a queima do Mn:
 Alta temperatura;
 Basicidade da escória (alta);
 Alto teor de Si.
ABSORÇÃO DE ENXOFRE
• Desejável: baixo enxofre.
– Depende da temperatura do forno (cadinho), 
quantidade de coque, quantidade de sucata, teor de 
enxofre no coque.
– Gás SO2 é absorvido pela sucata quando esta se 
encontra rubra (difusão);
– Metal líquido goteja sobre as cinzas do coque.
INJEÇÃO DE AR
• O ar é injetado no cubilô com a finalidade de fornecer 
o oxigênio necessário à combustão do coque;
• O volume de ar depende essencialmente do coque de 
fusão (características e quantidade);
• Pode ser controlado através de medidores de vazão 
instalados na tubulação de ar do forno.
O2 -> aumenta a temperatura da chama -> calor consumido é igual ao calor fornecido.
C + O2 -> CO2 (o calor do CO2 é responsável pelo aquecimento de toda a carga metálica)
Problema: Ar contém nitrogênio.
C + O2 + 4N2 -> CO2 + 4N2
Parte do calor é usado no aquecimento do N2
Ar de sopro: 78% nitrogênio + 21% oxigênio + 1% outros gases.
 Injeção de O2 diminui a quantidade de nitrogênio melhorando o 
rendimento do CO2 -> melhora o rendimento do forno.
Figura 3 – Efeito de diferentes métodos de injeção de oxigênio sobre a temperatura do metal.
EFEITO NA TEMPERATURA DO METAL
• Temperatura alta:
• Melhor vazão de ar;
• Alto teor de coque;
• Tamanho do coque grande;
• Tipo de coque;
• Temperatura do ar alta;
• Alto percentual de sucata;
• Cadinho mais baixo (altura);
• Injeção de oxigênio.
Variação da temperatura em função da 
quantidade de ar injetada
INJEÇÃO DE OXIGÊNIO
Objetivo: aumentar a produção horária
• Método mais usado é injeção diretamente nas ventaneiras;
• Aumento direto da temperatura;
• Diminuição do consumo de coque;
• Pré-aquecimento do ar de sopro;
• Aumento da temperatura das reações (maior temperatura do ferro líquido);
• Vantagens:
1 - Maior carburação;
2 - Maior percentual de silício;
3 - Menor percentual de enxofre.
Diagrama Reticular para Forno Cubilô
Controle da Fusão
• 1 – Acender o Cubilô:
– Operação 1: acender o coque;
– Operação 2: fechar a porta de acendimento;
– Operação 3: iniciar o carregamento;
– Operação 4: pré-aquecer o cadinho;
– Operação 5: ligar o ar.
SECAGEM E AQUECIMENTO DO FORNO
• A secagem deve ser lenta (evita trincas no revestimento 
refratário ou na soleira). 
• Usual fazer-se a secagem por meio da queima de 
madeira ou maçarico. 
• Para tal, através da porta de trabalho, carrega-se 
pequena quantidade de madeira e deixa queimar 
lentamente. Nesta fase da secagem a combustão é 
ativada tão somente pela tiragem natural, já que as 
vigias devem permanecer abertas. Após um 
determinado tempo (uma hora), pode-se adicionar mais 
madeira numa altura superior ao plano das ventaneiras, 
e ativar a combustão por meio de ar comprimido ou 
usando-se uma derivação de ar do próprio ventilador.
Controle da Fusão
Controle da Fusão
• Aquecimento do forno leva 4 a 6 horas (tempo insuficiente 
de aquecimento -> baixa temperatura do ferro fundido -> 
pode solidificar na bica de sangria e impedir o 
prosseguimento da fusão.
Estabilização do Pé de Coque
• Para verificação da altura do pé de coque emprega-se uma 
barra de aço (marcado) ou então uma corrente com um 
peso na extremidade. 
• Alto: ligar o ventilador para queimar excesso de coque;
• Baixo: carregar coque até altura correta (ligar ventilador 
para acender coque carregado).
Carregamento
• Adicionar sobre a cama de coque uma camada 
de calcáreo (usado para escorificar as cinzas do 
pé de coque);
• Seqüência de carregamento: 1- calcáreo; 2-
coque; 3- materiais metálicos
(É importante repetir sempre a mesma seqüência.)
• Materiais metálicos devem ser carregados na 
ordem decrescente do seu ponto de fusão, ou 
seja, sucata de aço, retorno, gusa e ferro-ligas.
Início de Fusão
• Depois de completamente carregado, liga-se 
o ventilador dando início ao sopro;
• Deve-se deixar os furos de sangria e de 
escória abertos para melhorar o 
aquecimento (secagem) do refratário nesta 
região, facilitando a primeira sangria.
(operação de fechamento só é feita quando o 
metal líquido ou escória começa a sair pelo 
furo de sangria).
SANGRIA E RETIRADA DA ESCÓRIA
• Em condições normais de operação: ferro líquido pode ser 
retirado 10 a 15 minutos após o início do gotejamento.
• Faixa de temperaturas de operação (sangria): 1450 – 1530°C.
• Durante toda a operação deve-se constantemente controlar o 
estado das ventaneiras, a quantidade de ar, bem como a 
seqüência de carregamento, afim de que estas variáveis não 
venham a afetar a marcha do forno e consequentemente a 
qualidade do ferro fundido.
A Escória
Os resíduos de materiais não metálicos produzidos no forno cubilô 
podem se originar:
1. Das cinzas do coque;
2. Da areia aderida a carga;
3. Dos produtos de oxidação;
4. Do revestimento refratário desgastado durante a fusão
COMPOSIÇÃO DAS CINZAS DO COQUE
CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 SO3 P2O5 Álcalis
Faixa 1 - 5% 1 - 2,8% 39 - 44% 27 - 39% 8 - 14% 0,5 - 5,5% 0,3 - 1,0% 3 - 5%
Média aprox. * * * * 11% 3% 0,70% 4%
TOTAL 18,70%
A escória com essa composição tem um ponto de fusão aproximado de 1700°C.
• Uma carga metálica muito suja é uma fonte de escória 
considerável.
Produtos de Oxidação
• Óxido de ferro (FeO): depende das condições oxidantes e 
redutoras dentro do forno. Excesso de ar soprado, baixa 
quantidade de coque, má qualidade do coque são fatores 
que tendem a produzir maior quantidade de FeO. É 
aconselhável não ultrapassar os 2%;
• Óxido de manganês (MnO): oxidação do Mn contido no 
ferro;
• Óxido de silício (SiO2): proveniente das cinzas do coque, 
do refratário e da oxidação do Si contido no ferro
Areia Aderida a Carga
Revestimento Refratário
• O refratário que se desgasta durante a fusão é outra fonte 
importante de escória.