TECNOLOGIA REFRATÁRIA INOVADORA PARA FORNOS À INDUÇÃO SEM NÚCLEO MAGNÉTICO

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TECNOLOGIA REFRATÁRIA INOVADORA PARA FORNOS À INDUÇÃO 
SEM NÚCLEO MAGNÉTICO 
 
Gulab Patel*, Himanshu Bhardwaj**, Raj Mohan*** 
 
*Manager-Product Application (gap@alliedmin.com | +91-9727755600), Allied Refractory Products India 
**Regional Sales Manager-North India (hb@alliedmin.com | +91-9999943299), Allied Refractory Products India 
***Regional Sales Manager-South India (rm@alliedmin.com | +91-9790958269), Allied Refractory Products India 
 
 
Resumo 
Nos últimos anos, tem havido pressão da indústria para fornecer fornos de indução sem 
núcleo maiores e mais potentes para fundir ligas de ferro e aço. As demandas de produção e os 
custos elétricos levaram muitas fundições e siderúrgicas a investir em fornos de fusão em lote 
maiores, mais rápidos e mais flexíveis. Esses avanços tecnológicos em fornos de indução colocaram 
uma demanda maior em fornecedores de refratários para fornecer avanços inovadores em refratários 
ácidos e neutros para essas aplicações. 
Este artigo discutirá uma geração completamente nova de refratários e abordará o cuidado 
de componentes estruturais, instalação, sinterização e operação otimizada de fornos de indução sem 
núcleo para melhorar significativamente a vida útil do revestimento. Isso reduz os custos totais de 
fusão, proporcionando grande consistência no desempenho do revestimento refratário. 
Estudos de caso específicos em que foram usados refratários de novas tecnologias serão 
referenciados, e uma visão geral das propriedades refratárias e composições que são melhor 
aplicadas em aplicações específicas de fusão serão fornecidas. 
 
Refratários à base de sílica para fusão de ferro e aço 
Os refratários à base de sílica são há muito tempo o padrão para fundições que usam fornos 
sem núcleo para fundir ferro e ligas de ferro. Os materiais de revestimento tradicionais incluem um 
agregado de sílica de alta pureza com um agente sinterizante à base de boro, geralmente na forma 
de óxido de boro ou ácido bórico. No passado, esse ligante era misturado no local da fundição, antes 
da instalação. Avanços tecnológicos permitiram então que os aditivos aglutinantes fossem pré-
misturados pelo produtor de refratários e enviados para a fundição numa formulação pronta para uso. 
Os refratários à base de sílica mantêm essencialmente a mesma composição nas últimas décadas, 
com apenas pequenas alterações de projeto e adições minerais. 
 
 
Figura 1 – Forno à indução para fusão de ferro fundido com revestimento de sílica. 
Os revestimentos baseados em sílica têm muitas vantagens para a fundição tradicional: 
• Mineral base de baixo custo (em comparação com refratários à base de alumina / neutros). 
• Não molham o ferro e a maioria das composições de escória do ferro. 
• Excelentes propriedades de expansão térmica para operações de fusão de lotes, limitando a 
penetração de metal através de trincas térmicas. 
• Os depósitos de sílica refratária estão em vários locais ao redor do mundo. 
• Os refratários à base de sílica também podem ser usados em fornos de fusão de ligas de cobre e 
fornos que derretem alguns tipos de ligas de aço. 
 
Embora os refratários à base de sílica tenham muitas vantagens, existem algumas deficiências na gama de 
produtos: 
• O grão de sílica pode ser reduzido por alguns elementos de liga comuns nas temperaturas de fusão 
do metal. 
• A erosão rápida do fundo (conhecida como ‘pé de elefante’) devido a fatores mecânicos, químicos e 
térmicos ocorre durante a produção de ferro nodular, limitando a vida útil do revestimento. 
• A acidez naturalmente alta da sílica resulta na erosão química do revestimento quando exposto a 
escórias básicas. 
• A transformação mineral e subsequente expansão que ocorre com a sílica (transformação de quartzo 
para tridimita) por volta de 870°C amplia o tempo de sinterização durante a inicialização. 
 
Avanço Tecnológico nos Revestimentos de Sílica 
Uma nova linha de materiais de revestimento baseados em sílica (Figura 1 de referência) foi 
desenvolvida utilizando a tecnologia avançada de grãos grandes (ALGT). O material emprega um tamanho de 
grão de até 12 mm de diâmetro, o qual é 60 a 100% maior que o tamanho máximo de grãos dos refratários 
tradicionais à base de sílica. O aumento do tamanho dos grãos resulta em uma redução substancial na área de 
superfície total dos grãos refratários, e combinado com a nova tecnologia de ligação, proporciona um processo 
de sinterização mais efetivo e repetitivo. Os benefícios adicionais da nova tecnologia são os seguintes: 
• Grãos grandes proporcionam melhor empacotamento das partículas, resultando em aumento da 
densidade instalada do revestimento. 
• Maior resistência à abrasão em serviço na temperatura de fusão do metal. 
• Sistema ligante projetado para sinterização líquida de fornos maiores. 
 
Estudos de caso para revestimentos de sílica aprimorados 
A Fundição A opera 3 fornos sem núcleo com capacidade de 7 toneladas cada. A instalação utiliza a 
forma tradicional de vibração e a sinterização é concluída com o carregamento de metal líquido. Esta fundição 
produz classes normais de ferro, bem como classes especiais fundidas acima de 1600°C. Esta produção de ferro 
especial resulta em erosão rápida e imprevisível no fundo do forno. 
Resultados na Fundição A: Os revestimentos de sílica com ALGT foram instalados para o revestimento 
completo, resultando em um aumento de 10 a 20% na vida útil do revestimento sobre a sílica tradicional para 
produção regular de ferro. Entretanto, para a produção de liga de ferro especial a alta temperatura, um 
aumento de até 50% foi alcançado devido a melhores propriedades de sinterização e maior resistência à 
abrasão do revestimento de sílica ALGT na seção cônica e inferior do forno. 
A Fundição B é uma fundição automotiva de grande porte que funde ferro cinzento e nodular 
tradicional em fornos sem núcleo de média freqüência. A instalação opera vários fornos de 3 e 5 toneladas em 
um único turno de 12 horas, resultando em ciclos térmicos diários do revestimento. A fundição já alcança 
excelentes resultados de revestimento de 350 corridas por revestimento com pequenos reparos no piso, 
afunilamento e tampa superior. 
Resultados na Fundição B: Um revestimento de sílica com ALGT foi usado para o revestimento 
completo, resultando em uma campanha recorde de 675 corridas com um menor reparo do chão e área de 
conicidade. Todos os revestimentos do forno foram convertidos com sucesso para aproveitar a vida útil 
prolongada da campanha. 
Componentes estruturais (Blocos superior e inferior / bica / argamassa) do forno de indução sem 
núcleo: Para obter uma vida de revestimento consistente dos fornos de indução sem núcleo, estes 
desempenham papéis muito importantes. 
• A – Blocos superior e inferior: É necessário verificar todas as vezes antes de alinhar para certificar-se 
de que foi apertado corretamente e se está em bom estado / condição. 
 
Figura 2 – Bloco inferior trincado. 
 
A má condição dos blocos superior e inferior (Figura 2 de referência) afeta diretamente o desempenho 
da vida útil do revestimento. Se estiver rachada e não estiver bem apertada, ela cria impacto no revestimento 
durante a operação (inclinação) e resulta em trincas no revestimento e leva ao metal fino no revestimento 
através de trincas. 
• B – Bica: Sempre instale a bica antes do revestimento principal (Figuras de referência 3 e 4). É 
importante manter o plano vertical refratário, para permitir a livre movimentação, minimizando 
fissuras e penetrações abaixo da bica. 
 
Figura 3 – a) Procedimento correto para instalação da bica; b) procedimento incorreto para instalação da 
bica. 
 
 
Figura 4 – a) bica instalada com SP 83 CR; b) bica instalada com A 7055. 
 
 
É procedimento incorreto instalar a bica acima do revestimento de trabalho (Figura 4 de referência), que 
inibe o movimento livre do revestimento de trabalho e adiciona tensão que resulta em trincas e penetraçãode metal. 
 
• C – Concreto da bobina: 
o Deve ser suave e concêntrico para permitir que o revestimento se expanda e contraia 
livremente, evitando o travamento do revestimento, o que leva a trincas e eventual veiamento 
de metal; 
o Deve ser forte o suficiente para segurar bem durante a demolição do revestimento; 
o Antes de instalar o refratário, verifique se o concreto está completamente seco. 
 
Figura 5 – Nova geração de concreto pigmentado para bobina 563. 
 
 
A argamassa pigmentada (Figura 5 de referência) fornece uma referência visual entre o revestimento 
e o concreto para evitar danos durante a remoção manual do refratário antigo. Produtos de grão fino 
especialmente projetados permitem 100% de uso, baixa contração após o ajuste de ar e exigem menos água 
e demonstram facilidade de secagem e alta resistência. 
 
• PLANO DE ESCORREGAMENTO: Use um plano de escorregamento de boa qualidade entre o 
revestimento de trabalho e o concreto da bobina, ou seja, a folha de mica (Figura de referência 6). A 
folha de mica deve ser colada corretamente ao concreto; não deve haver espaço entre a folha de mica 
e a concreto. Prenda a mica com fita adesiva de qualidade. Nunca use adesivo como silicato de sódio 
ou fevicol para fixar a folha de mica com o concreto. 
 
Figura 6 – Instalação da folha de mica. 
 
• FORMA: Um dos componentes importantes que desempenha um papel vital na determinação da vida 
de revestimento do forno sem núcleo. 
� A espessura adequada da forma é preferida e varia conforme aumenta a capacidade do 
forno. 
� A forma deve ser projetada para manter sua integridade pelo maior tempo possível, 
evitando a deformação localizada (Figura 7 de referência) que poderia prejudicar a 
densidade e a saturação do metal ou promover escória. 
� Um formador de folha fina pode ser danificado antes da formação da face quente, 
reduzindo assim a vida útil do revestimento. Isso será bom o suficiente para pegar o 
vibrador. 
 
Figura 7 – Deformação do formador. 
 
 
Alternativas Refratárias na Área da Tampa Superior: 
Há muitas maneiras de fazer uma tampa superior (Figura 8 de referência) e vários tipos de materiais 
que podem ser usados. Nossa recomendação é sempre o que será mais seguro e o trabalho mais longo. 
Diferentes operações e condições exigem materiais diferentes. 
A maioria dos clientes não usa nada de especial para a tampa superior. O procedimento típico é 
misturar o silicato de sódio com o que eles estão usando. Como a maioria das instalações usa sílica, elas não 
se importam em refazer a tampa máxima todos os dias. Eles devem fazer reparos a cada 15 a 20 corridas, então 
isso não representa um problema. Este é o mesmo com os usuários locais de revestimento de MgO. 
Recomendamos um material de tampa superior com vida útil longa para fusão de aço e ferro. Nosso 
objetivo é estender a vida útil do todo o revestimento e, para isso, precisamos usar um material igualmente 
de alta qualidade para a tampa superior. Esta é a diferença entre executar 15 corridas e executar 100 corridas. 
Embora vários produtos diferentes possam ser usados para a tampa superior, geralmente 
recomendamos um material seco. Há muitas razões pelas quais um material seco é melhor que um molhado. 
 
Figura 8 – Localização da tampa superior. 
 
 
Condições de exposição: Impacto da carga; rachadura por choque térmico (diferença de temperatura); 
separação do revestimento da tampa superior do revestimento primário. 
Diferença / Separação de Temperatura: Grandes sistemas de poluição causam uma diferença de 
temperatura na parte superior do forno (Figura 9 de referência). Grandes diferenças de temperatura resultam 
em trincas e separação das juntas. Diferentes classificações de materiais e minerais nem sempre se ligam 
completamente (Figura 10 de referência). 
 
Figura 9 – Diferença de temperatura. 
 
Figura 10 – Separação do revestimento. 
 
 
VANTAGENS DE MATERIAIS SECOS NA CAPA SUPERIOR (DV 231XB para Ferro / DV 493 para Aço): 
� Fácil de instalar. O material é instalado usando o mesmo método que o revestimento de trabalho; 
� Nenhum plano de separação entre o revestimento de trabalho e a tampa superior. Isso reduz muito a 
chance de penetração de metal entre o revestimento de trabalho e a tampa superior, especialmente 
quando a operação exige que o forno seja aquecido e resfriado repetidamente durante as campanhas; 
� Os produtos são mais fortes do que misturar o material de revestimento com o silicato de sódio; 
� Maior resistência à erosão causada por ataque químico. O silicato de sódio é um aglutinante de vidro 
e começará a deteriorar-se a altas temperaturas; 
� Os materiais secos são mais estáveis em volume e não se expandem e crescem devido à hidratação do 
refratário. Ao misturar material com silicato de sódio, você adiciona quase 25% de água. A ligação em 
sílica absorverá essa umidade e crescerá, muitas vezes levantando o material da tampa superior alguns 
centímetros acima do topo do anel fundido superior. Este problema piora nos revestimentos com 
MgO; O MgO hidrata facilmente e o crescimento pode ser bastante alto, especialmente durante o 
aquecimento do forno. NÃO É RECOMENDADO A MISTURA DE ESPINÉLIO LIGADO OU O 
REVESTIMENTO PURO DE MgO COM SILICATO DE SÓDIO; 
� Nenhuma pré-secagem necessária, pois não há umidade no material; 
� Não amarrar o revestimento durante o aquecimento e resfriamento, pois o revestimento e a tampa 
superior são uma parte monolítica e se moverão juntos. Tampas de plástico irão se expandir e, uma 
vez resfriadas, o revestimento de trabalho irá cair e o plástico permanecerá estacionário. Isso cria uma 
lacuna entre o revestimento de trabalho e a tampa superior que deve ser corrigida com cada corrida 
(não é um problema se o forno funcionar continuamente). 
 
Sinterização do revestimento: 
• Para uma sinterização adequada, use sempre termopares tipo K para obter o revestimento sinterizado 
desejado; 
• O ponto final dos termopares do tipo K deve tocar a forma para obter uma leitura precisa da 
temperatura; 
• Não interrompa o período de temperatura de retenção dado no procedimento de sinterização; 
• Se possível, use uma manta cerâmica para cobrir a parte superior do forno até o início da fusão. Isso 
ajudará a obter um revestimento adequadamente sinterizado da parte inferior até a parte superior do 
forno; 
• Sempre encha o forno até o topo durante o processo de sinterização (Figura 11 e 12 de referência). 
 
 
Figura 11 - Sinterização esquemática / nível de metal normal da corrida. 
 
 
 
Prática de resfriamento: 
• As melhores práticas no resfriamento minimizam a profundidade e o tamanho das trincas térmicas. 
Quando o resfriamento de um revestimento é necessário, o resfriamento rápido ou forçado é o 
método preferido (Figura 12 de referência); 
• O resfriamento rápido cria inúmeras trincas superficiais pequenas e rasas, que se fecham rapidamente 
após o reaquecimento subsequente. Isso eliminará as poucas trincas verticais grandes que ocorrem no 
resfriamento “lento”; 
• O resfriamento rápido equilibra a taxa de perda de calor na face quente e no lado do revestimento da 
bobina, resultando em uma redução dos planos de tensão no revestimento; 
• Uma mangueira de ar ou ventilador deve ser colocado no lado oposto da bica para permitir que o ar 
flua pela parede lateral, através do chão e até o lado da bica; 
• Uma alternativa ao resfriamento rápido é manter a temperatura de revestimento acima de 871°C com 
uma tocha de gás (maçarico). 
 
 
Figura 12 – Resfriamento rápido. 
 
 
Procedimento de reaquecimento / partida a frio: 
� Carregue o forno densamente e aumente a temperatura para 1000-1050˚C usando termopares para 
monitorar a temperatura; 
� Mantenha por 1 hora à 1050°C (sem metal líquido); 
� Motivo da manutenção: As trincas que foram geradas pela ciclagem térmica serão seladas com o 
aquecimento a cerca de 1000˚C. O aumento contínuo em quilowattsnão permite tempo para que as 
áreas críticas alcancem 1050°C e transfiram calor suficiente para fechar as trincas. Portanto, um tempo 
de espera é necessário; 
� Certifique-se de que o forno esteja completamente coberto durante a partida a frio, o que ajuda a 
absorver o calor; 
� Continue o derretimento da carga usando os procedimentos normais. 
 
Resumo 
Como a fundição evolui para atender a crescente demanda por fundidos metálicos em todo o mundo, 
novos equipamentos de fusão que são mais potentes e eficientes em energia estão sendo desenvolvidos. Este 
equipamento testa os limites dos sistemas refratários tradicionais. Novos produtos refratários que aumentam 
a vida de campanha, aumentam a velocidade de reposições e reduzem o custo geral de fusão são uma 
necessidade. Novos conceitos de produtos para revestimentos à base de sílica e alumina que fornecem 
produção econômica, segura e consistente de ligas de ferro e aço estão disponíveis.