Forno Elétrico a Arco: Classificação, Composição e Aplicação

Forno Elétrico a Arco: Classificação, Composição e Aplicação

Um Forno Elétrico a Arco (EAF) é um recipiente metalúrgico de alta temperatura que utiliza um arco elétrico, formado entre um eletrodo e um material de carga, para fundir metais e minérios. Durante a descarga do arco, a energia é intensamente concentrada, gerando temperaturas superiores a 3000°C na zona do arco. Para a fusão de metais, os EAFs oferecem flexibilidade de processo superior em comparação com outros métodos de fabricação de aço, permitindo a remoção eficaz de impurezas como enxofre e fósforo. Eles também fornecem controle preciso da temperatura, exigem uma área relativamente pequena e são particularmente adequados para a produção de aços de liga e especiais de alta qualidade.

Classificação dos Fornos Elétricos a Arco

Os EAFs são classificados principalmente com base em seu mecanismo de aquecimento:

1.  Forno de Arco Indireto:

       Princípio: Um arco é estabelecido entre dois eletrodos posicionados acima da carga. O material é aquecido indiretamente por radiação do arco.

       Situação: Caracterizado por altos níveis de ruído e menor eficiência térmica, este tipo foi amplamente eliminado das principais aplicações metalúrgicas.

2.  Forno de Arco Direto:

       Princípio: O arco é formado diretamente entre a ponta do(s) eletrodo(s) e o material de carga condutivo, proporcionando aquecimento altamente eficiente e direto. Este é o design mais comum para a fabricação moderna de aço.

       Subtipos: Inclui fornos de arco AC trifásicos e DC, que são os pilares da indústria de aço e ligas à base de sucata.

3.  Forno de Arco Submerso (SAF):

       Princípio: Também conhecido como redução. Os eletrodos são parcialmente enterrados na carga (uma mistura de minério, redutor e fluxo). O aquecimento ocorre por uma combinação da atividade do arco dentro da carga e da resistência elétrica (aquecimento Joule) do próprio material.

       Aplicação: Predominantemente usado para a produção de ferro-ligas (por exemplo, ferrossilício, ferromanganês), carboneto de cálcio e para a fusão de materiais não ferrosos como mate.

Componentes-chave de um Sistema EAF

Um forno de arco direto moderno é um sistema eletromecânico complexo que compreende vários subsistemas principais:

1.  Sistema de Energia Elétrica: Inclui o transformador do forno (e retificador para fornos DC), aparelhagem de alta tensão e armários de controle de baixa tensão para regular a entrada de energia.

2.  Sistema de Eletrodos: Consiste em eletrodos de grafite, o suporte/braço do eletrodo e o sistema de regulação do eletrodo, que controla automaticamente a posição do eletrodo para manter o comprimento do arco e a potência estáveis.

3.  Estrutura Mecânica do Forno: Abrange a concha do forno refrigerada a água, o teto do forno (frequentemente refrigerado a água e oscilante para carregamento) e o mecanismo de inclinação para vazamento de escória e aço.

4.  Sistema de Condução de Alta Corrente (Rede de Curto-Circuito): O conjunto de barras de cobre de alta resistência e refrigeradas a água e cabos flexíveis que fornecem corrente muito alta do transformador para os braços dos eletrodos.

5.  Sistema de Água de Resfriamento: Uma rede crítica de circuito fechado que fornece água para resfriar painéis, teto, cabos, suportes de eletrodos e outros componentes expostos ao calor extremo.

Princípio Básico de Funcionamento

Em um forno de arco direto para fabricação de aço, o calor intenso gerado por arcos entre eletrodos de grafite e uma carga de sucata de metal causa fusão rápida. Uma vez estabelecida uma poça de metal fundido, as operações de refino (ajuste de temperatura, controle da química por meio de adições de escória e liga) são conduzidas com o metal fundido coberto por uma camada de escória sintética. Os EAFs são classificados como ácidos ou básicos, determinados pela natureza química do revestimento refratário e da escória utilizada. Fornos com revestimento básico, que utilizam uma escória à base de cal, são capazes de extensa dessulfurização e desfosforização.

Aplicações Primárias

Os Fornos Elétricos a Arco são ferramentas versáteis na metalurgia extrativa e de processo, as principais aplicações incluem:

1.  Produção de Aço: A aplicação primária, fundindo sucata de aço para produzir aços carbono, liga e inoxidáveis.

2.  Refino de Ferro-Ligas: Produção e refino de várias ligas-mestre à base de ferro.

3.  Fusão de Materiais Especiais: Processamento de materiais como escória de alto teor de titânio e escórias de fluxo de soldagem sintéticas.

4.  Produção de Materiais Refratários: Fusão de matérias-primas para produzir refratários de alta temperatura, como alumina fundida, magnésia e cimentos de alumina-cálcio.

5.  Reciclagem de Subprodutos Metalúrgicos: Recuperação de metais valiosos de resíduos como aparas de retificação de aço inoxidável e carepa de laminação.

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