Guia Profissional para Fusão de Metal em Fundição: Técnicas, Temperaturas e Segurança

A fusão de metal é o processo que transforma o metal do estado sólido para o estado líquido. O processo de fusão varia em tecnologias. Aqui fornecemos uma explicação de como fundir metal em uma fundição, além de pontos de fusão comuns de metais e protocolo de segurança protetora.

A fundição de fundição lida principalmente com o trabalho em metal fundido para moldar uma variedade de aplicações de fundição. Não é exagerado apreciar que a fusão de metal é o coração da fundição.

A fusão de metal é um processo de fundição indispensável que liquefaz o metal sólido para verter no molde e formar a fundição em qualquer forma. Brevemente, em seu processo de trabalho, o metal é colocado em um dispositivo de fusão chamado forno e superaquecido até um certo ponto de fusão para transformar o material metálico sólido em um estado líquido.

Existem diferentes tecnologias aplicadas na fusão de metal, dependendo principalmente do tipo de forno de fusão usado. Neste post, ajudamos você a responder à preocupação "Como fundir metal" especificando as principais tecnologias de forno de fusão em fundições hoje, além do ponto de fusão de metais comuns, bem como orientação sobre proteção de segurança no processo de fusão.

Fique conosco e descubra o conhecimento!

O que é fusão de metal?

Fusão, também chamada de fusão, é um processo de transição que muda o status do material metálico de estado sólido para estado líquido fornecendo calor suficiente.

O processo de fusão de metal afrouxa o empacotamento apertado das moléculas de metal. Como resultado, a fusão dá metal líquido fora do material sólido.

O metal puro e sólido funde em uma certa temperatura fixa chamada ponto de fusão, enquanto materiais metálicos impuros, funde em uma temperatura diferente que varia dependendo do tipo e porcentagem de impureza.

Como o coração da fundição, o processo de fusão de metal fornece fluido fundido que pode ser usado para verter no molde e solidificar em uma variedade de formas conforme necessário. A fusão de metal é um trabalho de alto consumo de energia que responde por 55% do consumo de energia da indústria metalúrgica.

É um passo muito crucial porque a fusão de metal não apenas fornece o material para o processo de fundição, mas também afeta grandemente as propriedades físicas e químicas dos produtos de fundição finais.

O processo de fusão de metal

Aqueles que se perguntam como fundir metal em fundição podem encontrar o processo de fusão de metal geralmente envolvido nestas etapas resumidamente:

1. Decidir a proporção de mistura do metal
2. Preparar e carregar o metal
3. Fundir o metal
4. Refinar e tratar o metal fundido
5. Transportar o metal fundido

Decidir a proporção de mistura do metal

Cada aplicação de fundição requer diferentes propriedades mecânicas do metal que podem ser alteradas ajustando a proporção da mistura de metal. O fabricante de fundição tem uma fórmula para mistura de metal de acordo com a classe de material específica e requisitos.

Por exemplo, a proporção de mistura de material para fundição de peça de alumínio em nossa fundição metálica é frequentemente 40% Lingote de Alumínio + 50% Sucata de Alumínio + 10% Outros. Em que 10% de outros são alguns materiais aditivos, como ligas de Zn, Mn, Cu, Si, etc.

Preparar o metal

Lingotes e sucata metálica são a composição principal do material usado no processo de fusão, representando até 80% da proporção de mistura.

Antes de carregar no forno, lingotes e sucatas metálicas (latas, peças de máquinas sucateadas, contêineres, ou revestimentos) requerem remoção de sujeira, pré-aquecimento e secagem. Esta etapa é para remover a umidade, prevenir a possibilidade de explosão no forno, limitar a formação de escória e aumentar a capacidade de fusão.

Particularmente com sucata metálica, requer remoção de tinta, óleo de usinagem e outros contaminantes, comumente pelo processo térmico.

Carregar e fundir o metal

O forno é carregado adicionando uma fonte de combustível (carvão, gás natural, eletricidade). O metal é carregado continuamente no forno no processo de aquecimento, em vez de em lote, para economizar consumo de energia e eficácia do trabalho.

O forno opera em um ambiente extremamente duro onde metal fundido, revestimentos do forno, gases atmosféricos e produtos da combustão de combustíveis estão em temperaturas muito altas que requerem equipamentos de proteção estritos para o trabalhador. Fornos vêm em diferentes tamanhos, formas, princípios de funcionamento e energia, de modo que a capacidade de fusão de cada forno difere das outras.

Em um ponto de fusão fixo, o metal transforma de sólido para líquido. O ponto de fusão varia de metal para metal, variando de cerca de 350°C a 2000°C.

Refinar e tratar o metal fundido

Este processo é para desgasificar o fundido, remover sólidos indesejáveis e ajustar a composição da liga como esperado. Materiais aditivos, especialmente alguns ferrosos, para aumentar as propriedades mecânicas do líquido metálico (resistência, ductilidade, rigidez, elasticidade).

Esta etapa é muito crucial porque pode afetar a qualidade final da fundição.

Transportar o metal fundido

Após a fusão, o líquido fundido é transferido do forno para a linha de moldagem pelo sistema de vazamento.

Tecnologias de fusão de metal

O coração do processo de fusão de metal depende diretamente do forno de fusão, envolvendo e afetando a eficácia do processo de fusão. Existem diferentes tecnologias de fusão que afetam como fundir metal e decididas por qual forno está em uso.

Como escolher um forno de fusão

O forno de fusão afeta grandemente não apenas a eficácia operacional da fundição, mas também os resultados finais da fundição, portanto, é muito vital levar em consideração quais tecnologias de forno devem ser aplicadas.

Como você sabe, os fornos de fusão metálica variam em forma, geometria, combustível e capacidade.

Estes fatores abaixo decidem estritamente qual forno de fusão se adapta à sua operação de fundição.

• Disponibilidade de espaço: Verifique sua área de produção. Onde você colocará o forno?
• Tipo de ligas a serem fundidas e seu ponto de fusão
• Capacidade de fusão e quantidade de metal
• Eficiência energética
• Investimento de capital
• Custo operacional
• Requisito de manutenção
• Emissão e questão ambiental

Claro, não existe uma opção única para todos, mas os fabricantes de fundição de fundição têm que considerar quais critérios são mais importantes que outros. Cada fundição de fundição metálica terá seus próprios critérios de prioridade para escolher o forno de fusão que corresponda à sua demanda e escala de produção.

Após esclarecer estas considerações, o segundo passo é selecionar o que funciona na sua fundição de fundição. Aqui listamos os fornos de fusão mais populares em fundições metálicas hoje. Vamos conferir.

Tecnologias atuais e emergentes de forno de fusão em fundição metálica

Para fusão de metal na metalurgia, diferentes tipos de fornos são usados. Eles são classificados de acordo com a fonte de aquecimento, propriedades operacionais e construção do forno.

Os fornos de cadinho e cubilô são métodos de fusão tradicionais, enquanto fornos de indução e arco elétrico são as tecnologias modernas avançadas de fusão.

Forno de Cadinho (Crucible Furnace)

O forno de cadinho é o mais antigo, simples e original recipiente de fusão usado em fundições metalúrgicas. Este dispositivo básico de fusão é feito de materiais resistentes a alta temperatura, que frequentemente são cerâmicos ou substâncias refratárias.

O forno de cadinho pode vir em uma xícara muito pequena, geralmente usada para fundir joias (ouro, prata), a um recipiente maior que se aplica para trabalho em pequenos lotes.

Combustível de aquecimento do cadinho é geralmente coque, gás, óleo ou eletricidade. Enquanto o cadinho elétrico tem capacidade máxima de 2,5 ton/h, o cadinho a gás ou combustível líquido pode fundir até 4 ton/h.

O forno de cadinho não é um dispositivo de eficiência energética com mais de 60% de perda de calor por radiação.

Este forno é adequado para metais não ferrosos, especialmente aplicado para fusão de alumínio. Eles funcionam bem em qualquer liga de alumínio. Uma vantagem é que o cadinho é muito fácil de operar e manter, economizando custo. Além disso, seu baixo custo de capital atrai pequenas fundições a investir seu dinheiro.

No entanto, este forno só se adapta a pequeno volume de produção e metal de baixo ponto de fusão devido à sua baixa eficiência energética.

Fornos Cubilô (Cupola furnaces)

O forno cubilô é considerado uma das tecnologias de fusão mais econômicas. Quase todo ferro cinzento hoje em dia é fundido por este forno.

Falando em construção, o cubilô pode ser feito em qualquer forma e tamanho, mas seu diâmetro pode variar de 0,5 a 4m e sua altura é de cerca de 6-11m. O cubilô é construído como um vaso vertical e cilíndrico, provavelmente uma grande chaminé.

A parede do forno cubilô é geralmente feita de aço e revestida com parede de tijolo refratário. O fundo do forno é revestido de maneira semelhante, mas frequentemente usa uma mistura de argila e areia, pois este revestimento é apenas temporário. Alguns cubilôs são equipados com camadas de resfriamento para mantê-lo frio e adicionado oxigênio para fazer o coque queimar mais intensamente.

O combustível de aquecimento do forno cubilô é coque e alguns aditivos. Para iniciar um lote de produção, camadas de coque são adicionadas no forno e acesas com uma tocha. Quando o coque inflama, o ar é introduzido nas camadas de coque através das aberturas. Madeira, carvão ou gases combustíveis também podem ser usados como combustível do forno.

Quando o coque está quente o suficiente, metais sólidos são alimentados no forno através do buraco no topo. Durante o processo de fusão, a reação termodinâmica ocorre entre o combustível e o ar de entrada.

O carbono no coque combina com o oxigênio no ar para criar monóxido de carbono, que continua a queimar a dióxido de carbono. Uma certa quantidade de carbono dissolve nas gotas de metal líquido caindo e, portanto, aumenta o teor de carbono no metal. Este processo de fusão produz diferentes tipos de graus de ferro e aço.

O forno cubilô pode ser aplicado para fundir qualquer ferroso, principalmente usado para fusão de ferro com grande volume. Estatisticamente, 60% da fundição de ferro é fundida por um cubilô. Sua eficiência energética também é alta, respondendo por cerca de 40-70%.

Fornos a Arco Elétrico (Electric Arc Furnaces)

O forno a arco elétrico (EAF) é um forno que usa a energia de um arco elétrico para aquecer e fundir o material.

Varia de 1 tonelada (geralmente para produzir ferro gusa) a 400 toneladas (para aço secundário). Fornos a arco elétrico industriais podem atingir temperaturas de 1.800°C (3.272°F) enquanto vasos de laboratório podem atingir mais de 3.000°C (5.432°F).

Como fundir metal pelo forno a arco elétrico?

No forno a arco elétrico, o material está em contato direto com a eletricidade do arco e a corrente elétrica passa através do material. Portanto, a fusão é mais eficaz que outras tecnologias que usam calor externo.

O forno a arco elétrico é frequentemente usado para fundir aço (respondendo por 87%) enquanto 13% é para fundir ferro. Eles podem processar bem sucata de automóveis de aço com elementos residuais altos que não seriam eficazes pela fusão em cubilô.

Forno de Indução (Induction furnace)

Um forno de indução é um forno elétrico usando o princípio de indução eletromagnética. Então, como fundir metal por esta tecnologia de fusão?

O metal é carregado no cadinho que é cercado pela bobina de cobre carregando corrente elétrica alternada. Uma vez que o forno de indução ligado, a bobina cria um campo magnético reverso rapidamente que penetra sobre o metal. O campo magnético cria correntes parasitas, uma corrente elétrica circular rodando dentro do metal. Como resultado, a circulação destas correntes cria temperaturas muito altas que fundem os metais.

A capacidade de fusão de fornos de indução varia de menos de 1 kg a 100 toneladas, comumente usado para fundir ferro, aço, cobre, alumínio e metais preciosos.

Comparado com outras tecnologias de fusão de metal, a vantagem dos fornos de indução é que é limpo, eficiente energeticamente e fácil de controlar o processo de fusão.

No entanto, o forno de indução limita em tipos de sucata metálica e alguns elementos de liga podem ser perdidos devido à oxidação.

Pontos de fusão dos metais

A maioria dos metais que existem na Terra têm seu estado normal como sólido. No entanto, nas indústrias metalúrgicas, especialmente fundição metálica e metalurgia, o metal precisa ser liquefeito para produzir um novo produto. Para liquefazer o metal, é necessário aquecer o metal ao seu ponto de fusão.

Portanto, é tão importante quanto saber como fundir metal conhecer a temperatura de fusão das substâncias. Torna o processamento de fundição metálica mais simples. Especialistas podem calcular com precisão o tempo de moldagem, fusão e congelamento de produtos de fundição. Isso ajuda na produção ineficiente, ao mesmo tempo, traz as soluções de backup necessárias para seu trabalho lidar com emergências.

O que é o ponto de fusão?

O ponto de fusão, também conhecido como temperatura de liquefação, é a temperatura na qual o processo de fusão de um metal sólido ocorre. É o ponto no qual o metal transforma da fase sólida para a fase líquida. O ponto de fusão varia de metal para metal.

Na prática, o ponto de fusão é considerado relativo. É insensível à pressão. Algumas substâncias amorfas, como vidro, não têm um ponto de fusão fixo.

Qual metal tem o ponto de fusão mais alto?

Volfrâmio (W), também conhecido como Tungstênio, é o metal com o ponto de fusão mais alto (3.422°C; 6.192°F), a menor pressão de vapor (em temperaturas acima de 1.650°C, 3.000°F) e a maior resistência à tração.

Metal mais fácil de fundir

Até este ponto, o metal com o ponto de fusão mais baixo é mercúrio com ponto de fusão de –38,83°C. É o único metal na Terra em estado líquido sob condições normais, padrão de temperatura e pressão químicas.

Atualmente, a principal aplicação do mercúrio é para uso como termômetro, pressão, manômetro, válvula de flutuador, interruptor de mercúrio, etc.

Ponto de fusão do ferro e aço

O ferro é o metal mais usado no mundo hoje, respondendo por 95% da produção total anual de metal.

O ferro puro é macio e flexível. Mas ao adicionar o componente de carbono na taxa de 0,002% – 2,1%, criará uma liga de aço com dureza, ductilidade e capacidade de suporte excepcionais.

O ferro tem ponto de fusão de 1538°C enquanto o do aço é 1370°C. Atualmente, ferro e aço são dois metais que são muito usados no campo de fabricação mecânica, indústria automobilística, construção naval, construção, etc.

Ponto de fusão do alumínio

O alumínio tem ponto de fusão de 933,47K (660,32°C; 1220,58°F). O ponto de fusão do alumínio não é alto comparado a outros metais.

Na tabela periódica, o alumínio é denotado Al; Número atômico é 13, densidade 2,9 g/cm3. O alumínio é leve, macio e excelente resistência à corrosão e boa fundibilidade. É o metal mais comum na crosta terrestre. A fundição de alumínio é amplamente usada em detalhes de máquinas, motores e decoração urbana externa.

Metal	Ponto de fusão (°C)	Ponto de fusão (°F)
Alumínio	660,32	1220,58
Liga de Alumínio	463 – 671	865 – 1240
Ferro, Forjado	1482 – 1593	2700 – 2900
Ferro, Fundido Cinzento	1127 – 1204	2060 – 2200
Ferro, Dúctil	1149	2100
Chumbo	327,5	621
Magnésio	650	1200
Aço Carbono	1425 – 1540	2600 – 2800
Aço Inoxidável	1510	2750

Orientação de segurança protetora no processo de fusão de metal

O processo de fusão de metal diariamente lida com aquecimento extremo (podendo chegar a 2000°C) que é um ambiente de trabalho muito perigoso.

Pode-se dizer que a fusão é um dos trabalhos mais perigosos que causam acidentes inesperados em fundições metálicas. Leia mais sobre Como a fundição metálica funciona.

Portanto, para proteger a saúde e a vida do trabalhador e evitar perdas e danos às propriedades da fundição, há orientação estrita que os fabricantes de fundições de fundição metálica devem levar em consideração.

Garantir infraestrutura da fundição

• A área de fusão deve ser arranjada separadamente para evitar perigo a trabalhadores não autorizados
• Deve haver ventilação e o design do telhado da fundição deve ser alto para circulação de ar
• O forno deve garantir qualidade e segurança quando usado
• Deve ser equipado com sistema automático ou semi-automático para vazamento e reabastecimento para limitar exposição humana e acidentes.
• Equipamentos à prova de explosão e incêndio devem estar sempre prontos

Garantir roupas de segurança protetoras para o trabalhador

O trabalhador de fusão deve ser equipado com roupas de proteção completas enquanto em turno. Chapéu, óculos, luva, máscara, roupas grossas e sapato são acessórios obrigatórios.

O que fazer e não fazer

• Colocar sinal de cautela para a zona de fusão
• Restringir acesso de trabalhadores não autorizados à zona de fusão
• Verificar regularmente o forno e sistema de ventilação e garantir reparo imediato de ineficazes
• Limpar e secar material metálico antes da fusão
• Pré-aquecer fornos e refratários antes do uso
• Preparar Plano de Emergência
• Não permitir fumar, comer, beber na zona de fusão

Resumo

Através do conteúdo acima, fornecemos uma explicação detalhada de Como fundir metal em uma fundição. Esperamos que isso o atualize sobre algumas ideias interessantes sobre o processo de fusão de metal.

Leia mais sobre nosso blog sobre o procedimento de fundição nas fundições metalúrgicas aqui.

Breve introdução, a VIC é o fabricante de fundição metálica especializado na fabricação e fornecimento de peças de fundição metálica para o mercado mundial. Se você precisa, entre em contato conosco para fazer um pedido e obter aconselhamento sobre tratamento de fundição.

Referência

Departamento de Energia dos EUA (2005). Tecnologias Avançadas de Fusão: Conceitos de Economia de Energia e Oportunidades para a Indústria de Fundição Metálica. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/advancedmeltingtechnologies.pdf.

Safe Work Australia (2013). Guia para Gerenciamento de Riscos Associados ao Trabalho de Fundição. https://www.safeworkaustralia.gov.au/system/files/documents/1702/guide-managing-risks-associated-foundry-workl.pdf