Produção de aço e ferro-gusa Alto-forno Conversor Minério de ferro Usinas integradas Lingotamento contínuo Usinas semi-integradas Ferro-Gusa Sucata Forno Elétrico A arco Forno Panela Panela Refino secundário Tarugos Trefila Fio-máquina Formador de espiras Bloco Laminador Forno de reaquecimento rame refilado Leito de resfriamento Máquina de pregos Processos de solda Galvanizaçao Vergalhão CA-60 Arame Recozido Tela soldada Nervurada Pregos Arames para soldas e eletrodos Arame Arame Arame FarpadoOvaladoGalvanizado Perfis Barras Vergalhão estruturais e perfis GG 50
Lingotamento Contínuo
Fundição 4
Versatilidade dos processos de fundição: A Fundição de Metais e Ligas está entre os dez maiores processos industriais segundo U.S. Department of Commerce Statistics. 5 grupos de técnicas de fundição: Métodos convencionais: areia verde, shell molding, lingotamento contínuo Métodos de precisão: cera perdida, espuma perdida, Replicast, Unicast/shaw, molde permanentes, fundição sob pressão Processos de cura a frio: CO 2, Cold Box, Cold Set Processos especiais: moldagem a vácuo, centrifugação Processos inovadores: tixofundição, reofundição, squeeze casting, sprayforming
Classificação por tipo de molde Tipos de moldes Descartáveis Permanentes Areias aglomeradas Verde Silicato/CO2 Cura a frio (cold box/cold set) Shell-moulding Areais nãoaglomeradas Moldagem a vácuo Processo Lostfoam Cerâmico Modelo perdido Shaw/unicast Cera perdida Replicast Coquilha por gravidade Fundição sob pressão/injeção Fundição sob baixa pressão Squeeze casting Lingotamento contínuo Fundição por centrifugação
Molde refratário vs Molde metálico
Etapas do processo
Fusão
Ferro Fundido Cinzento
Ferro Fundido Nodular
Forno Cubilô Capacidade de produzir 10 toneladas de metal líquido por hora. 15 metros de altura Combustível = coque Soprador de ar e oxigênio Carga = Ferro gusa + retorno + calcário +briquete de silício + sucata de aço
Forno cubilot -Ferro gusa -Sucata -Coque -Fundente -Ferros-liga Ar Escória Metal líquido Tampa Panela de espera
Forno Cubilô
Forno a canal 1 Forno elétrico de indução com núcleo Grande capacidade de armazenamento Transferência do metal para o forno vazador
Forno a canal 1 Amianto Bobina 1 e 2
Fornos de indução sem núcleo Cadinho Nível do banho Bobinas
Pó de carvão (2 a 3%)
Moldagem em areia verde É o processo mais utilizado, abrangendo cerca de 60% da produção mundial de fundidos Vantagens da utilização do processo em areia verde: Baixíssimo custo Produção seriada Facilmente automatizado A areia pode ser recuperada Desvantagens do processo de areia a verde: Acabamento superficial limitado Limitado quanto as tolerâncias dimensionais Incrustações de areia na superfície das peças Resistência do molde é moderada limitação quanto ao tamanho das peças
Areia de sílica: Possuir estabilidade dimensional e térmica ( refratariedade ) Possuir tamanho e formato de partículas adequados Ser quimicamente inerte a metais fundidos Não ser facilmente molhada por metais fundidos Ser disponível em grandes quantidades e preços razoáveis Acabamento superficial Retenção de gases Quantidade de ligante Mais Fina Melhor Maior (mais porosidade) Maior (mais área superficial) Mais Grossa Pior Menor (menos porosidade) Menor
Bentonita cálcica ou sódica Com a adição de água a mistura consegue-se a ligação entre os grãos de areia, conferindo resistência mecânica ao molde
Pó de carvão: Evitar a aderência da areia com a peça fundida Evitar penetração do metal líquido no molde Reduzir a ocorrência de defeitos devido a expansão da sílica Melhorar acabamento superficial das peças fundidas Aumentar a colapsibilidade do molde Ensaios de laboratório para analisar a qualidade da areia a verde: Resistência a compressão a verde Compactabilidade Permeabilidade Voláteis Cinzas Granulometria Argila Ativa (ensaio de adsorção de azul de metileno) finos
Misturadores de mós verticais
Compactador pneumático Compactabilidade
Compactador +GF+ Compactabilidade
Permeabilidade Permeâmetro digital
R.C.V digital Resistência a compressão a verde
Ferramentaria *Machos devem ser utilizados se o fundido exigir ou apresentar seções ocas, cilíndricas ou de formas complexas. Geralmente são elaborados em areia mais endurecida (areia de macho) Caixas de moldagem armações metálicas cuja função é sustentar a areia utilizada na formação do molde
Ferramentaria placas modelo
Luvas exotérmicas
Ferramentaria caixa de macho cold box
Ferramentaria caixa de macho cold box
Processos mais comum em areia a verde: Vibração - compressão (+ comum) (Jolt-Squeeze) Impacto (recentemente proposto) Disamatic
Vibração - compressão (Jolt-Squeeze)
Moldagem Disamatic
Forno Vazador
Forno Vazador
Caixa Vibratória
Tamborão
Inspeção Final Local responsável por conferir a qualidade das peças em relação a suas propriedades Ensaio de resistência a tração Ensaio de dureza Brinell Analise Metalográfica Espectrômetro
Durômetro Brinell
Espectrômetro
Metalografia
Resistência a tração
Shell Molding
Processos de cura a frio (autosecativos) Utiliza como aglomerante uma resina de cura a frio (Temp. ambiente), a qual polimeriza por reação com um catalisador. A variedade de composições das resinas dá origem a diversas designações comerciais para o mesmo processo como: Alphaset, Betaset, Isocure. Peças em que a geometria não permitiu ser feita em areia a verde são feitas por esses processos A elevada resistência mecânica dos moldes possibilita a obtenção do molde sem caixa de moldagem (menos custos em armazenagem e aquisição). A alta resistência mecânica torna os processos de cura a frio particulamente indicados para a fundição de peças de elevadas dimensões. Os processos de cura a frio (autosecativos) podem ser divididos em : Processos Cold-Set e Processos Cold-Box. Cold-Set: são simultâneamente misturados areia, resina (aglomerante) e catalisador Cold-box: são misturados primeiramente areia e resina (aglomerante) e depois é introduzido o catalisador, geralmente na forma de gás ou vapor. E qualquer dos dois processos a cura rápida variando entre 5 e 60 minutos.
Processos de cura a frio (autosecativos) Ambos os processos apresentam fácil desaglomeração na reciclagem. São utilizados geralmente em macharia e fundição de ferrosos (aços e ferros fundidos). São utilizadas como areia base: areia de silica(sio 2 ), cromita(feocr 2 O 3 +MgOCr 2 O 3 +MgOAl 2 O 3 ),zirconita (ZrSiO 4 ), olivina(mg 2 SiO 4 +Fe 2 SiO 4 ) ou chamote (misturas de argilas calcinadas ou misturas de cadinhos e tijolos refratários granulados).
A adição óxido de ferro é utilizada para aumentar a resistência a quente da areia, a explicação seria uma reação a partir do encontro entre areia, óxido de ferro(feo- Wustita) e metal produzindo uma escória (faialita-fe 2 SiO 4 ) que aumentaria a resistência mecânica.
Resinas Furânicas cold set São resinas complexas, com três componentes ativos: uréia-formol/álcool furfurílico (UF/AF) ou fenol-formol/álcool furfurílico (FF/AF). São resinas líquidas e termofixas, catalisadas por sistemas ácidos (ácido fosfórico ou sulfônico). Resina uréica-furânica (UF/AF) apresenta teor de álcool furfurílico entre 30 e 80% e vários teores de nitrogênio e água. Tem alta resistência a frio e é adequada para o uso com alumínio e ferros fundidos de baixa liga. Em alguns casos, os altos teores de nitrogênio poderão interferir na qualidade final do fundido causando porosidades. Resina fenólica-furânica apresenta teor de álcool furfurílico entre 30 e 70%, com um desempenho ligeiramente inferior à UF/FA em termos de desenvolvimento de resistência a frio. Entretanto, devido à ausência de nitrogênio, é mais indicada para o uso com aço, ferro fundido nodular e ferro fundido de alta resistência. Resina uréica-fenólica-furânica apresenta teor de álcool furfurílico entre 40 e 85%, com baixos teores de nitrogênio, apesar de manter um bom desenvolvimento de resistência a frio. É adequada para ferro fundido de alta resistência, ferro fundido nodular e aço. -Apresentam custos elevados -O tempo de cura é função da concentração dos catalisadores Resina 1-2% Catalisador 30-50% sobre a resina Areia - restante
Exemplo polimerização resina
Resina Fenólicas cold set À base de fenol e formaldeído com pequenas adições de ácido furfurílico. Apresenta teores elevados de umidade que retarda o processo de cura. Catalisador Ácido sulfônico Curam a altas temperaturas (130 C) Resina 2-3% Catalisador 30-40% sobre a resina Areia - restante Essas resinas são pouco utilizadas, uma vez que é dificil garantir a homogeneidade da mistura de areia Sistema fenólico/éster (Alphaset) cold set Utiliza como aglomerante uma resina fenólica alcalina, isenta de ácido furfurílico e azoto, sendo a emulsão dissolvida em água, o elemento catalisador é um éster. -Curam a temperatura ambientes em tempos relativamente curtos -Mais utilizada para fazer machos Resina 2-3% Catalisador 30-40% sobre a resina Areia - restante
Sistema fenólico/uretano (ISOCURE) cold box O ligante constituído de dois ligantes principais (resina fenol-fomaldeído e isocianato) é misturado com a areia e a caixa é cheia, só depois é introduzido o elemento catalisador (amina na forma de vapor), que conduz a tempos de cura muito baixos. Como consequencia é indicado para processos de fabricação de machos em máquinas automáticas. Sistema fenólico/éster (Betaset) cold box Utiliza o mesmo aglomerante que o processo alphaset, entretanto neste o catalisador é inserido na forma de vapor um éster neste caso formiato de metil (HCO 2 CH 3 ). Resina 2% Catalisador 30-40% sobre a resina Areia - restante
Fatores que influênciam nos moldes de cura a frio (cold-box e cold-set) Teor de aglomerante resistência mecânica aumenta, permeabilidade diminui e aumenta gases liberados no vazamento Teor de catalisador menor o tempo de cura, a resistência mecânica aumenta até um patamar máximo e aumenta gases liberados no vazamento Tempo de armazenagem da areia antes do vazamento diminui a resistência mecânica Temperatura da areia (ou ambiente) tempo de cura diminui, entretanto para moldes grandes pode ser prejudicial uma vez que parte da caixa de moldagem pode estar curada, antes da caixa estar totalmente preenchida, pode assim prejudicar a adesão entre as duas partes.as variações de temperatura ao longo do ano obrigam constantes variações no teor de catalisador, o ideal seria controlar a temperatura da areia.
Cera Perdida
Replicast O processo Replicast é uma variante do processo em areia sem ligante, fazendo o uso de moldes em poliestireno expandido, vulgarmente designado por processo Lost Foam Neste caso, a areia não aglomerada é substituída, como material de moldagem, por uma material cerâmico, sendo esta executada seguindo uma metodologia semelhante à utilizada no processo de fundição por cera perdida. A grande vantagem deste processo é o fato de não sofrendo o poliestireno qualquer qualquer dilatação volumetrica quando é aquecido, é possível a sua eliminação do interior da moldagem sem se correr o risco de fissuração desta, o que permite carapaças cerâmicas de pequena espessura 3 5mm(custos baixos) Após a secagem da carapaça executa-se um tratamento térmico a 1000 C que varia 15 e 45 minutos, esse tratamento promove a calcinação da carapaça cerâmica e a eliminação do poliestireno, sendo essa principal diferença para o processo lost-foam.
Menor tendência a deformações -> maior precisão dimensional comparando ao processo Shaw
Shaw e Unicast Fabricação de moldes para a industria vidreira, plásticos, fundição, forjamento e extrusão. Outras aplicações frequentes pás de hélices para industria naval, bombas, válvulas e outros fundidos de precisão, de média e grande dimensão