O forno cubilô, que pode ser considerado o principal equipamento de fusão do ferro fundido, sofreu desenvolvimentos significativos nos últimos anos, tanto no que diz respeito à tecnologia quanto à produtividade[1].

Com estes desenvolvimentos, que conduziram a um aumento do efeito do grau térmico e à diminuição das emissões de poluentes, o forno cubilô conseguiu reagir com sucesso às alterações do mercado e também à maior severidade das legislações ambientais em todo o mundo.

Técnica de despoeiramento e proteção ambiental

Na bibliografia 2, R. R. Clark se ateve aos efeitos resultantes da indústria de fundição no aquecimento global. A figura 2 mostra o teor de dióxido de carbono (CO2 ) e as alterações do clima.

O aumento do teor de gases do efeito estufa na atmosfera é bastante preocupante, a ponto de desencadear reações políticas.A necessidade prognosticada do uso de energia fóssil até 2030 pode levar ao quase esgotamento das reservas convencionais de óleo, mas a demanda crescente ainda pode ser atendida pelo gás e pelo carvão.

Isso significa que se a exploração de portadores de energia fóssil não for reduzida, a vida em nosso planeta será ainda mais prejudicada. É provável que, isoladamente, o preço cada vez maior da energia não seja um estímulo suficiente para a redução das emissões.

Nos Estados Unidos, os gases do efeito estufa são classificados na categoria de materiais prejudiciais, conforme a lei do ar puro, o que deve conduzir a alterações na produção e no consumo de energia. E isso afetará a indústria de fundição.

O impacto dos materiais prejudiciais em diversos campos da indústria de fundição também é tema da publicação de T. R. Vijayaram[3] . Nela, é abordada a fusão em fornos cubilô. Para a diminuição ou eliminação da emissão de materiais prejudiciais neste caso, são apresentados e descritos diversos tipos de equipamentos.

Fig. 1 - Com a otimização da técnica e o aumento a produção, os fornos cubilôs mantêm o seu sucesso

Fig. 2 – Desenvolvimento do teor de dióxido de carbono e da temperatura[2]

No quadro de projetos de pesquisa europeias sobre a emissão de dioxina nas fundições de ferro, foram desenvolvidas várias pesquisas no campo da fusão e realizadas análises dos gases de exaustão. Na bibliografia 4, B. Duke descreve uma destas pesquisas e discute os resultados obtidos.

Ele estudou, por exemplo, a influência de diferentes condições operacionais sobre o teor de dioxina em gases purificados. Além disto, foi demonstrado o mecanismo de formação da dioxina no banho fundido do forno cubilô. Em vários casos, o gás de exaustão revelou aumentos da emissão de dioxina, em conjunto com um alto teor de partículas finas residuais. Quando a limitação das emissões de dioxina não apresentou um bom resultado, apesar da otimização dos valores operacionais e do ajuste da instalação de filtro, o autor recomendou um tratamento posterior da dioxina.

Para a diminuição das emissões de dióxido de carbono, a otimização da eficiência da energia no banho fundido do forno cubilô é uma contribuição significativa. Quando as possibilidades no próprio banho fundido do forno cubilô estão totalmente esgotadas, a utilização do calor perdido ganha importância.

A referência bibliográfica 5 discute a utilização do calor perdido. Ela apresenta, por exemplo, a quantidade de calor disponível em dependência da energia térmica do banho fundido, com base em um exemplo do cálculo em que a utilização do calor perdido é determinada (figura 3).

Com a utilização do óleo térmico como portador de calor, a sua perda é desacoplada no circuito intermediário do óleo térmico, que pode ser conduzido ao consumidor. Este trabalho ainda traz uma variedade de opções

 

Fig. 3 – Diagrama do fluxo de calor de um forno cubilô com valores operacionais típicos

para a utilização do calor. Também é descrita a reconstrução das instalações de recuperação de calor na Giesserei Heunisch GmbH. Neste caso, o calor passou a ser utilizado na secagem da tinta, na instalação de esmaltação.

D. Leveque[6] descreve o princípio de despoeiramento no filtro de manga, a sua limpeza e também do circuito do fluxo do gás de exaustão carregado com partículas finas. Além disso, são apresentados vários tipos de filtros de tecido.

A temperatura máxima de 250°C do gás de exaustão é indicada antes do filtro. Com a limpeza das mangas de filtro, a introdução do ar pressurizado

Fig. 4 – Diagrama temperatura x tempo de resfriamento do forno cubilô pesquisado[17]

é favorecida. Como exemplo, é apresentada a instalação de despoeiramento de um forno cubilô de ar frio, com velocidade de fusão de 14 toneladas por hora.

A Acme Foundry, dos Estados Unidos, fabrica peças fundidas complexas e com muitos machos[7]. Com a substituição da antiga instalação de despoeiramento, a obtenção dos valores limites de emissão, conforme o padrão da MACT (maximum achievable control technology ou tecnologia de controle máxima alcançável), foram assegurados. Isso foi provado via controle feito por medições.

A construção de novas instalações de despoeiramento também é descrita neste trabalho. Entre as medidas tomadas, destaca-se a modernização dos fornos cubilô, que levou a uma economia dos custos de fusão.

A fundição de ferro do grupo Saint-Gobain, da França, fabrica tubos fundidos centrifugados, que são produzidos em ferro fundido cinzento em um forno cubilô de ar frio. M. Alaphilippe, P. Cuenin e S. Jakob[8] descreveram a instalação de despoeiramento utilizada neste caso.

Trata-se da denominada instalação de limpeza do gás seco, na qual o gás tóxico é submetido à combustão e, então, resfriado na temperatura requerida na entrada do filtro, em uma torre trocadora de calor .

O despoeiramento ocorre no filtro de manga. Para separação da dioxina, pulveriza-se cal ativa antes da entrada do filtro.

Na fundição Norfond, também da França, algumas medidas foram tomadas com relação à proteção ambiental, conforme relatado por M. Alaphilippe, P. Cuenin e S. Jakob[9]. O processo e os equipamentos empregados estão descritos detalhadamente na bibliografia 9.

A instalação para o tratamento e limpeza dos gases tóxicos do forno cubilô é similar à construída em Bayard. A preocupação com a proteção ambiental trouxe vários prêmios para a fundição.

Modelo de cálculo

S. Katz e outros[10] apresentaram o resultado do desenvolvimento de um modelo para a otimização da operação no forno cubilô. O cálculo em questão foi validado em uma pesquisa realizada em um forno cubilô pequeno. A tabela confronta alguns valores relevantes.

O modelo oferece, entre outros pontos, um novo modo de se analisar a adição do carbureto de silício (SiC) no banho fundido no forno cubilô. Com o mesmo equipamento, foram feitas outras pesquisas, que também são descritas.

Recuperadores de radiação são empregados em todo o processo de recuperação do calor nas instalações industriais. Eles também são utilizados em fornos cubilô. A vantagem destes aparelhos está na sua construção simples. Com a instalação no fluxo do gás poluído, não é requerida a instalação de limpeza para superfícies quentes.

Por outro lado, há o problema da transferência de calor para o lado do ar, conforme relatado por K. Karczewiski[11,12] . Um modelo de cálculo foi desenvolvido com vistas à otimização da transferência de calor. As publicações relatam uma representação detalhada dos cálculos, com a indicação das fórmulas utilizadas.

Material de carga e metalurgia

Dois artigos de I. Lacoste[13,14] trazem uma avaliação da situação do mercado de matérias-primas, sob a visão da indústria de fundição. O desenvolvimento mundial do segmento de aço e os custos da matéria-prima são apresentados com base em estatísticas. Além disso, são feitos prognósticos sobre as tendências de desenvolvimento.

J. Parker [15] também realizou pesquisas sobre o desenvolvimento dos custos da matéria-prima e dos portadores de energia. Neste caso, ainda são apresentados os motivos da tendência de desenvolvimento, que em muitos casos é dramática. No prognóstico final, é dado como improvável um aumento extremo dos preços.

C. N. Bhadbhade[16] trata do controle da altura da cama de coque na zona de fusão. Para a determinação da cama de coque, há uma fórmula empírica em que é apresentada a dependência da pressão do vento.

A perda de pressão dos gases do forno depende da altura da cama de coque, além de outros fatores. Com relação a isso, esta representação é incompleta e a fórmula mencionada não pode ser recomendada.

As outras versões cobrem os efeitos de uma cama de coque muito alta e também muito baixa. Adicionalmente, são apresentados os resultados da alteração da altura da cama de coque.

Com o objetivo de ampliar os conhecimentos relativos ao processamento no forno cubilô, foi realizada uma experiência de alto custo, com um equipamento preparado especialmente para esta pesquisa [10] .

A publicação de R. E. Aristizabal e outros[17,19] apresenta uma descrição da evolução da pesquisa, assim como a avaliação dos resultados obtidos. Neste caso, o forno cubilô foi sufocado durante a fusão (adição de nitrogênio na área do vento) e, em seguida, resfriado com a adição de água através da abertura de carga.

A figura 4 mostra a evolução do processo de resfriamento, na forma de um diagrama temperatura x tempo. Então, a cuba do forno foi desmontada em várias seções parciais, que ficaram à disposição para análise. Desse modo, foi pesquisada a evolução das reações metalúrgicas em diferentes partes do forno cubilô.

O trabalho em questão avalia várias amostras de materiais de diferentes regiões do forno. Com base nestas análises, foram tiradas conclusões sobre o comportamento do material de carga durante a sua descida no forno cubilô.

Na bibliografia 20, B. K. Basak apresenta uma descrição sobre a construção e o modo operacional de um forno cubilô operado sem coque. Trata-se de informações de como a construção e o modo operacional em versões similares foram publicados no passado.

A denominada vantagem dos próprios agregados de fusão é a referência de todas estas notícias; os problemas associados à construção e ao modo operacional, no entanto, são apenas mencionados. Neste trabalho, fica evidenciado que também na Índia são utilizados fornos cubilô sem coque.