Fundição e moldação de metais

Um forno de fundição utiliza materiais com várias funções

O revestimento de trabalho, o isolamento de suporte, as juntas, a abertura do queimador, a tampa, a base e a carcaça formam um único sistema térmico e mecânico. Uma face quente densa proporciona forma e resistência ao desgaste; uma camada de menor densidade reduz a transferência de calor; e os produtos compatíveis de fixação, assentamento, vedação de juntas e reparação completam os diferentes pormenores construtivos. A seleção varia consoante a conceção do forno: um forno de cadinho a combustível, um forno de resistência elétrica e um forno de indução não estão sujeitos às mesmas condições de serviço.

O revestimento do forno não é o cadinho. O cadinho contém o metal fundido e deve ser selecionado de acordo com a liga, o tipo de forno, a capacidade, a velocidade de aquecimento e o método de vazamento. Betão refratário, tijolo, placa de fibra ou revestimento refratário não devem ser utilizados de forma improvisada como cadinho, exceto se o fabricante do produto tiver expressamente homologado uma conceção completa para esse fim.

Funções de um revestimento para fundição

Materiais para a face quente e construção de fornos

Os betões densos e os tijolos refratários formam a superfície de trabalho e o corpo mecânico do revestimento; não são equivalentes a um isolamento leve. Compare a densidade aparente, a porosidade aparente, a resistência, a variação linear permanente e a condutividade térmica, bem como a resistência à liga, à escória, ao fundente e à atmosfera reais do forno. A percentagem de alumina e a temperatura nominal, por si só, não comprovam a resistência a todos os metais fundidos.

Materiais especializados para fundição e fornos de indução

Estes produtos especializados exigem um método específico para o equipamento e o processo. Uma massa de reparação não repara uma bobina fissurada, uma proteção contra fugas à terra avariada, um cadinho danificado ou um revestimento de trabalho com uma redução acentuada de espessura. As referências do produto a reparações a quente descrevem práticas industriais especializadas; não constituem instruções para abordar ou reparar um pequeno forno de fundição em funcionamento. Qualquer reparação a quente exige um procedimento autorizado pelo operador do forno, pessoal competente, métodos de trabalho remotos ou protegidos e uma avaliação de riscos específica para a tarefa.

Isolamento de fibra e produtos de instalação

As mantas, placas e módulos são formatos diferentes, não espessuras permutáveis. A manta adapta-se a superfícies curvas, a placa proporciona rigidez e os módulos formam um revestimento industrial comprimido. O adesivo e o rigidificante são produtos auxiliares; nenhum deles substitui a retenção mecânica quando são necessárias ancoragens. O rigidificante pode endurecer a superfície de fibra exposta, mas não a torna adequada à incidência direta da chama do queimador, ao contacto com metal fundido ou a cargas estruturais.

Pequenos fornos de cadinho e fundições domésticas

Um pequeno forno de cadinho a combustível combina normalmente uma face quente densa e resistente à abrasão com isolamento de suporte no interior de uma carcaça de aço mecanicamente estável. A conceção deve manter a geometria do queimador ou da tubeira, o percurso de exaustão, a folga do cadinho, uma base estável e a integridade da tampa, permitindo simultaneamente a expansão térmica. O exterior deve permanecer protegido ou localizado de modo a controlar o contacto acidental e a ignição de materiais próximos.

Não dimensione um revestimento apenas com base no ponto de fusão. A atmosfera do forno e a face quente funcionam acima da temperatura liquidus da liga, e a temperatura local da chama pode ser substancialmente mais elevada. Determine a temperatura prevista da face quente, a velocidade de aquecimento, o ciclo de serviço e a temperatura-alvo da carcaça antes de selecionar as espessuras do betão, do tijolo e do isolamento.

Uma fundição doméstica continua a ser um processo com metal fundido. Exige uma área de trabalho dedicada, seca e incombustível, com acesso controlado, ventilação adequada, equipamento estável e um percurso desimpedido para o manuseamento e a retirada de emergência. Uma garagem, um anexo ou uma divisão doméstica não são automaticamente adequados apenas porque o forno é pequeno.

Cadinho, pedestal e equipamento de vazamento

Selecione o cadinho com base nos dados do respetivo fabricante relativos à liga, ao tipo de forno, à carga máxima, à utilização de fundentes e ao sistema de elevação. Antes de cada fusão, inspecione-o quanto a fissuras, deformação, vitrificação, erosão e danos no bordo ou no corpo. Respeite os critérios do fabricante para a primeira utilização, o pré-aquecimento e a retirada de serviço. Um revestimento refratário aplicado no forno não prolonga a vida útil segura do cadinho.

O pedestal ou bloco de base do cadinho deve estar nivelado, permanecer estável à temperatura de serviço e ser compatível com o cadinho. Deve assegurar as folgas previstas relativamente ao queimador e ao pavimento sem concentrar a carga num ponto inadequado. As tenazes, hastes de elevação, suportes de vazamento, panelas e apoios dos moldes devem ser adequados à carga prevista e permanecer controláveis durante todo o vazamento. Teste todo o movimento com uma carga fria representativa antes do trabalho a quente.

Fornos a combustível, de resistência elétrica e de indução

Fornos a combustível

O alinhamento do queimador, o percurso da chama, a área de exaustão e as regulações do ar de combustão afetam a temperatura local do revestimento e a produção de monóxido de carbono. A erosão repetida na abertura do queimador ou um ponto quente na carcaça podem indicar problemas de geometria ou colocação em serviço, e não apenas uma classe de temperatura insuficiente. Os sistemas de combustível, os controlos e a ventilação devem ser concebidos e colocados em serviço de acordo com o equipamento e o local.

Fornos elétricos de resistência

O isolamento deve permanecer compatível com os suportes dos elementos, os terminais e as distâncias de isolamento elétrico necessárias. Não permita que contaminação condutora, revestimentos ou metal fundido estabeleçam uma ponte entre componentes sob tensão. Siga a conceção do fabricante do forno para as ranhuras dos elementos, passagens, ligação à terra, proteções e isolamento elétrico.

Fornos de indução

O revestimento de trabalho, a massa ou o reboco da bobina, a bica, o coroamento e o sistema de proteção da bobina desempenham funções distintas. O reboco de zircão para bobinas e o VITPLAST 85P são materiais industriais especializados e devem ser instalados de acordo com as especificações do fornecedor do forno de indução. A espessura do revestimento, a sinterização, a deteção de fugas à terra, o arrefecimento da bobina e a inspeção elétrica são essenciais para a segurança; o conteúdo desta categoria não substitui uma especificação técnica.

Compatibilidade com metal, liga, escória e fundente

O alumínio, as ligas de cobre, o ferro fundido, o aço e outros metais impõem temperaturas e condições químicas diferentes. Os elementos de liga, a acumulação de óxidos, as escórias e os fundentes podem alterar a molhabilidade, a penetração e a reação com o refratário. Determine se o produto formará a face quente, ficará por trás de outro revestimento ou entrará em contacto direto com material fundido.

Não deduza um comportamento universal de não molhabilidade a partir do teor de zircão, nem uma resistência universal ao metal fundido a partir do teor de alumina. Solicite dados técnicos para a liga e a temperatura exatas. Em aplicações industriais críticas, recorra a análises laboratoriais, a um ensaio controlado e ao exame do revestimento anterior. O magnésio e outros metais reativos exigem controlos de processo especializados e não devem ser tratados como fusões rotineiras numa fundição doméstica.

Controlo da humidade, cura e secagem controlada

A contaminação do metal fundido por água pode provocar uma explosão. Mantenha a carga, os cadinhos, as panelas, as ferramentas, os moldes, os pavimentos e o forno protegidos da chuva, condensação e outras fontes de humidade. A sucata oca ou fechada pode reter líquidos e criar riscos adicionais; aceite e prepare a carga apenas segundo um método de segurança documentado.

Qualquer refratário instalado com água deve ser aplicado, curado e seco segundo um procedimento controlado antes do início da fusão. Doseie com precisão a água limpa de mistura, homogeneíze o betão refratário, conclua a aplicação durante o respetivo tempo útil e compacte-o sem provocar a segregação dos agregados. A adição desnecessária de água pode aumentar a porosidade e prolongar a eliminação da humidade. Uma superfície que pareça seca não garante que o núcleo do revestimento esteja isento de humidade.

Siga um programa de secagem específico para o produto e a instalação, baseado no material, na espessura, no volume total, na cura à temperatura ambiente, na ventilação e na geometria do forno. Efetue patamares a baixa temperatura antes da cozedura completa, conforme especificado, e confirme o procedimento com o fornecedor do forno ou do refratário. Nunca acelere a primeira cozedura introduzindo metal fundido num revestimento cuja secagem não tenha sido confirmada.

Inspeção e manutenção do revestimento

• Inspecione a face de trabalho: procure juntas abertas, lascagem, vitrificação, penetração de metal, ataque por fundentes, erosão e perda de secção.
• Mapeie a temperatura da carcaça: compare medições efetuadas com regulações semelhantes do forno e investigue qualquer zona quente nova ou em expansão.
• Verifique a zona do queimador ou dos elementos: identifique a incidência da chama, aberturas danificadas, suportes soltos e folgas alteradas.
• Avalie o isolamento de fibra: procure folgas de retração, fixações soltas, placas danificadas, superfícies erodidas e carcaça exposta.
• Examine os pedestais e o equipamento de manuseamento: confirme a estabilidade, o ajuste correto, o alinhamento e a ausência de fissuras ou deformação.
• Inspecione o cadinho separadamente: aplique os critérios de aceitação e retirada de serviço do fabricante antes de cada fusão.
• Registe as reparações: conserve os dados relativos ao lote do produto, localização, espessura, mistura, cura, secagem controlada e inspeção após a colocação em serviço.

Limite as reparações localizadas a áreas rodeadas e suportadas por material em boas condições de serviço. Fissuras recorrentes, penetração profunda da liga, várias zonas quentes na carcaça, componentes visíveis da bobina, falha de contenção ou perda significativa de espessura exigem a paragem e a investigação da falha, em vez de outra reparação superficial.

Segurança com metais fundidos e controlo da exposição

Evite a entrada de água ou outros contaminantes no metal fundido. Seque e inspecione a carga, os moldes, as panelas e os utensílios; mantenha os pavimentos secos e regulares e o percurso de vazamento desimpedido. Afaste pessoas não essenciais e utilize barreiras ou distância sempre que possível. Estabeleça um plano de emergência e medidas adequadas de combate a incêndios para os metais, combustíveis e equipamentos elétricos presentes; não deve ser utilizada água quando esta possa entrar em contacto com metal fundido.

Selecione a proteção facial, ocular, corporal, das mãos e dos pés com base numa avaliação do risco de projeção de metal fundido e no metal processado. O vestuário comum resistente ao calor não é automaticamente adequado a projeções de alumínio, ferro, cobre ou latão fundidos. O EPI complementa a integridade do forno, os métodos de trabalho a seco, as proteções, a ventilação e a segregação; não os substitui.

Os produtos de combustão, os fumos de metais e fundentes, a decomposição de ligantes, a areia de fundição e os trabalhos a seco com refratários podem gerar contaminantes perigosos transportados pelo ar. Sempre que possível, aplique medidas de substituição, confinamento e ventilação local por exaustão eficaz, complementadas por proteção respiratória adequada quando a avaliação assim o exigir. Consulte as fichas de dados de segurança em vigor e controle o corte, a mistura e a remoção de produtos refratários ou fibrosos de acordo com a avaliação COSHH aplicável.

Perguntas frequentes

Que material refratário é adequado para um pequeno forno de fundição?

Um pequeno forno de cadinho utiliza normalmente uma face quente de betão denso ou tijolos refratários, com isolamento de menor densidade na retaguarda. As classes e espessuras corretas dependem do tipo de forno, combustível, liga, temperatura de funcionamento, geometria, ciclos térmicos e temperatura-alvo da carcaça.

O betão refratário da classe 1700 é um material isolante?

É um betão refratário denso utilizado para formar faces quentes robustas e secções moldadas do revestimento. A sua classificação de 1700 °C não lhe confere a mesma baixa condutividade térmica de uma manta ou placa de fibra. Utilize dados térmicos para conceber o revestimento completo.

É possível utilizar betão refratário como cadinho?

Não parta desse princípio. Um cadinho é um recipiente projetado separadamente e selecionado para uma liga, um forno e um método de manuseamento específicos. Um betão refratário genérico para fornos não deve ser utilizado de forma improvisada como cadinho sem que o fabricante homologue expressamente a conceção completa.

Qual é a diferença entre os tijolos refratários com 42% e 60% de alumina?

O catálogo atribui 1430 °C à classe com 42% de alumina e 1600 °C à classe com 60%. Estes dois valores não constituem uma especificação completa: também é necessário avaliar a resistência, a porosidade aberta, o comportamento cíclico e a reação com a liga, a escória e a atmosfera reais do forno.

A manta de fibra cerâmica pode ser utilizada como revestimento exposto do forno?

Apenas quando a classe selecionada, o método de fixação, a retração e o tratamento superficial forem validados para a temperatura, o padrão da chama, a velocidade dos gases e a exposição mecânica. Pode ser necessária uma face quente densa quando o revestimento estiver sujeito a impactos, abrasão ou projeções de metal.

Como escolher entre manta, placa e módulos de fibra?

A manta é flexível, a placa é um painel rígido formado a vácuo e os módulos são conjuntos comprimidos destinados a um padrão de ancoragem projetado. Têm requisitos diferentes de instalação, juntas, retração e exposição.

Um refratário classificado para 1700 °C permite fundir qualquer metal?

Não. A classificação corresponde ao limite de temperatura do material nas condições indicadas, não a uma aprovação para todos os metais ou fornos. A composição química da liga e da escória, a molhabilidade, a temperatura local da chama, a carga mecânica e a adequação do cadinho continuam a ser requisitos distintos.

Que materiais se destinam a fornos de indução?

O reboco de zircão para bobinas é indicado para aplicações específicas de proteção da bobina, enquanto o VITPLAST 85P é indicado para coroamentos e bicas. Estes produtos não substituem o revestimento de trabalho, o arrefecimento da bobina, o sistema de deteção de fugas à terra nem a conceção de instalação do fabricante do forno.

Para que é utilizada a massa de compactação à base de zircão?

É uma massa semisseca de compactação, com ligação química e à base de zircão, para canais de vazamento, panelas de fundição e aplicações de suporte refratário industriais compatíveis. Exige compactação e colocação em serviço controladas e não deve ser tratada como uma massa de enchimento de uso geral para fundições domésticas.

A massa de reparação à base de zircão pode ser aplicada com o forno quente?

O produto é promovido para reparações industriais a quente e a frio, mas a reparação a quente é uma operação especializada. Exige um procedimento autorizado, pessoal competente e medidas de proteção específicas para a tarefa. Não é adequada como reparação improvisada junto de metal fundido em processo.

O revestimento à base de zircão impede que o metal fundido ataque qualquer revestimento?

Não. O desempenho depende do substrato, da liga, da escória ou do fundente, da temperatura, da espessura e da aplicação. Confirme a compatibilidade com o processo exato. Uma camada fina não repõe a espessura em falta no revestimento nem cobre fissuras sujeitas a movimento.

O adesivo para fibra cerâmica pode substituir as ancoragens?

Não, se a fixação mecânica fizer parte da conceção do revestimento. A colagem pode fixar um produto de fibra compatível a um substrato preparado, mas os sistemas expostos, os módulos e as placas de grandes dimensões podem continuar a exigir ancoragens concebidas especificamente. Os formatos CFA em cartucho e em embalagens maiores também têm diferentes limites de temperatura publicados.

Qual é a função do rigidificante para fibra cerâmica?

Consolida as fibras superficiais e pode reduzir a erosão ligeira. O tratamento não torna a manta estrutural nem a aprova para contacto com metal fundido. O catálogo atribui ao próprio rigidificante uma classificação de 1000 °C.

Porque deve um novo revestimento de fundição ser seco lentamente?

A humidade da instalação pode permanecer no interior do betão refratário mesmo depois de a superfície parecer seca. Uma primeira cozedura demasiado rápida pode transformá-la em vapor sob pressão, danificando ou projetando o refratário. Se a água residual entrar em contacto com metal fundido, poderá ocorrer uma explosão.

Porque devem a sucata, as ferramentas e os moldes estar secos?

A contaminação de qualquer metal fundido por água pode provocar uma explosão. Inspecione e prepare a carga, o cadinho, as panelas, as ferramentas e os moldes segundo um procedimento controlado de trabalho a seco e proteja a zona de fusão e vazamento da chuva e da condensação.

O alumínio, o bronze e o ferro fundido podem utilizar o mesmo revestimento?

Não necessariamente. Funcionam a temperaturas diferentes e interagem de forma distinta com óxidos, elementos de liga, escórias e fundentes. Confirme a compatibilidade do refratário e do cadinho com a liga e o processo de funcionamento exatos.

O que provoca um ponto quente na carcaça de um forno de fundição?

As possíveis causas incluem isolamento em falta, juntas abertas, retração do revestimento, penetração de metal, deslocação de um módulo, incidência da chama ou falha das ancoragens. Pare e inspecione o forno se a alteração for anormal; a aplicação de um revestimento superficial não constitui um diagnóstico suficiente.

Que informações são necessárias para especificar um revestimento de fundição?

Indique o tipo e as dimensões do forno, o combustível ou a conceção elétrica, o metal e a liga, a capacidade de fusão, as temperaturas normais e anormais, a escória e os fundentes, o ciclo de serviço, a composição do revestimento existente, as zonas de contacto, a geometria do queimador ou dos elementos, a temperatura-alvo da carcaça, o método de instalação e o plano de secagem controlada.