Os fornos de arco elétrico (FEA) são fornos industriais que utilizam arcos eléctricos para fundir metal, principalmente sucata de aço, para reciclagem e produção.O processo envolve a criação de um arco elétrico entre eléctrodos de grafite e a carga metálica, gerando um calor extremo (até 3500°C) para fundir o metal.O forno funciona com corrente eléctrica trifásica e inclui fases como o carregamento, a fusão e a refinação.Os componentes principais incluem eléctrodos, um recipiente revestido a refratário e um teto oscilante para carregamento.O processo é eficiente em termos energéticos, autónomo e amplamente utilizado para a produção de aços-carbono e aços-liga.Abaixo, os princípios de funcionamento e as fases são explicados em pormenor.
Pontos-chave explicados:
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Formação do arco elétrico:
- O arco elétrico é criado entre dois ou mais eléctrodos de grafite e a carga metálica no interior do forno.
- É aplicada uma alta tensão aos eléctrodos, ionizando o ar e criando um caminho condutor para a corrente eléctrica.
- O arco gera calor intenso, atingindo temperaturas de até 3500°C, o que é suficiente para fundir a maioria dos metais.
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Corrente eléctrica trifásica:
- Os fornos de arco elétrico funcionam com um sistema de corrente eléctrica trifásica, assegurando um arco estável e contínuo.
- Esta configuração permite uma distribuição eficiente do calor e a fusão uniforme da carga metálica.
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Carregamento do forno:
- O forno é carregado com uma mistura de sucata metálica pesada e ligeira, frequentemente pré-aquecida com gases de escape para melhorar a eficiência energética.
- São adicionados aditivos como cal queimada e escória para facilitar a formação de escórias, o que ajuda a remover as impurezas durante o processo de refinação.
- O teto do forno abre-se para permitir que o cesto de carga deposite a sucata metálica no recipiente.
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Período de fusão:
- Uma vez carregado o forno, os eléctrodos são baixados sobre a sucata para iniciar o arco.
- A tensão é aumentada para acelerar o processo de fusão, e o calor intenso do arco derrete o metal.
- Durante esta fase, elementos como o carbono, o silício e o manganês presentes no metal são oxidados, contribuindo para o processo de refinação.
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Processo de refinação:
- Após a fusão do metal, procede-se à refinação para ajustar a composição química e remover as impurezas.
- Pode ser injetado oxigénio no forno para oxidar elementos indesejados, formando escórias que flutuam à superfície do metal fundido.
- A escória é removida periodicamente para garantir a pureza do produto final.
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Eficiência energética e funcionamento autónomo:
- Os fornos de arco elétrico são altamente eficientes em termos energéticos, necessitando de aproximadamente 350 kWh a 370 kWh de energia por tonelada de sucata fundida.
- O processo não depende de fontes de calor externas, o que o torna um sistema autónomo que pode ser rapidamente iniciado e parado conforme necessário.
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Aplicações e vantagens:
- Os FEA são utilizados principalmente para a reciclagem de sucata de aço e para a produção de aços-carbono e aços-liga.
- São ideais para a produção de grandes placas, vigas e outros componentes estruturais.
- A capacidade de utilizar sucata metálica como matéria-prima faz com que os FEA sejam amigos do ambiente e económicos em comparação com os altos-fornos tradicionais.
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Temperatura e produção de calor:
- O arco elétrico gera uma descarga de plasma, produzindo temperaturas tão elevadas como 1800°C (3275°F).
- Este calor extremo garante uma fusão rápida e um processamento eficiente da carga metálica.
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Papel dos eléctrodos:
- Os eléctrodos de grafite são componentes críticos, uma vez que conduzem a corrente eléctrica e sustentam o arco.
- Estes eléctrodos são duráveis e capazes de suportar as altas temperaturas e reacções químicas dentro do forno.
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Formação e remoção de escórias:
- A escória, um subproduto do processo de refinação, é formada a partir da reação de aditivos como o calcário com as impurezas do metal.
- A escória é removida periodicamente para garantir a qualidade e a pureza do metal fundido.
Ao compreender estes princípios-chave, é possível apreciar a eficiência, a versatilidade e os benefícios ambientais dos fornos eléctricos de arco na produção e reciclagem de metais modernos.
Tabela de resumo:
| Aspeto-chave | Detalhes |
|---|---|
| Formação do arco elétrico | Criada entre eléctrodos de grafite e carga metálica; gera até 3500°C. |
| Corrente trifásica | Assegura um arco estável e contínuo para uma fusão uniforme. |
| Processo de carga | A sucata metálica é pré-aquecida e carregada; os aditivos ajudam na formação de escória. |
| Período de fusão | Os eléctrodos fundem o metal; o carbono, o silício e o manganês oxidam. |
| Processo de refinação | A injeção de oxigénio remove as impurezas; as escórias são removidas periodicamente. |
| Eficiência energética | 350-370 kWh por tonelada de sucata; funcionamento autónomo. |
| Aplicações | Reciclagem de sucata de aço, produção de aços de carbono/liga, componentes estruturais. |
| Temperatura | O arco gera até 1800°C (3275°F) para uma fusão rápida. |
| Eléctrodos | Os eléctrodos de grafite sustentam o arco e resistem a altas temperaturas. |
| Formação de escória | Subproduto da refinação; removido para garantir a pureza do metal. |
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