Forno elétrico a arco: tudo o que você precisa saber

Os fornos elétricos a arco são muito importantes na produção industrial de aço. Mais de 95% de aço elétrico é produzido por fornos elétricos a arco. Vamos começar Neste blog, você terá uma visão geral de como funciona um forno elétrico a arco, seus componentes e benefícios, os importantes materiais usados em fornos elétricos a arco e como os fornos elétricos a arco se comparam a outros tipos de fornos.

O que Is an Electric Arc Furnace (EAF)?

O forno elétrico a arco (EAF) é um forno que funde metal em arco elétrico com alta temperatura, especialmente para a fusão de aço. O grupo de eletrodos EAF gera um arco elétrico que produz calor e derrete o metal da carga. Em comparação com os altos-fornos a carvão, os fornos elétricos a arco durante todo o ano são mais flexíveis e mais limpos. A produção de aço em forno a arco elétrico é eficiente em termos de recursos; minimiza o desperdício em comparação com as fontes de aço, e o uso de materiais reciclados Feedback inicial.

A sucata de aço reciclável é processada por fornos EAF em mini-mills. Essa flexibilidade na entrada de matéria-prima posiciona os EAFs como ideais para a fabricação de aço econômico e ecologicamente correto. A fundição de tiras pode fornecer uma ampla gama de composições e aço de alta qualidade, o que a torna adequada para aços e ligas especiais.

Como funciona uma fornalha elétrica a arco?

• Carregamento

A primeira parte do processo em seu forno elétrico a arco é a carga, ou alimentação de matérias-primas no forno. O forno elétrico a arco usa sucata de aço, ferro-gusa e, às vezes, ferro de redução direta (DRI) como suas principais matérias-primas. Esses materiais são introduzidos no forno pelo sistema de carregamento. Os recentes avanços nos sistemas de carregamento estão alcançando altos níveis de automação, o que permite que os materiais sejam adicionados com uma composição química que seja precisa e eficaz. É possível fazer o carregamento em lotes usando grandes contêineres chamados "cestas", que são carregados com sucata e, em seguida, inseridos no forno simultaneamente - ou continuamente por meio de transportadores.

• Derretimento

Depois que o forno for carregado, a próxima etapa será a fusão. Nesse processo, os eletrodos (em vez de material à base de grafite) são colocados no forno e a alta tensão passa por eles. Isso cria um arco elétrico que superaquece o metal até o ponto em que ele derrete. A temperatura dentro do próprio forno elétrico a arco pode chegar a 3.500°C, mais do que suficiente para derreter a sucata e outras matérias-primas. O forno elétrico utiliza o arco, o calor desenvolvido entre os eletrodos e as cargas; o sistema de escória protege a composição química do banho fundido com o auxílio da camada límpida como cobertura, proporcionando o mais alto rendimento de fusão.

• Refino

A próxima etapa é refinar o metal depois de derretido. O refino é o processo de purificação do metal na forma paciente e fundida. Durante o refino, o oxigênio é normalmente soprado no forno por meio de uma lança para oxidar e remover impurezas como carbono, fósforo ou enxofre. São as impurezas densas que são feitas com outros materiais de fluxo, como cal e fluorita, para formar uma escória que retém as impurezas incorporadas do metal. Normalmente controlada por vários sensores e sistemas de controle avançados, essa funcionalidade é essencial para gerar aço de alta resolução com propriedades exclusivas.

• Rosqueamento

O processo de vazamento é a última etapa do processo do forno elétrico. Durante a terceira etapa, o aço derretido (que está contido no forno) será transportado para as panelas, que são os recipientes usados para transportar o aço líquido pela usina siderúrgica para processamento, como fundição e posterior moldagem. O vazamento também é um processo muito sutil e exige controle, pois precisamos vazar uma quantidade específica de aço fundido e reduzir a entrada de escória. As temperaturas de vazamento são monitoradas rigorosamente por meio desses botões para garantir que a temperatura do aço fundido esteja em um nível adequado para o processamento posterior.

Capacidade e tipos de fornos elétricos a arco

Forno elétrico a arco indireto

Um forno elétrico a arco de corrente alternada (AC EAF) utiliza corrente alternada (AC) que flui pelos eletrodos de grafite para produzir o arco elétrico usado na fusão. Os EAFs CA são o tipo de forno mais popular usado para fusão de aço e, por oferecerem flexibilidade, podem atender a várias aplicações. Esses fornos têm projetos bastante simples e podem derreter praticamente qualquer tipo de sucata metálica. Os fornos CA são um tipo muito versátil de forno elétrico que pode ser ligado e desligado rapidamente, ideal para a produção de aço em pequena e média escala.

Forno elétrico de arco direto (DC EAF)

O arco elétrico é produzido usando corrente contínua (CC) em um forno a arco elétrico CC (FEA CC). Um EAF CC requer menos eletrodos do que um EAF CA, o que, por sua vez, reduz os custos. Normalmente, há apenas um eletrodo de grafite em um forno CC, que tende a permanecer no lugar por mais tempo e proporciona estabilidade ao arco. Além disso, os fornos CC também tendem a ser mais silenciosos e têm potencial para maior eficiência energética. No entanto, embora geralmente sejam mais complicadas estruturalmente, o custo inicial de instalação também pode ser maior.

Forno elétrico a arco submerso

O forno a arco submerso (SAF) é um tipo específico de forno usado principalmente para produzir ferro-ligas ou outros metais. Os eletrodos são parcialmente imersos nos materiais de carga para criar uma atmosfera redutora apropriada para algumas reações metalúrgicas, por exemplo, no SAF. Os SAFs não são usados para derreter aço, como é o caso dos EAFs padrão, mas sim para processar minérios como manganês ou cromo a fim de produzir componentes de liga. Os fornos elétricos a arco submersos especializados podem ser projetados para atingir altas temperaturas de fusão, o que facilita a busca de perfis adequados para ligas com as propriedades desejadas.

Principais componentes de um forno elétrico a arco

Concha e telhado

A carcaça do forno geralmente é soldada com chapas de aço e tem certa resistência e rigidez. A construção geralmente é de aço resistente para suportar as altas temperaturas que passam pelo forno. O teto é removível e é usado para carregar as matérias-primas no forno. Além disso, há portas de eletrodos no teto, por onde os eletrodos penetram no forno.

Revestimento do forno

Material refratário O revestimento do forno contém materiais refratários que são altamente resistentes ao calor. Ele protege a carcaça do forno, impedindo que ela seja afetada pelo metal fundido. Além disso, o revestimento refratário ajuda a isolar o resultado do forno, o que conserva ainda mais o calor e aumenta a eficiência energética. Eventualmente, o revestimento precisará ser substituído para que tenha o melhor desempenho possível.

Sistema de carregamento

O sistema de carregamento alimenta as matérias-primas, como sucata de aço, diretamente no forno. Nesse sistema, geralmente são usados guindastes e caçambas chamados de "cestas de carregamento" para carregar a sucata no forno de forma rápida e segura. Os sistemas de carregamento mais recentes podem ser esteiras transportadoras ou outros sistemas automatizados que permitem o carregamento contínuo, o que aumenta a produtividade e a eficiência.

Transformador de forno elétrico a arco

O transformador do forno elétrico a arco converte e transporta a energia necessária para os eletrodos. Ele também transforma a eletricidade de alta tensão da rede elétrica em uma tensão mais baixa, adequada para o arco elétrico. A regulagem da corrente fornecida pelo transformador é importante para permitir condições estáveis de arco e controlar a fusão. Um transformador com bom design garante que a energia usada seja conservada e em um ambiente seguro.

Sistema de resfriamento

Como as temperaturas produzidas por um forno elétrico a arco são excepcionalmente altas, é necessário um sistema de resfriamento para evitar o derretimento. Geralmente, o resfriamento ocorre por meio de painéis resfriados a água. Esses painéis absorvem o calor excessivo e mantêm as temperaturas do forno em níveis mais seguros. O resfriamento eficaz prolonga a vida útil do aparelho e evita o superaquecimento dos eletrodos, do teto e dos painéis laterais.

Sistema de poeira do forno elétrico a arco

Durante a operação de um produto secundário de um forno elétrico a arco, ocorre a formação de poeira. Essa poeira inclui materiais nocivos, como óxidos metálicos e outros materiais. Parte dessa poeira é capturada por um sistema de coleta de poeira, onde os componentes nocivos são separados e destruídos ou reciclados como metais valiosos. O gerenciamento eficaz da poeira é, portanto, fundamental para que se possa cumprir a legislação ambiental e manter um ambiente de trabalho seguro.

Vantagens do uso de fornos elétricos a arco

Eficiência de reciclagem

Isso faz com que os fornos elétricos EAF sejam extremamente importantes na economia circular, pois podem reciclar sucata de forma eficiente. Ao utilizar sucata metálica, reduz-se a necessidade de extrair e refinar minério virgem, conservando assim os recursos naturais e a energia.

Flexibilidade

Os fornos elétricos a arco são fáceis de iniciar ou parar, o que é uma combinação perfeita para a produção de aço em pequenos lotes. Essa é uma vantagem real em comparação com os altos-fornos, que precisam funcionar continuamente.

Emissões de carbono mais baixas

De fato, os fornos elétricos a arco têm muito menos carbono do que os altos-fornos. Eles ajudam a reduzir as emissões de GEE, especialmente quando abastecidos com energia renovável, porque dependem de eletricidade em vez de coque.

Key Materials Used in EAF

Sucata de aço

Os fornos elétricos a arco são um tipo de forno de fabricação de aço que usa sucata de aço como sua principal matéria-prima. Ela vem de uma mistura de lugares, incluindo carros velhos, casas destruídas e restos de fábricas. A reciclagem de sucata de aço é uma forma mais ecológica de usar os recursos naturais da Terra e ajuda a reduzir o desperdício.

Eletrodos para fornos a arco

O arco elétrico que derrete a sucata de aço é criado pela passagem de eletricidade através desses eletrodos de grafite. No entanto, devido ao processo de fusão, esses eletrodos precisam suportar altas temperaturas dentro do forno elétrico a arco e são queimados gradualmente. Os eletrodos precisam ser substituídos regularmente, o que acrescenta mais um componente de custo para o uso contínuo do EAF.

Escória de forno de arco elétrico

A escória é o resultado das impurezas das matérias-primas. É um resíduo que se acumula no topo do metal fundido e é removido durante o processo de refino. Também vimos que a escória é usada em outros campos, como na construção civil, juntamente com o cimento e o material de construção de estradas.

Levantamento de carbono

Levantamento de carbono Como a quantidade de carbono no aço varia de 0 a 2,%, é essencial que essa etapa seja feita com cuidado, pois ela resulta em vários tipos de aço que possuem dureza e resistência final diferentes.

Revestimento refratário

O revestimento refratário é o principal material usado para proteger o forno e garantir que o forno retenha o calor. Para manter o forno inteiro, o revestimento precisa resistir a temperaturas elevadas, reações químicas e desgaste mecânico.

Aplicações comuns para fornos elétricos a arco

Produção de aço

O EAF é usado principalmente para fabricação de aço. O forno tem uma ampla capacidade de produção de aços de carbono a ligas especiais. Esse controle preciso sobre a composição é a razão pela qual os EAFs podem produzir tanto aço a granel quanto produtos de aço especiais. Além disso, os fornos elétricos a arco podem fundir minério de ferro, sendo que o minério de ferro é derretido gradualmente no forno e, em seguida, o metal é separado.

Produção de ligas

Os fornos elétricos a arco também funcionam para criar ligas por meio da mistura de diferentes metais. Um EAF pode ser usado para produzir ligas como aço inoxidável (cromo e níquel). É por isso que materiais para diferentes setores, como construção, automotivo e aeroespacial, podem ser facilmente fabricados.

Preços de fornos elétricos a arco

O preço de um forno elétrico a arco varia de acordo com a capacidade, os recursos utilizáveis e a tecnologia. As mini-mills normalmente usam EAFs menores, cujo preço varia de alguns milhões a dezenas de milhões de dólares, enquanto os sistemas maiores e totalmente automatizados podem custar mais de $100 milhões. São consideradas outras despesas, como o consumo de eletrodos, eletricidade, custos de manutenção e uso de matérias-primas.

Comparação entre o forno elétrico a arco e outros fornos elétricos

Forno de arco elétrico vs. alto-forno

Fonte de energia

Em comparação com o BF, os EAFs operam de forma mais flexível, usando a eletricidade como principal fonte de energia, o que também possibilita a inclusão de ER. Os altos-fornos, por outro lado, usam coque, um tipo de carvão que é mais intensivo em carbono. Em altas temperaturas, o carbono reage com o oxigênio no minério de ferro para produzir ferro.

Matéria-prima

Diferentemente dos altos-fornos, que utilizam minério de ferro e coque como matéria-prima, o principal insumo para a produção de aço em EAF é a sucata. O aspecto da reciclagem gera um impacto ambiental menor no FEA.

Forno de indução vs. Forno elétrico a arco

O forno de indução funciona com base no princípio da indução eletromagnética. O forno de arco elétrico usa o arco elétrico entre os eletrodos. O forno de indução é usado para quantidades menores de metal e pode atingir uma temperatura precisa, enquanto o forno elétrico a arco é usado para a fabricação de aço em larga escala.

Manutenção de fornos elétricos a arco

Um forno elétrico a arco precisa de manutenção regular para funcionar com segurança e eficiência. Forno revestimentos precisam ser verificados regularmente, pois, com o tempo, sofrem erosão lenta devido à exposição repetida ao metal fundido. Os eletrodos também precisam ser inspecionados, pois se degradam com o tempo, durante a operação. O superaquecimento pode causar danos ou falhas, portanto, o sistema de resfriamento deve ser monitorado para evitar que isso aconteça. Embora esse regime de manutenção ofereça uma vida útil adicional de revisão e evite quebras repentinas, os planos e a implementação reais sempre serão incertos.

Tendências modernas na tecnologia EAF

Projeto de forno elétrico a arco

Os projetos recentes do forno elétrico a arco enfatizaram maior longevidade, maior rendimento e menor intensidade de energia. Materiais avançados estão sendo usados para prolongar a vida útil do revestimento refratário e aumentar a eficiência.

Eficiência da fornalha elétrica a arco

A eficiência é um fator crítico na moderna tecnologia EAF. Isso inclui mais controle dos eletrodos, maior estabilidade do arco e sistemas de monitoramento sofisticados para fornecer uma análise do tempo de execução para otimizar o consumo e as perdas de energia.

Consumo de energia elétrica

A redução do consumo de energia elétrica é uma etapa importante para tornar os EAFs mais econômicos. Os EAFs modernos incorporam transformadores e sistemas de controle de energia para obter processos com maior eficiência energética, minimizando assim os custos gerais.

Consumo de energia

Atualmente, vários métodos mais recentes, como a extração do calor da sucata quente antes de entrar no forno, estão sendo empregados para economizar o uso de energia. O pré-aquecimento também economiza tempo e energia, estabelecendo, assim, um processo de produção mais sustentável ao obter uma fusão mais rápida em menos tempo.

Segurança e desempenho à prova de explosão

Há também recursos de segurança aprimorados que foram adicionados aos EAFs modernos, como sistemas de monitoramento de gás e projetos à prova de explosão. Com a prioridade máxima dada à segurança, novos padrões também são implementados para minimizar o risco de acidentes durante a operação.

Forno elétrico a arco Foguetes avançados

O forno elétrico a arco para foguetes avançados também está sendo examinado, usando ferramentas de tecnologias EAF para o espaço. Por exemplo, o uso de arcos elétricos para propulsão ou processamento de materiais, bem como outros processos de fabricação em condições de gravidade zero.

PERGUNTAS FREQUENTES:

Qual é o consumo de eletricidade de um forno elétrico a arco?

Os fornos elétricos a arco consomem muita eletricidade, normalmente em torno de 500 quilowatts-hora (kWh) de eletricidade para derreter uma tonelada de aço. Entretanto, esse consumo varia de acordo com o metal de carga, a capacidade do forno e a tecnologia de produção.

O pó do forno elétrico a arco é um resíduo perigoso?

Sim, o pó de EAF contém óxidos de metais pesados, como chumbo, zinco e sódio, que podem ser poluentes. Entretanto, para reduzir a poluição, as usinas siderúrgicas usam tecnologia para reciclar o pó para reutilização.

Conclusão

Hoje em dia, o forno elétrico a arco é um cavalo de batalha ágil da moderna produção de aço. Esse método cria um arco elétrico que derrete e refina com eficiência a sucata de aço, o que o torna perfeito para métodos de reciclagem e produção sustentável de aço. Pode ser um tipo diferente de FAE, FAE CA, forno CC, forno elétrico a arco submerso etc., de acordo com a aplicação adequada. Para otimizar o uso, os componentes do projeto do forno, como a carcaça do forno, o revestimento refratário, o sistema de carregamento e o sistema de resfriamento. A pegada de carbono é baixa, o que nos permite reciclar muitos materiais de forma eficiente e flexível, e esses são apenas alguns dos inúmeros benefícios oferecidos pelos fornos elétricos EAF. À medida que as tecnologias e inovações modernas se desenvolvem, os fornos elétricos a arco continuam a evoluir em termos de eficiência, segurança e sustentabilidade, tornando-os parte integrante da indústria siderúrgica mundial.