Parte I: A segurança é fundamental
Qualquer operação envolvendo metal fundido acarreta riscos extremamente elevados. Como um Fundição de Ferro Fundido iniciante, você deve colocar segurança acima de tudo e aderir rigorosamente aos seguintes padrões operacionais:
1. Implementação rigorosa de Equipamentos de Proteção Individual (EPI)
- Proteção total do corpo: Você deve usar roupas compatíveis com o padrão ternos retardadores de chamas/roupas de trabalho de couro para proteger contra o calor radiante e evitar respingos de metal fundido.
- Proteção ocular e facial: Usar especializado escudos faciais completos (com filtros coloridos para proteção contra luz intensa e radiação infravermelha) e segurança glasses .
- Proteção das mãos: Use luvas de cabo longo e resistentes ao calor .
- Proteção para os pés: Desgaste segurança boots (eles devem ser projetados para serem resistentes a impactos, perfurações e evitar a entrada de metal fundido).
- Uso da ferramenta: Certifique-se de que todas as ferramentas que entrem em contato com metal fundido sejam cabo longo e foram confirmados como secos e pré-aquecidos antes do uso.
2. Prevenção de Riscos Explosivos
- Desumidificação rigorosa: Esta é a medida de segurança mais crítica. Se o metal fundido entrar em contato com qualquer umidade (até mesmo vestígios em ferramentas, materiais de carga ou ligas), ele gerará imediatamente um grande volume de vapor, causando uma violenta reação. explosão de vapor que espirra metal fundido por toda parte.
- Pré-aquecimento de carga: Antes de adicionar qualquer sucata de reversão, sucata de aço ou mesmo aditivos de liga (como ferrossilício, carburadores) ao forno, eles deve estar bem assado e pré-aquecido to drive off adsorbed surface and internal moisture. Preheating temperatures should ensure complete drying, e.g., reaching $\ge 200^{\circ}C$.
3. Gases Tóxicos e Controle Ambiental
- Ventilação: Uma grande quantidade de fumaça será gerada durante a fundição, particularmente carbon monoxide ($\text{CO}$) da oxidação e combustão na superfície fundida. A fundição deve ter ventilação de exaustão local altamente eficiente e boa ventilação geral da loja.
- Monitoramento aéreo: It is recommended to be equipped with $\text{CO}$ monitors to ensure the air quality in the working area meets safety standards.
Parte II: Controle Eficiente do Conteúdo de Carbono e Silício
As propriedades do ferro fundido são determinadas principalmente pelo teor de carbono ($%C$) e teor de silício ($%Si$), que juntos governam o comportamento de solidificação e a microestrutura final. Isto é muitas vezes avaliado através do Carbono Equivalente (CE) :
$$CE = %C \frac{%Si %P}{3}$$
1. Controle e Ajuste do Teor de Carbono ($%C$) (Carburação)
O carbono é o elemento central para formar a grafite e determinar a fluidez do ferro fundido. Quando o carbono é perdido durante a fusão ou insuficiente na carga, um carburador deve ser adicionado.
- Seleção de carburador: A pureza e o tamanho das partículas do carburizador afetam diretamente sua taxa de dissolução e eficiência de carburação (a porcentagem de carbono adicionado absorvido pelo ferro fundido).
- Grafite de alta pureza/grafite artificial: Alta pureza, carbono fixo $>98%$, maior taxa de absorção (geralmente $>90%$), adequado para fusões de alta exigência ou fundição em forno de indução.
- Coque de Petróleo: Carbono fixo econômico entre $90%-95%$, um carburizador comumente usado.
- Método de adição ideal: A eficiência da carburação está intimamente relacionada à posição e ao momento da adição.
- Adição de carga média (forno elétrico): Este é o mais recomendado método. Misture o carburador com parte da carga (como sucata de reversão ou sucata de aço) e coloque-o no meio e na parte inferior da poça de fusão. Durante a fusão, o carburizador tem maior tempo de contato na zona superaquecida para se dissolver, alcançando maiores taxas de absorção.
- Adição de superfície antes de tocar: Adequado para pequenos ajustes. O a escória deve ser completamente desnatada primeiro, depois o carburador é espalhado uniformemente na superfície, usando agitação eletromagnética (em fornos de indução) ou agitação manual para promover a dissolução. Este método é relativamente menos eficiente, mas mais fácil de operar.
2. Controle e Ajuste do Teor de Silício ($%Si$) (Siliconização)
O silício é um forte promotor de grafitização , crucial para prevenir a formação de ferro fundido branco.
- Principal fonte de silício: Ferrosilicon ($\text{FeSi}$) . $\text{FeSi}75$ (containing approx. $75%$ silicon) is commonly used.
- Método de adição: Geralmente adicionado ao metal líquido pouco antes de bater . Para garantir a homogeneidade, deve ser adicionado após a desnatação da escória e mantido por um tempo de imersão suficiente (cerca de 5 a 10 minutos) para permitir a fusão e mistura completas.
- Importância do pré-aquecimento: Pedaços de ferrossilício devem ser pré-aquecidos para evitar explosões de vapor causadas pela umidade.
- Aditivo Combinado Carbono-Silício: Silicon Carbide ($\text{SiC}$) é um excelente aditivo composto.
- Princípio: $\text{SiC}$ does not melt in the iron melt but dissociates via the reaction $\text{SiC} \rightarrow [\text{Si}] [\text{C}]$, releasing both silicon and carbon into the iron.
- Vantagens: Aumenta simultaneamente $%C$ e $%Si$ e tem excelente pré-inoculação efeitos, contribuindo para a formação de grafite fino. Geralmente é adicionado ao cobrar as a supplement or alternative to $\text{FeSi}$ and carburizers.
3. Evitando e compensando perdas por oxidação
Durante o processo de fundição, especialmente nas fases posteriores de fusão e superaquecimento, carbono e silício podem ser perdidos devido à reação com a atmosfera ou óxidos na escória:
- Reações de queima:
- $2[\text{C}] \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO} \uparrow$
- $[\text{Si}] \text{O}_2 \rightarrow \text{SiO}_2$ (enters the slag)
- Contramedidas:
- Controle de Escória: Oportuno removal of slag containing high iron oxide ($\text{FeO}$) . $\text{FeO}$ in the slag will continuously oxidize the $\text{C}$ and $\text{Si}$ in the molten iron.
- Compensação: Ao determinar a composição final, um certo subsídio de queima deve ser levado em consideração, o que significa que a quantidade adicionada deve exceder ligeiramente o valor-alvo para compensar as perdas normais durante a fundição.
Parte III: Comparação de Materiais Comuns de Controle de Carbono e Silício
Para ajudá-lo a fazer uma escolha informada, a tabela abaixo lista materiais comuns de ajuste de carbono e silício e suas principais características:
| Nome do material | Componente Principal | Elemento fornecido | Método de adição recomendado | Eficiência de Carburação/Siliconização | Características principais |
| Grafite de alta pureza/artificial | Carbono Fixo $>98%$ | Carbon ($\text{C}$) | Carga média ou superfície líquida | Extremamente Alto (Carburação) | A mais alta pureza, rápida taxa de dissolução, adequada para controle preciso. |
| Carburador de coque de petróleo | Carbono Fixo $90%-95%$ | Carbon ($\text{C}$) | Carga intermediária | Relativamente alto (carburação) | Econômico, mais amplamente utilizado. |
| Ferrosilicon ($\text{FeSi}75$) | Silício $\aproximadamente 75%$ | Silicon ($\text{Si}$) | Adição de superfície líquida/fluxo | Alto (Siliconização) | Agente siliconizante mais comum; deve ser pré-aquecido e seco. |
| Silicon Carbide ($\text{SiC}$) | High $\text{SiC}$ Content | Carbon ($\text{C}$) and Silicon ($\text{Si}$) | Carga intermediária | Alto (função dupla) | Simultaneously provides $\text{C}$ and $\text{Si}$, and has a pre-inoculation effect. |
