O sistema de vazamento excêntrico pelo fundo (EBT, na sigla em inglês) é padrão em fornos elétricos a arco desde o final da década de 1980, mas continua sendo um dos pontos de falha mais comuns nas operações com esse tipo de forno. Um furo de vazamento que não abre na primeira tentativa custa de 3 a 8 minutos por corrida. Ao longo de um mês com 600 corridas, isso representa de 30 a 80 horas de produção perdida — o equivalente a 100 a 250 corridas que você nunca realizou.
A MONTE INTELLIGENCE projetou e forneceu sistemas EBT para fornos que variam de 15 a 120 toneladas. Este artigo aborda as decisões de engenharia, as práticas operacionais e os procedimentos de manutenção que determinam a confiabilidade do EBT.
O conceito EBT é simples na teoria. Em vez de vazar o aço pela porta de escória, como nos fornos antigos, o forno EBT possui um orifício de vazamento na parte inferior, deslocado em relação ao eixo central do forno. Ao inclinar o forno para a frente, o orifício de vazamento fica abaixo do nível do banho de aço, e o aço flui por gravidade. Ao inclinar o forno para trás, o orifício de vazamento se fecha. O resultado é um vazamento sem escória — a escória flutua sobre o aço e só atinge o orifício de vazamento no final do processo, e mesmo assim o operador pode inclinar o forno para trás para interromper o fluxo antes que a escória comece a se acumular.
A realidade é mais complexa. O sistema EBT precisa lidar com aço fundido a 1600-1650°C, suportar a pressão hidráulica de um forno cheio (cerca de 0,5 bar no orifício de vazamento em um forno de 100 toneladas), manter um mecanismo de abertura confiável e vedar contra a fuga de gases durante as fases de fusão e refino.
O diâmetro do furo de vazamento é a primeira decisão de projeto. Ele determina a taxa e o tempo de vazamento. Para um forno de 50 toneladas, um diâmetro de furo de vazamento de 80 a 100 mm produz uma taxa de vazamento de 2 a 3 toneladas por minuto e um tempo total de vazamento de 15 a 25 minutos. Diâmetros menores aumentam a fragmentação do jato e a entrada de ar. Diâmetros maiores apresentam risco de turbulência excessiva na panela de vazamento, o que pode danificar o refratário da panela e causar perda excessiva de temperatura.
A camisa refratária para furo de vazamento é o tubo consumível que forma o canal de vazamento propriamente dito. As opções de material para a camisa incluem magnésia-carbono (MgO-C), magnésia-cromo (MgO-Cr₂O₃) e alumina-carbono (Al₂O₃-C). As camisas de MgO-C dominam o mercado por combinarem boa resistência à escória com resistência aceitável ao choque térmico. A vida útil típica da camisa varia de 80 a 150 corridas por camisa.
O desgaste da camisa não é uniforme. O maior desgaste ocorre na face quente — a extremidade da camisa que entra em contato com o banho de aço fundido — porque essa área está sujeita à temperatura mais alta e ao maior ataque químico da escória. A taxa de desgaste na face quente pode ser de 2 a 3 vezes maior do que a taxa de desgaste na face fria (a extremidade externa). Por esse motivo, alguns operadores utilizam um projeto de camisa em duas peças, onde a seção da face quente pode ser substituída independentemente do restante da camisa, reduzindo o custo total do refratário em cerca de 20%.
A areia de enchimento é o material que preenche o orifício de vazamento entre as corridas. Quando o forno se inclina para a frente para a sangria, a areia deve fluir livremente, permitindo que o aço a acompanhe. É aqui que entra o conceito de taxa de abertura livre. Uma taxa de abertura livre de 95% significa que 95 em cada 100 corridas abrem na primeira tentativa, sem necessidade de injeção de oxigênio.
A taxa de escoamento livre depende de três fatores: qualidade da areia, procedimento de enchimento e condição do furo de vazamento. A qualidade da areia começa com sua composição química. A areia deve ter alto teor de sílica (mínimo de 97% de SiO2) e baixo teor de óxido de ferro (máximo de 0,5% de Fe2O3). O óxido de ferro promove a sinterização das partículas de areia nas temperaturas de fabricação do aço, o que impede o escoamento livre. A distribuição granulométrica deve ser controlada: se for muito fina, a areia compacta-se demais; se for muito grossa, permite a penetração do aço entre as partículas.
O procedimento de enchimento é igualmente importante. A areia deve estar seca — a umidade na areia cria risco de explosão de vapor e promove a sinterização. A areia deve ser despejada no furo de vazamento a partir de uma altura suficiente para permitir o empacotamento natural, tipicamente de 500 a 800 mm acima da abertura do furo. A compactação deve ser evitada; areia compactada não flui livremente. A areia deve preencher o furo de vazamento até cerca de 50 a 100 mm acima da face quente da camisa para evitar que o aço entre na camisa durante a próxima corrida.
A condição do furo de vazamento afeta a abertura livre, pois uma superfície áspera ou erodida da camisa fornece pontos de ancoragem mecânica para a areia. Após cada 20 a 30 aquecimentos, o furo de vazamento deve ser inspecionado com um boroscópio. Qualquer erosão da camisa superior a 20% do diâmetro original, qualquer fissura com mais de 50 mm de comprimento ou qualquer penetração de metal na parede da camisa justifica a sua substituição.
A injeção de oxigênio é o método de reserva quando o orifício de vazamento não abre livremente. Um tubo de injeção com um bico de oxigênio de 6 a 8 mm é inserido no orifício de vazamento por baixo, e o oxigênio é injetado a uma pressão de 8 a 12 bar para queimar qualquer obstrução. A injeção de oxigênio danifica o refratário da camisa — cada injeção reduz a vida útil da camisa em aproximadamente 2 a 3 ciclos de aquecimento — portanto, minimizar as injeções de oxigênio é um incentivo econômico direto para manter altas taxas de abertura livre do orifício.
O sistema de comporta é a válvula mecânica que impede a entrada de aço no furo de vazamento durante a fusão. Dois modelos competem no mercado: a comporta deslizante e a comporta rotativa. As comportas deslizantes utilizam uma placa refratária que desliza horizontalmente sobre a abertura do furo de vazamento. As comportas rotativas utilizam um cilindro giratório com um orifício passante. As comportas deslizantes predominam em fornos maiores (acima de 80 toneladas) por proporcionarem uma vedação mais eficiente. As comportas rotativas são comuns em fornos menores por terem um custo cerca de 30% menor.
A manutenção do mecanismo de alimentação é uma atividade sistemática. Após cada corrida de solda, o mecanismo de alimentação deve ser inspecionado visualmente para verificar desgaste do refratário, acúmulo de metal e vazamentos no sistema hidráulico. O curso do cilindro hidráulico deve ser verificado em relação à especificação de projeto. Qualquer desvio superior a 5 mm em relação ao curso projetado indica desgaste no mecanismo de articulação.
A vala de descarga, onde a panela de vazamento fica posicionada durante a sangria, também requer atenção no projeto. Os respingos do jato de aço podem danificar os equipamentos ao redor e representar um risco à segurança dos operadores. A vala deve ser revestida com material refratário moldável capaz de suportar o contato direto ocasional com o aço fundido. O sistema de drenagem deve direcionar qualquer aço derramado para longe de cabos elétricos e tubulações hidráulicas.
Os sistemas MONTE INTELLIGENCE EBT são projetados para uma taxa de abertura livre superior a 95% com a devida disciplina operacional. Nosso pacote padrão inclui a camisa do furo de derivação em MgO-C ou material especificado pelo cliente, areia de enchimento com composição química e granulometria certificadas, sistema de comporta com unidade hidráulica e supervisão completa da instalação.
Para dúvidas sobre sistemas EBT ou para discutir a configuração específica do seu forno, entre em contato com helenxu@cnlymonte.com.
