O forno de forjamento é o equipamento principal em qualquer forjaria. Ele recebe tarugos ou barras frias e os descarrega na temperatura exata — tipicamente entre 1150 e 1250 °C para forjamento de aço — a cada 30 a 90 segundos, o dia todo, todos os dias. Confiabilidade e uniformidade de temperatura não são opcionais: um forno que se desvia 30 °C do ponto de ajuste pode arruinar a produção de um dia inteiro, e um forno que quebra paralisa a prensa ou o martelo e manda a equipe de forjamento para casa.
A MONTE INTELLIGENCE fornece fornos de forjamento a gás — tanto de lote (com soleira móvel) quanto contínuos (com empurrador, viga móvel e soleira rotativa) — para operações de forjamento na Ásia e no Oriente Médio. Este artigo aborda os fatores de projeto e operação que determinam o desempenho de um forno de forjamento.
A temperatura de forjamento do aço situa-se na faixa de trabalho a quente, acima da temperatura de recristalização, onde o metal amolece e pode ser deformado com forças menores. Para aços de médio carbono e aços ligados, a faixa de temperatura de forjamento é tipicamente de 1150 a 1250 °C. O limite superior é definido pela temperatura de queima — a temperatura na qual a fusão dos contornos de grão começa (cerca de 1250 a 1300 °C para muitos aços) — e pela taxa de formação de carepa, que aumenta exponencialmente com a temperatura. O limite inferior é definido pela força de forjamento necessária e pelo risco de fissuração na peça.
A uniformidade da temperatura no forno de forjamento determina a uniformidade do fluxo de metal durante o forjamento. Um tarugo a 1200 °C em uma extremidade e a 1150 °C na outra fluirá de forma diferente em cada extremidade, podendo causar problemas de preenchimento da matriz, variação dimensional ou trincas na extremidade mais fria. O requisito padrão para a uniformidade da temperatura no forno de forjamento é de ±14 °C (Classe 5, conforme AMS 2750) a ±28 °C (Classe 6), sendo menos rigoroso do que os requisitos de uniformidade para tratamento térmico, pois o processo de forjamento subsequente redistribui o metal e quaisquer pequenas variações de temperatura são compensadas pela média.
A taxa de aquecimento para forjamento deve equilibrar a produtividade com o risco de fissuração por tensão térmica na peça. Um tarugo de aço ferramenta com 200 mm de diâmetro, aquecido a partir da temperatura ambiente a 100 °C por minuto, pode trincar devido à tensão térmica entre a superfície quente e o núcleo frio. A taxa máxima de aquecimento segura depende da classe do aço, da seção transversal e da temperatura inicial. Aços com alto teor de carbono e aços com alto teor de liga requerem taxas de aquecimento mais lentas do que aços carbono comuns. Tarugos frios no inverno (partindo de 0 °C) requerem aquecimento mais lento do que tarugos pré-aquecidos por armazenamento em local aquecido.
A formação de carepa é a oxidação da superfície do aço durante o aquecimento no forno de forjamento. A camada de carepa — óxido de ferro, FeO, Fe3O4, Fe2O3 — representa uma perda de material (tipicamente de 1 a 3% do peso do tarugo), um acelerador do desgaste da matriz (a carepa é abrasiva e desgasta as superfícies da matriz de forjamento mais rapidamente do que o metal limpo) e um problema de acabamento superficial (a carepa incrustada na superfície do forjamento exige uma sobremedida de usinagem maior).
A taxa de formação de carepa é principalmente uma função da temperatura e do tempo. A 1200 °C, um tarugo de aço carbono em ar formará aproximadamente 0,1 mm de carepa em 15 minutos. Após 60 minutos, a espessura da carepa pode ser de 0,3 a 0,5 mm. A dependência exponencial da temperatura significa que um aumento de 50 °C na temperatura do forno pode dobrar a taxa de formação de carepa. Esta é uma das razões pelas quais o controle preciso da temperatura tem valor econômico além da economia de energia — ele reduz diretamente a perda de material por formação de carepa.
A operação em atmosfera redutora — queima do gás com menos ar do que o necessário para a queima, produzindo CO e H2 nos produtos da combustão — pode reduzir a formação de incrustações. O CO e o H2 reagem com os óxidos de ferro, reduzindo-os a ferro metálico. No entanto, a operação com excesso de combustível produz fuligem, aumenta as emissões de CO e introduz um risco à segurança (gases combustíveis no sistema de exaustão). Uma condição moderada de excesso de combustível — 5 a 10% abaixo do ar estequiométrico, frequentemente chamada de chama redutora — é utilizada em alguns fornos de forjamento para controlar a formação de incrustações, mas requer um ajuste cuidadoso do queimador e monitoramento dos gases de combustão.
A capacidade de produção de um forno de forjamento contínuo depende do comprimento aquecido do forno, do tamanho do tarugo e do tempo de aquecimento necessário. O tempo de aquecimento para tarugos de aço pode ser estimado a partir da seção transversal: aproximadamente 5 a 6 minutos por 25 mm de diâmetro para tarugos redondos aquecidos em um forno a gás com mistura perfeita a 1200 °C. Um tarugo com 100 mm de diâmetro requer cerca de 22 a 25 minutos para atingir uma temperatura de forjamento uniforme. Com um comprimento aquecido de 6 metros e um espaçamento de 200 mm entre os tarugos na soleira, o forno comporta cerca de 30 tarugos e, considerando 25 minutos por tarugo, a capacidade de produção é de 30 / 25 × 60 = 72 tarugos por hora.
A circulação da atmosfera do forno — o movimento dos gases quentes da combustão ao redor dos tarugos — é o mecanismo de transferência de calor por convecção. A convecção natural em um forno quente proporciona alguma circulação, mas para um aquecimento uniforme com alta produção, são necessários ventiladores de recirculação. Os ventiladores, normalmente instalados no teto ou nas paredes laterais do forno, extraem os gases quentes da câmara do forno e os descarregam de volta na câmara em alta velocidade, criando um ambiente agitado que aquece todas as superfícies dos tarugos uniformemente.
Os fornos de forjamento MONTE INTELLIGENCE são projetados para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, com revestimento refratário robusto, queimadores de uso industrial e sistemas de controle configurados para os ciclos térmicos exigidos pelas operações de forjamento.
Para uma proposta de forno de forjamento baseada em suas necessidades de produção, entre em contato com helenxu@cnlymonte.com.
