Forno Elétrico a Arco (FEA)

Produção mundial de aço:

Fluxo do processo siderurgico

Forno Elétrico a Arco (EAF)

 •Objetivo: fundir sucata metálica, convertendo-a em aço líquido, utilizando energia elétrica, convertida em calor através pela radiação de arcos elétricos criados entre o(s) eletrodo(s) e peças de sucata sólida (Metalurgia Primária).

•Após a fusão, a composição do aço é

ajustada no processo subseqüente de 

“Metalurgia Secundária” ou “Metalurgia 

de Panela” .

Desenvolvimento do Processo

•Século 19: primeiros desenvolvimentos do uso de arcos voltáicos

–1810: Sir Humphry Davy demonstrou uso do arco elétrico para fundir ferro

–1815: Pepys usa o arco elétrico para solda

–1853: primeira tentativa de desenvolvimento de um forno de fusão elétrico

–1978/9: patente para um forno elétrico a arco por Sir William Siemens

•1907: é instalado nos EUA o primeiro forno elétrico a arco comercial por Paul Héroult

•Após II Guerra:

–Investimento em uma usina integrada: 1.000 US$/t capacidade

–Investimento em uma mini-steel (EAF): 140 – 200 US$/t cap.

–Alta demanda de aço e grande disponibilidade de sucata no após guerra

–Surgem empresas siderúrgicas na Europa a base de EAF para concorrer com as grandes usinas integradas americanas(Bethlehem Steel, US Steel) para produção de produtos longos a menor custo

Forno Elétrico Médio Porte

Classificação dos FEA quanto à potencia:

Circuito elétrico do FEA

Forno em operação com bica.


Forno em operação com canal de vazamento .

•Fator custo (sucata):

•      nível de limpeza
•      presença de contaminantes

 Densidade da Sucata

•Fator custo: impacto no desempenho do forno

Efeito da densidade da sucata:

•Carregamento com 2 cestões:

•custo mais elevado (sucata de maior densidade)

•menor tap-to-tap (~ 5 minutos)

•menor perda térmica (~ 10 kWh/t)

•menor oxidação (maior rendimento metálico)

•Carregamento com 2 cestões ou 3 cestões:

•Mercado com alta demanda: produtividade é mais importante

•Mercado sem demanda: custo é mais importante

Restrições no carregamento:

Sucata leve no topo da carga:

•evitar radiação sobre a abóbada

•operação com baixa potência (aumenta tap-to-tap)

•rápida penetração dos eletrodos de modo que a sucata sirva de barreira à radiação

Restrições no carregamento

Sucata em frente dos queimadores:

•evitar rebote da chama sobre os painéis

•permitir uso de chamas longas

Peças de grande peso(lingotes, restos de distribuidor):

•baixa relação área para transferência de calor/massa

•baixa velocidade de fusão

•conseqüências

•aumentam o tempo de fusão

•aumentam o consumo de energia e eletrodos

•obstrução do vazamento

•limite: 2 a 3% do peso da carga

Restrições no carregamento

Sucata contendo materiais isolantes:

•pneus, borracha

•propiciam a quebra de eletrodos

Sucata contendo elementos não-oxidáveis:

•Cu, Ni, Sn, Sb, Mo, Co, As, W

 Radiação nas paredes

 Injetores de Carbono e Oxigênio

•Refino e Vazamento.

•Objetivo do refino (ou oxidação)

1.Atingir o nível de carbono especificado para o aço a ser produzido

2.Reduzir o teor de fósforo no aço líquido abaixo da especificação (usualmente abaixo de 0,015%)

3.Homogeneizar a composição e temperatura do aço

4.Aquecer o aço líquido até a temperatura necessária para o vazamento.

Injeção de oxigênio: jatos supersônicos & jatos coerentes

Restrições no Vazamento

1 - Reduzir a passagem de escória para a panela

§escória com altos teores de FeO e P2O5§eleva consumo de desoxidantes§provoca o retorno do fósforo§camada mínima de escória para§ evitar absorção de  gases§reduzir a queda de temperatura§excesso escória§perda de tempo para remoção antes do forno panela§perda metálica durante a remoção

2 - Reduzir a absorção de gases

§forma do jato durante vazamento: aberto/fechado§absorção de nitrogênio durante vazamento é menor§quando o teor de oxigênio alto§aços com alto teor de enxofre§Absorção de hidrogênio é função da pressão parcial do vapor d’água no ar:§depende umidade do ar (dias úmidos, maior absorção)§depende temperatura ambiente (dias quentes, maior absorção)§varia ao longo do dia

3 - Reduzir a absorção de gases

§forma do jato durante vazamento: aberto/fechado§absorção de nitrogênio durante vazamento é menor§quando o teor de oxigênio alto§aços com alto teor de enxofre§Absorção de hidrogênio é função da pressão parcial do vapor d’água no ar:§depende umidade do ar (dias úmidos, maior absorção)§depende temperatura ambiente (dias quentes, maior absorção)§varia ao longo do dia

componentes do forno