A geração de óxido de alumínio e drosses é um problema para a indústria de fundição, implicando em gastos adicionais com materiais e energia, por exemplo. Este problema começa já durante o processo de fusão e/ou espera em fornos do tipo revérbero com cadinho auxiliar lateral e queimadores a gás natural, quando o oxigênio atmosférico entra no forno e fica em contato com a superfície do banho metálico. Isso leva à formação do óxido de alumínio, que combinado com os sais fluxantes forma drosses na superfície do metal fundido, de forma similar à origem da escória sobre o aço. Essas drosses atuam como uma esponja, aprisionando o alumínio puro e reduzindo o rendimento do processo. A formação de óxido de alumínio é um fenômeno complexo, que se deve principalmente aos aumentos de temperatura do banho e ao seu teor de oxigênio. Portanto, Há dois parâmetros essenciais que controlam a formação das drosses: a razão de equivalência ar/combustível e a temperatura do metal liquido A combustão do gás natural sob razão estequiométrica reduz a formação de drosses, mas, em compensação, resulta em emissões de monóxido de carbono e de compostos orgânicos voláteis. Por esse motivo, muitas fundições operam com excesso de ar, na faixa de 5% a 10%, o que tem por conseqüência perdas típicas por drosses, da ordem de 1% a 2%. Portanto, a pergunta que cabe aqui é: como solucionar o problema de geração de óxido de alumínio sem comprometer o meio ambiente? Pensando nisso, a Hauk Manufactutin, dos Estados Unidos, desenvolveu e patenteou um queimador para gás com geração ultrabaixa de óxido de nitrogênio (NOx), o qual usa o conceito de injeção de ar em três estágios. Segundo a fabricante , o TRIOX, como foi chamado, atinge uma eficiência máxima de produção, ao mesmo tempo que reduz a formação de drosses e emissões.
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Para testar esta nova tecnologia, quatro queimadores TRIOX foram instalados em um forno para fusão de alumínio com capacidade para 86t, equipado com cadinho auxiliar lateral da norte-america Metalico.Este forno foi projetado para fundir sucata de alumínio no cadinho lateral, enquanto o metal líquido é |
| vazado a partir da câmara principal, a qual é aquecida pelos queimadores. Uma bomba para a circulação do fluxo com alto volume move o alumínio liquido desde a câmara principal até o cadinho lateral.A introdução total de calor no forno é de aproximadamente 6.050 Mcal/h.O forno utilizado no teste também é equipado com um sistema de controle da pressão, para reduzir a infiltração de ar exógeno, alem de um controle de temperatura em cascata, com o objetivo de aumentar a eficiência da fusão e da espera. No caso de temperaturas superiores a 870ºC, os queimadores operam no modo invisiflame, um recurso que, em combinação com o posicionamento dos queimadores no forno, resulta em níveis reduzidos de oxigênio na superfície do banho metálico, segundo a fabricante.
Os testes do triox foram conduzidos durante 24horas, com a finalidade de avaliar plenamente as perdas metálicas ao longo de numerosos ciclos de carregamento / vazamento. Os queimadores operam no modo invisiflame, com aproximadamente 5% de excesso de ar. O cadinho lateral, por sua vez, foi carregado com 4,6t de sucata por hora, a qual consista de fardos de chapa com aproximadamente 75x120x135 cm³, cavacos secos de usinagem e aparas prensadas com espessura de 76mm e 152mm de diâmetro.As drosses foram removidas do cadinho sempre que era notada alguma alteração na sucata. A sua limpeza na câmara principal do forno foi axecultada apenas ao final do teste, tendo tido utilizado um sal fluxante para ajudar a remover as impurezas do cadinho lateral. Os pesos de toda a sucata e dos sais fluxantes foram cuidadosamente medidos durante o teste.O vazamento foi contínuo a uma taxa média de 4,4 t/h. A temperatura média do banho na câmara principal foi de 783ºC, enquanto a temperatura média do gás nesse mesmo local foi de 1017ºC. Os resultados indicaram que a quantidade de drosses produzidas na câmara principal foi de 440 Kg, o que representa uma perda metálica de 0,4% com base na sucata total utilizada (aproximadamente 111t). Em termos comparativos, as perdas por drosses em um típico forno com cadinho lateral, equipado com queimadores com ar frio, chegam a 1% a 2%. Desta forma, uma perda de 0,4% representa uma redução de pelo menos 250% das perdas metálicas e uma economia de metal de aproximadamente 671 Kg diários. Com a finalidade de avaliar os perfis de ar e gás natural que saem do queimador, um modelo de dinâmica computacional dos fluidos foi utilizado. Ele mostrou que neste caso o fluxo de combustível é substancialmente defletido para baixo, assim que ele sai do queimador. Como resultado, a região de baixa concentração de oxigênio da chama é direcionada para a superfície do banho, o que diminui a disponibilidade desse gás no local, reduzindo a formação de drosses. Além disso, a chama é prolongada na direção longitudinal, uma vez que a mistura do ar e do combustível é intencionalmente retardada, para que ocorram emissões ultrabaixas de óxido de nitrogênio. O padrão da chama prolongada se estende pela região dos gases de combustível aquecidos ao longo da câmara principal de aquecimento, de modo que não ocorrem pontos quentes localizados, o que, adicionalmente, suprime a formação de óxidos. Além disso a alta taxa de circulação da bomba de metal líquido move o metal frio para dentro da câmara principal, ajudando na transferência de calor e diminuindo as perdas por drosses. |
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