I. Antecedentes do Projeto e Especificações do Equipamento

Este estudo de caso envolve um forno elétrico de resistência basculante para fusão de alumínio destinado ao mercado do Iêmen, modelo WDL-GRQ-1500. O equipamento é projetado para fundir metais não ferrosos e ligas com baixos pontos de fusão, com ligas de alumínio como material de processamento típico. O forno tem uma capacidade nominal de 1.500 quilogramas e adota aquecimento por resistência elétrica, equipado com um sistema de inclinação hidráulica para descarga de alumínio fundido.

O sistema elétrico é configurado para uma fonte de alimentação trifásica de 380V/50Hz, com energia de controle de 220V/50Hz, utilizando uma conexão trifásica de cinco fios. O comprador é obrigado a fornecer uma fonte de alimentação estável com flutuação de tensão dentro de ±10% e flutuação de frequência não superior a ±3 Hz. Esta condição de compatibilidade com a rede requer verificação em relação à situação local de fornecimento de energia industrial no Iêmen antes da instalação.

II. Estrutura do Forno e Configuração Refratária

A carcaça do forno é construída a partir de chapas de aço e aço perfilado soldados em uma estrutura cilíndrica, com soldas contínuas de penetração total em todas as áreas de junção para garantir a integridade da carcaça. O revestimento é dividido em duas zonas funcionalmente distintas: parede lateral e fundo do forno.

O revestimento da parede lateral emprega uma estrutura composta: a camada mais interna consiste em módulos de fibra de silicato de alumínio como isolamento, com a camada de trabalho construída a partir de tijolos refratários superleves com densidade de 0,6 g/cm³. Pó de vermiculita é preenchido nas juntas dos tijolos e no suporte para reduzir a condutividade térmica. Os elementos de aquecimento, feitos de fio de liga de alta resistência OCr27A17MO2, são embutidos na parede lateral e controlados como uma única zona – o que significa que toda a câmara do forno utiliza apenas uma zona de controle de temperatura, adequada para cenários onde a uniformidade de temperatura extrema não é necessária, mas o controle simplificado é preferido.

O fundo do forno é construído a partir de material moldável de uma única formação. Comparado com fundos assentados com tijolos, a estrutura moldável monolítica oferece maior vida útil em termos de resistência à penetração de alumínio e choque térmico. Um orifício de drenagem de emergência é projetado na parte inferior da parede lateral para permitir o esvaziamento de emergência em caso de vazamento de alumínio, servindo como um recurso de redundância de segurança para fornos de fusão.

III. Cadinho de Grafite e Sistema de Aquecimento

O cadinho é um cadinho de grafite da marca Morgan, que possui forte reconhecimento de mercado no setor de fusão de metais não ferrosos. A vida útil do cadinho indicada na proposta é de 6 meses ou mais, dependendo das condições reais de operação, incluindo o método de carregamento, a faixa de manutenção da temperatura de fusão e a frequência de remoção de escória.

O elemento central do sistema de aquecimento é o fio de resistência OCr27A17MO2, uma liga de aquecimento elétrico da série ferro-cromo-alumínio com alta resistividade e boa resistência à oxidação. Sob o modo de controle de zona única, a potência nominal de aquecimento é de 200 kW, conectada em configuração estrela com uma tensão de trabalho de 380 volts. A temperatura máxima do forno é projetada em 850°C, com uma faixa de temperatura de trabalho normal de 0 a 800°C. O tempo de aquecimento do forno vazio não excede 3 horas, representando a janela de tempo da temperatura ambiente até o limite superior de temperatura de trabalho.

A estabilidade da temperatura é especificada em ±3°C, alcançada pelo sistema de regulação PID sob condições operacionais padrão.

IV. Configuração do Sistema de Controle Elétrico

O gabinete de controle utiliza tiristores (SCRs) como os principais elementos de controle, regulando a corrente de saída ajustando o ângulo de condução. O sistema emprega um circuito avançado de controle de disparo por defasagem para regulação contínua e suave de potência, em vez de um simples controle liga-desliga.

O sistema de controle de temperatura é equipado com dois termopares: um para medir a temperatura da atmosfera da fornalha e outro para medir a temperatura do alumínio fundido. O termopar usado para medição de alumínio fundido é equipado com um tubo de proteção de carbeto de silício para evitar corrosão química e erosão física pelo alumínio fundido. Sinais de ambos os termopares são alimentados em dois controladores de temperatura de origem taiwanesa, um dos quais fornece funcionalidade de regulação PID.

O sistema de controle incorpora múltiplas lógicas de proteção: quando a temperatura do forno excede o limite superior definido ou ocorrem anomalias de corrente devido a falhas, o controlador para automaticamente a saída de pulso e corta o fornecimento de energia. O sistema também inclui uma função de partida suave com um atraso de partida de aproximadamente 0,5 segundos, projetada para reduzir o impacto da corrente de irrupção tanto na rede elétrica quanto nos elementos de aquecimento durante partidas a frio.

Componentes elétricos de baixa tensão incluem disjuntores, contatores e relés, fornecidos pela CHINT ou Omron como configurações padrão de grau industrial.

V. Sistema de Inclinação Hidráulica

O método de descarga é inclinação hidráulica, em oposição a um forno fixo com colher manual. O sistema hidráulico aciona o corpo do forno para inclinar em torno de seu eixo de pivô, permitindo o vazamento quantitativo controlado de alumínio fundido da boca do forno. Este projeto é adequado para cenários onde o alumínio fundido precisa ser transferido diretamente para conchas ou cavidades de fundição, oferecendo maior repetibilidade de descarga e segurança operacional em comparação com a colher manual.

O sistema hidráulico compreende uma unidade de potência hidráulica, cilindros, grupos de válvulas de controle e tubulações, interligados com o sistema de controle elétrico. O ângulo e a velocidade de inclinação podem ser definidos através do painel de controle.

VI. Resumo dos Parâmetros de Desempenho do Processo

A capacidade nominal é de 1.500 quilogramas, com uma taxa de fusão de aproximadamente 450 a 500 quilogramas por hora – representando a taxa média de saída de alumínio desde o carregamento a frio até atingir a temperatura de trabalho e a prontidão para fundição. Com uma potência de aquecimento de 200 kW, o consumo específico de energia é de aproximadamente 0,4 a 0,44 kWh por quilograma de alumínio, caindo dentro da faixa de eficiência típica para fornos de cadinho aquecidos por resistência.