Um forno de reaquecimento é uma parte fundamental de uma laminação de aço. Sua principal função é aquecer tarugos, branquetas ou lajes até a temperatura de laminação necessária e garantir uma temperatura suficientemente uniforme em toda a seção de tarugos antes de entrar na laminadora.
O funcionamento adequado do forno afeta diretamente a qualidade do aço, a produtividade da laminadora, o consumo de combustível e os custos operacionais. Compreender os princípios básicos de combustão, transferência de calor, pressão do forno e controle de temperatura é, portanto, essencial para uma operação estável do laminador.
Conhecimentos Básicos de Aquecimento de Fornos
Energia, Temperatura e Pressão
Várias unidades básicas são comumente usadas na operação de fornos de reaquecimento.
- 1 kcal ≈ 4.185 J
- 1 J ≈ 0,000239 kcal
- Temperatura absoluta: T = 273 + t, onde Té a temperatura absoluta em Kelvin e t é a temperatura em °C.
- 1 mmH₂O ≈ 9,81 Pa
- 1 kg/cm² ≈ 98.100 Pa
- 1 mmHg ≈ 133,32 Pa
- 1 atmosfera padrão = 101.325 Pa
Para cálculos de consumo de combustível, combustível padrão ou carvão padrão também podem ser usados como referência. Um quilograma de carvão padrão é convencionalmente atribuído a um valor calorífico de aproximadamente 7.000 kcal.
Combustíveis Comuns para Fornos de Reaquecimento de Aço
A escolha do combustível depende das condições da planta, disponibilidade, projeto do forno e requisitos operacionais.
O gás natural é um combustível de alto valor calórico, tendo metano (CH₄) como seu componente principal. Ele pode fornecer alta temperatura de combustão e é amplamente utilizado em fornos industriais modernos.
O gás do forno de coque (COG) é um subproduto da produção de coque. Seus principais componentes combustíveis incluem hidrogênio e metano, conferindo-lhe um valor calorífico consideravelmente maior do que o gás de alto-forno.
O gás de alto-forno (BFG) é um subproduto da produção de ferro em alto-fornos. Contém uma proporção relativamente alta de nitrogênio e monóxido de carbono e possui um valor calórico relativamente baixo. A composição típica de BFG inclui aproximadamente 25–31% CO, 2–3% H₂, 0,3–0,5% CH₄ e 55–58% N₂.
A composição real do combustível e o valor calorífico podem variar dependendo das condições da planta e dos sistemas de tratamento de gás, portanto, a operação do forno deve ser baseada nas propriedades reais do combustível disponíveis no local.
Três Estágios Básicos de Aquecimento
O processo de aquecimento em um forno de reaquecimento de aço geralmente pode ser compreendido em três etapas: pré-aquecimento, aquecimento e imersão.
1. Pré-aquecimento
No início do aquecimento, a taxa de aquecimento precisa ser controlada para evitar estresse térmico excessivo, especialmente ao processar tarugos com tensão residual.
Aços de alto carbono e de ligas podem exigir maior atenção às taxas de aquecimento. O objetivo do estágio de pré-aquecimento é permitir que a temperatura do tarugo aumente progressivamente, limitando diferenças excessivas de temperatura entre a superfície e o núcleo.
2. Aquecimento
Durante a fase de aquecimento, o forno fornece a maior parte da energia térmica necessária.
Dentro dos limites especificados pelo forno e pela qualidade do aço, aumentar a diferença de temperatura entre a atmosfera do forno e a superfície do tarugo pode melhorar a transferência de calor e acelerar o aquecimento. A transferência de calor radiante é particularmente importante em altas temperaturas do forno.
No entanto, intensidade excessiva de aquecimento pode causar uma grande diferença de temperatura entre a superfície do tarugo e seu centro. Portanto, a temperatura do forno e o calor consumido precisam ser combinados com o tamanho do tarugo, o grau de aço e a taxa de produção.
3. Imersão
O principal objetivo da etapa de imersão é reduzir a diferença de temperatura ao longo da seção de tarugo.
Em vez de continuar aumentando a temperatura da superfície, o calor é conduzido da superfície em direção ao centro do tarugo. A temperatura do forno e o calor de entrada devem ser reduzidos adequadamente, mantendo a temperatura necessária do tarugo.
A imersão adequada ajuda a alcançar uma distribuição de temperatura mais uniforme e reduz o risco de superaquecimento e queima. O controle da atmosfera do forno também é importante durante essa etapa.
Problemas comuns de funcionamento de fornos de reaquecimento
Temperatura excessiva de saída do forno
Uma alta temperatura de saída do forno ou de gases de combustão geralmente significa que mais calor é levado junto com os gases de escape, aumentando a perda de calor e reduzindo a eficiência térmica.
Causas comuns incluem:
- Combustão incompleta e chamas excessivamente longas
- Consumo excessivo de combustível
- Tarugos permanecendo no forno por mais tempo do que o necessário
- Entrada de calor não sendo ajustada à taxa real de produção
As ações corretivas incluem otimizar a relação combustível-ar e a condição de combustão, além de reduzir o calor para acompanhar a taxa de produção do laminador.
Baixa temperatura de saída do forno
A temperatura de saída do forno deve ser consistente com a taxa de produção. Se for muito baixa, o aquecimento do tarugo pode se tornar insuficiente e a produtividade do forno pode ser afetada.
As causas possíveis incluem velocidade de produção excessiva em relação ao calor disponível do forno.
Se o forno não tiver atingido sua carga térmica máxima, o consumo de combustível pode ser aumentado adequadamente. Se o forno já estiver operando em sua capacidade máxima, a taxa de produção pode precisar ser reduzida.
Baixa Temperatura da Cabeça do Tarugo
A baixa temperatura na extremidade do tarugo pode resultar de pressão insuficiente do forno, infiltração de ar por portas laterais mal vedadas ou distribuição desigual da temperatura ao longo da largura do forno.
Possíveis medidas corretivas incluem melhorar o controle de pressão do forno, vedar portas e ajustar o calor ao longo da largura do forno.
Extremidades do Tarugo Superaquecido
As extremidades dos tarugos podem superaquecer quando a temperatura do forno próxima às paredes laterais é excessiva ou quando tarugos curtos expõem uma área de superfície maior à atmosfera do forno.
O aquecimento excessivo do fundo também pode contribuir para o superaquecimento nas extremidades do tarugo.
O ajuste adequado do aquecimento por baixo e da entrada de calor ao redor de tarugos curtos pode ajudar a controlar esse problema.
Baixa temperatura do fundo do tarugo
A baixa temperatura na superfície inferior do tarugo pode estar associada a:
- Aquecimento inferior insuficiente
- Uma zona de imersão inadequada
- Dano ou perda de isolamento ao redor dos canos de proteção
- Vedação ruim das portas inferiores do forno
Essas condições devem ser verificadas durante a inspeção e manutenção do forno.
Controle de Pressão do Forno
A pressão do forno é um parâmetro operacional importante. Um controle ruim de pressão pode aumentar a infiltração de ar e o consumo de combustível ou interferir na combustão estável.
A dificuldade em controlar a pressão do forno pode ser causada por depósitos excessivos de incrustação de óxido de ferro no sistema de chaminé, acúmulo de água, pontos de vazamento na chaminé ou chaminé, ou tiragem excessiva da chaminé.
A solução adequada depende da causa real. A manutenção pode incluir a remoção de incrustação acumulada, a eliminação do acúmulo de água, o reparo de pontos de fuga e o ajuste do sistema de escape.
Em alguns casos, um forno modernizado com consumo de combustível significativamente menor pode ter um sistema de escape com capacidade excessiva em relação às novas condições de operação. Uma modificação adequada do sistema de chaminé pode então ser considerada para melhorar o controle de pressão.
Como Melhorar a Eficiência Energética do Reaquecimento de Fornos
Um princípio fundamental para a operação eficiente do forno é evitar fornecer mais calor do que o processo de produção requer.
Quando a produção diminui, a distribuição do combustível entre as zonas do forno deve ser ajustada de acordo, em vez de manter a carga térmica usada nas taxas normais de produção.
Uma abordagem prática é o método de aquecimento em ponto fixo, no qual uma localização definida no forno é selecionada como ponto de referência para monitorar a temperatura do tarugo. Sob condições de produção estáveis, o tarugo deve atingir uma temperatura especificada nesse ponto.
Se a temperatura do tarugo já for maior que o alvo no ponto de referência, a entrada de calor pode ser excessiva. Se for menor, a entrada de calor pode ser insuficiente.
O objetivo não é simplesmente maximizar a temperatura do forno, mas fornecer a quantidade necessária de calor no local certo e na taxa de produção corretas.
Outro princípio operacional útil é o que pode ser descrito como aquecimento controlado de acordo com o grau de aço, tamanho do tarugo, taxa de produção e cronogramas de temperatura/carga térmica do forno. A operação estável e repetível do forno exige que esses parâmetros sejam coordenados, e não ajustados de forma independente.
Comissionamento de Fornos e Treinamento de Operadores
O desempenho de um forno de reaquecimento depende não apenas do seu projeto, mas também da comissionamento, operação, manutenção e treinamento do operador.
Para um forno recém-construído, a chaminé revestida de refratário e as estruturas relacionadas exigem secagem e aquecimento adequados antes da operação normal. Isso remove a umidade dos materiais refratários e estabelece as condições térmicas necessárias para um tiragem e operação estáveis.
Durante o comissionamento e operação, a pressão do forno, combustão, distribuição de temperatura, consumo de combustível, temperatura do tarugo e temperatura do escapamento devem ser monitorados sistematicamente.
Serviços EPC de Fornos de Reaquecimento e Laminação do Grupo SME
Como contratado EPC para laminações siderúrgicas, o SME Group oferece serviços que cobrem todo o ciclo do projeto, desde o projeto e aquisição de equipamentos até construção, comissionamento, operação experimental e gestão da produção.
Nosso serviço também pode incluir treinamento detalhado para operadores locais e pessoal de manutenção. O treinamento foca em operação prática de fornos, controle de temperatura e pressão, gestão de combustão, coordenação de produção, manutenção de equipamentos e solução de problemas.
O objetivo não é simplesmente concluir a instalação e entregar o equipamento, mas ajudar a equipe operacional local a desenvolver o conhecimento e as habilidades necessárias para a operação estável do forno de reaquecimento e manutenção adequada após a entrega do projeto.
Um forno de reaquecimento bem projetado, combinado com a comissionamento adequado, treinamento de operadores e gestão de produção, fornece uma base sólida para a operação eficiente e confiável de laminação de siderúrgicas.
Nota Editorial
Este artigo foi adaptado de materiais de treinamento originalmente preparados pelo SME Group para funcionários de um projeto anterior de laminação de aço. Os materiais originais foram desenvolvidos para as condições operacionais e requisitos específicos daquele projeto e foram editados e reorganizados aqui para referência técnica geral.
Se você identificar imprecisões, omissões ou pontos que exijam esclarecimentos adicionais, convidamos você a entrar em contato com o SME Group para discussão e troca técnica.
