Na produção de aço em fornos de arco elétrico, a ignição do arco e a perfuração (também conhecida como penetração) durante a fase de fusão são operações críticas que afetam diretamente a eficiência da fusão, o consumo de eletrodos e a estabilidade geral do forno. Uma compreensão clara dos mecanismos físicos por trás desses dois fenômenos, bem como das práticas de energização correspondentes, é essencial para alcançar uma produção de aço segura, estável e de alta eficiência.
1. O que é “ignição de arco” no processo de produção de aço em forno de arco elétrico?
No início do processo de produção de aço em forno a arco elétrico, os eletrodos são abaixados sob o controle do sistema de regulagem até entrarem em contato com a sucata de aço no forno. Quando a ponta do eletrodo toca a sucata, ocorre um curto-circuito, e um arco elétrico de alta temperatura é gerado e mantido entre o eletrodo e a sucata. Esse fenômeno é denominado ignição do arco.
A ignição do arco elétrico marca o início formal do período de fusão na produção de aço em fornos a arco elétrico. Nessa fase, o forno ainda está preenchido com materiais sólidos e o arco elétrico fica relativamente exposto. Como resultado, a estabilidade do arco é baixa e a carga térmica sobre o teto do forno é relativamente alta, tornando a fase de ignição do arco um momento que exige controle cuidadoso tanto da entrada de energia elétrica quanto do movimento dos eletrodos.
2. Características da fase de ignição do arco e princípios de acionamento.
Durante a fase inicial de energização e ignição do arco, o forno está totalmente carregado com sucata e a distância entre o arco e o teto do forno é pequena. Se for aplicada potência excessiva ou uma tensão muito alta (ou seja, um arco excessivamente longo) nesse momento, o teto do forno — especialmente as tampas de fornos menores — pode ser seriamente danificado. Portanto, a menor tensão disponível é geralmente selecionada para a energização durante a ignição do arco, a fim de garantir uma operação segura e estável.
A fase de ignição do arco elétrico é geralmente curta, durando aproximadamente de 1 a 5 minutos. Em casos em que uma grande proporção de sucata leve e fina é carregada na camada superior, pode ser aceitável aplicar maior potência desde o início para acelerar o derretimento da sucata.
No momento da primeira ligação, o metal sob o eletrodo é submetido a um impacto térmico repentino de alta temperatura, o que pode causar ruptura ou descamação localizada. Além disso, o arco é altamente instável nessa fase e ocorrem interrupções frequentes. Adicionalmente, devido às lacunas entre os pedaços de sucata, pode ocorrer emissão e bombardeio de elétrons entre as superfícies metálicas após a energização. Esses fatores, em conjunto, resultam em níveis de ruído extremamente altos durante o período inicial de ignição do arco. Após alguns minutos de operação, à medida que o arco fica imerso na sucata, a estabilidade do arco melhora significativamente e o nível de ruído diminui gradualmente.
3. O que significa “perfuração” no processo de produção de aço em forno a arco elétrico?
Após a ignição do arco, a sucata que circunda o arco sob o eletrodo derrete rapidamente sob o intenso aquecimento do arco. Com a ajuda do sistema de regulagem do eletrodo, o eletrodo mantém uma distância adequada da carga e desce continuamente à medida que a sucata derrete.
À medida que o derretimento progride, um orifício maior do que o diâmetro do eletrodo forma-se gradualmente sob o eletrodo. Em fornos de arco elétrico de corrente alternada (CA), geralmente formam-se três orifícios desse tipo, enquanto em fornos de arco elétrico de corrente contínua (CC), um único orifício é criado. Esse processo, no qual o arco efetivamente “perfura” a carga de sucata, é conhecido como perfuração ou penetração. Quando o eletrodo se aproxima do fundo do forno e um banho de metal fundido começa a se formar, o eletrodo começa a subir dinamicamente sob a ação do regulador, marcando o fim da etapa de penetração.
4. Características de inicialização e considerações operacionais durante a fase de penetração
Uma característica marcante da fase de penetração é que o arco elétrico fica completamente cercado pelo material de sucata. Nessas condições, quase toda a energia térmica do arco é absorvida pela carga, e o impacto térmico direto no revestimento refratário é mínimo. Como resultado, a potência máxima geralmente é aplicada durante a fase de penetração para aproveitar ao máximo a alta densidade de potência e a alta eficiência de fusão da produção de aço em fornos a arco elétrico.
É importante notar que o colapso da sucata ocorre frequentemente durante a fase de penetração, levando a rápidas mudanças no comprimento do arco elétrico e nas condições elétricas. Consequentemente, a corrente e a tensão tornam-se altamente instáveis, e o ponteiro do amperímetro no painel de controle geralmente oscila violentamente. Esse comportamento é característico da fase de penetração e exige sistemas de regulagem automática responsivos, bem como operação atenta, para manter a estabilidade geral do forno.
