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Fundição de ferro

12 de April de 2021 Blog por Cassotis Consulting

Na história da humanidade, uma das principais descobertas foi o processo de fundição. Iniciando com o cobre e passando pelo bronze e pelo ouro, o ser humano aprendeu a fundir diversos metais até chegar ao ferro, que o permitiu desenvolver novas armas e ferramentas. No entanto, a produção de ferro fundido começou a existir em larga escala apenas a partir da segunda metade do século XX, com a ampla utilização de fornos cubilôs e fornos elétricos (a indução ou a arco).

 

Durante o desenvolvimento da indústria, novas aplicações para o ferro fundido foram sendo descobertas e tiveram o uso ampliado. A maneira pela qual ele é produzido impacta diretamente em suas propriedades como a maleabilidade, resistência à altas temperaturas e durabilidade, aumentando a sua flexibilidade e versatilidade. Essas características se juntam a uma grande vantagem do ferro fundido: a produção de peças com formatos complexos a um baixo custo.

 

No entanto, para manter essa vantagem de ser um produto de baixo custo, em um mundo cada vez mais competitivo, é necessário otimizar alguns aspectos da produção, como a compra de matérias-primas e definição de cargas, a alocação da produção entre as diferentes unidades de produção e configuração de importantes variáveis do processo.

 

Compra de matérias-primas

 

Uma boa definição de quais matérias-primas comprar e a sua utilização é essencial para a competitividade da empresa, uma vez que que estas correspondem a maior parte do custo do ferro fundido. Em função disso, a caracterização das matérias-primas possui um papel importante nessa decisão, e os seus trade-offs devem ser muito bem analisados. Além disso, essa decisão é  muito dinâmica, e pode variar ainda em função do perfil de demanda da empresa no momento, da disponibilidade de seus equipamentos e da situação do mercado de matérias-primas. 

 

Com relação a carga metálica, por exemplo: em alguns momentos o preço das sucatas pode ser mais competitivo; em outros, pode ser mais viável a utilização de gusa sólido. Além do preço, a composição química e os valores de algumas propriedades desses materiais são os drivers principais da decisão, como, por exemplo, a densidade e a umidade.

 

Ainda com relação às matérias-primas, a definição da compra de coque é provavelmente a maior decisão referente a fornos cubilôs. O teor de cinzas e de matérias voláteis, a granulometria e a resistência do coque possuem impacto direto na eficiência de combustão do forno, e, consequentemente, no coke rate. Outro impacto importante do coque vem do seu teor de enxofre, que pode aumentar ou reduzir a necessidade de dessulfurantes.

 

Por fim, é necessário escolher da melhor maneira a compra de materiais aditivos, sejam eles carburantes, dessulfurantes, ferrosos, como ferro silício e ferro cromo, ou não-ferrosos, como níquel e cobre.

 

Alocação da produção

 

Em uma fundição de ferro, é comum ter diferentes processos de fusão: fornos elétricos, que utilizam a eletricidade como fonte de energia, e fornos cubilôs, que utilizam a combustão do coque como gerador de energia. Além disso, estes fornos podem possuir  características diferentes como volume e potência.

 

Desta forma, é extremamente importante definir como alocar a produção de forma dinâmica, respondendo às flutuações nos preços (eletricidade e coque), bem como as características do material (por exemplo, eficiência dos carburantes). Além disso,  as capacidades de produção e a capacidade de uma instalação de produzir um metal com determinada composição química podem interferir nessa decisão.

 

Configuração do processo

 

A forma como o processo é configurado também deve ser otimizada. Por exemplo, a temperatura do metal produzido deve levar em conta a demanda de energia,  as perdas térmicas entre equipamentos e restrições de temperatura no momento do vazamento. Outros fatores importantes são a geração de escória e a sua basicidade, o sopro de ar e oxigênio nos fornos cubilôs, e o pé de banho nos fornos elétricos.

 

Otimização

 

Garantir que todas essas decisões em uma fundição sejam tomadas da melhor maneira é algo extremamente complexo. No entanto, com o auxílio de modelos matemáticos e análise de dados, os tomadores de decisão pode deixar o trabalho de encontrar a melhor solução para um software de otimização e se concentrar apenas em analisar as soluções e construir cenários.

 

Com um vasto conhecimento em modelagem de processos, a Cassotis possui uma solução para otimização de fundição. Por meio de um modelo não-linear, que integra conhecimento técnico vindo da literatura com a análise de dados históricos validada pela experiência dos engenheiros de processos, as decisões mencionadas acima podem ser otimizadas, ajudando as empresas a alcançarem resultados cada vez melhores. 

 

Além disso, na maioria dos projetos é utilizada a ferramenta Quandec, que facilita a análise de resultado, comparação de diferentes cenários e manutenção dos dados de forma simples e prática. Isto tudo para garantir que os usuários possam aproveitar da melhor maneira possível o seu tempo e o potencial do modelo!

 

Se você se interessou por este tipo de modelo, confira o nosso site e fique a vontade para nos contactar!


 

Autor: Cassiano Lima - Consultor Senior na Cassotis Consulting

  Coautor: Fabio Silva - Gerente Sênior na Cassotis Consulting

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