Recuperação de inoculante na fabricação de peças de ferro fundido em moldes de areia

Abstract

Na indústria de fundição de ferro fundido há um insumo de grande importância na transformação microestrutural do ferro e que apresenta maior custo entre todos os insumos. Trata-se do inoculante que é utilizado para possibilitar a nucleação e crescimento da grafita, favorecendo a formação de uma estrutura mais refinada, a grafita tipo A, tendo assim propriedades mecânicas desejadas para o componente que está sendo produzido. A inoculação pode ocorrer em duas etapas do processo: a pré-inoculação, na qual o inoculante é inserido diretamente na panela, e a inoculação no molde, que pode ocorrer mediante a introdução do material em forma de arame no líquido ou de granulado diretamente no jorro de metal. No presente trabalho a adição de inoculante é feita diretamente no jorro de metal. Quando este método é utilizado, uma parte do inoculante não é incorporada ao metal e fica depositado sobre o molde de areia. O objetivo principal deste trabalho é recuperar o inoculante que é desperdiçado na fabricação de peças de ferro fundido em moldes de areia. Para o desenvolvimento deste foi utilizada a metodologia Six Sigma, incluindo mapas de raciocínio, plano de ação e árvores de amostragem. Foi desenvolvido um método de separação e quantificação do material coletado em cima do molde de areia e, posteriormente realizados testes com um lote de duas peças diferentes fabricadas com o inoculante recuperado, nas quais as quantidades de inoculante recuperado foram distintas, sendo elas de 0%, 15% e 30% para o primeiro item e 0%, 15%, 30% e 100% para o segundo item. Nas peças assim fabricadas foram realizadas análises ao microscópio ótico, ensaios de dureza Brinell, análise de inclusões de areia na superfície e em camadas sub-superficiais (após usinagem) com inspeção visual, caracterização das inclusões de areia mediante análise química através de Espectroscopia por energia dispersiva (EDS) e Microscopia eletrônica de varredura (MEV). Foi possível verificar que a utilização do inoculante recuperado não ocasionou aumento do número de defeitos nas peças, e não gerou aumento de inclusões de areia. A microestrutura das peças não apresentou grandes variações para as porcentagens distintas de inoculante recuperado utilizadas nos testes. É possível concluir que a recuperação de inoculante nas porcentagens estudadas não prejudica a qualidade das peças fundidas em molde de areia e, além disso, traz redução de custos e torna o processo mais sustentável.

In the cast iron casting industry, there is an input of great importance in the microstructural transformation of iron and that has the highest cost among all inputs, which is the inoculant. The inoculant is a set of particles that generate extra nuclei in the metal, allowing greater nucleation and graphite growth, favoring the formation of a more refined structure, the graphite type A, thus having desired mechanical properties for the component being produced. Inoculation can take place in two stages, pre-inoculation, when the inoculant is inserted directly into the pot, and mold inoculation, when inoculation can take place by wire or directly into the metal spurt. At present, the addition of inoculant is done directly in the metal spurt. When this method is used, part of the inoculant is not incorporated into the metal, being deposited under the sand mold. The main objective of this work is to recover the inoculant that is wasted in the manufacture of cast iron parts in sand molds. For the development of the work, the Six Sigma methodology was used, including maps of reasoning, an action plan, and sampling trees. A method of separation and quantification of the material collected from the top of the sand mold was developed, and later tests were carried out with a batch of two different items with the recovered inoculant, in which the amounts of recovered inoculant were different, being 15% and 30% for the first item and 15%, 30% and 50% for the second item. After the production of these parts, microstructural analyses were carried out, using an optical microscope, Brinell hardness tests, analysis of superficial and deeper sand inclusions (after machining) with a visual inspection, characterization of the inclusion of sand with chemical analysis in the EDS ( Energy dispersive spectroscopy) and SEM (Scanning Electron Microscope). It was possible to verify that the use of the recovered inoculant did not lead to an increase in the number of defects in the tested parts and it did not generate an increase in sand inclusions. The microstructure of the pieces did not vary for different percentages in the tests. It is possible to conclude that the inoculant recovery in the studied percentages does not bring harm to the production of sand mold castings, it allows for cost reductions and makes the process more sustainable.