Fluxos para fundição: tipos e funções

No artigo “Métodos de fundição”, discutimos a importância da fundição e as formas de realizá-la na metalurgia e no refino. No entanto, outros fatores são primordiais para que o processo de fundição seja mais simples de ser realizado. As fundições costumam ser realizadas em cadinhos de grafite ou de cerâmica, materiais resistentes à altas temperaturas, dentro dos fornos. Isso porque o ambiente fortemente oxidante pode levar à formação de outros compostos indesejáveis que comprometem a pureza do metal.

Uma forma de proteger o metal é a partir da adição dos chamados fluxos para fundição, que são adicionados ao meio. A partir daí, os fluxos reagem com os metais, protegendo-os, reduzindo-os ou oxidando-os, conforme a necessidade. A seguir, trataremos mais detalhadamente quais são os principais tipos de fluxos para fundição, suas funções e aplicações.

Fluxos redutivos

Assim como o nome sugere, os fluxos redutivos são aqueles que promovem a redução do metal. Isto é, o metal ganha elétrons e tem seu número de oxidação da espécie diminuído. Esse tipo de fluxo é usado quando a atmosfera de fundição é extremamente oxidante, o que leva ao risco de formação de óxidos do metal ao invés de apenas sua forma pura.

Sendo assim, a principal função dos fluxos redutivos é promover a redução direta do metal, bem como tornar a atmosfera redutiva. Os principais exemplos para esse caso são o carvão em pó, a farinha e o açúcar.

As reações químicas que representam esse processo estão demonstradas na Figura 1.

Figura 1. Reações de redução do cobre a partir de monóxido de carbono (CO) e carbono (C). Esses compostos têm preferência para oxidar em um meio oxidante e, portanto, acarretam a redução direta do óxido de cobre para cobre metálico.

Fluxos oxidantes

Os fluxos oxidantes são aqueles que promovem a oxidação de certos compostos presentes na liga em fundição, a fim de separá-los posteriormente a partir da reação com outros produtos. Esse tipo de fluxo, portanto, tem a função oposta ao fluxo redutivo.

Nitratos de sódio ou de potássio (NaNO3 e KNO3, respectivamente), bem como dióxido de manganês (MnO2) são exemplos clássicos de compostos que produzem esse efeito quando adicionados no ambiente de fundição. Uma reação-modelo está descrita na Figura 2 abaixo.

Figura 2. Oxidação do zinco na presença de nitrato de potássio. Uma possível aplicação seria pela presença desse metal como contaminante em uma liga.Para separá-lo durante a fundição, KNO3 seria adicionado para retirá-lo de sua forma metálica e transformá-lo em óxido. O óxido pode então ser removido pela adição de bórax.

Fluxos protetivos

Diferente dos fluxos redutivos e oxidantes, os fluxos protetivos não reagem com o metal ou com a liga em processo de fundição, mas com os óxidos formados. Os principais compostos adicionados com essa função são o bórax e o ácido bórico. Por serem menos densos do que a liga liquefeita, os compostos se depositam acima desta. Então, atuam como uma barreira aos gases presentes na atmosfera de fundição. Além disso, são responsáveis por absorver e remover os óxidos da liga (Figura 3).

Figura 3. Disco de bórax fundido sem a absorção de óxidos (à esquerda) e com a absorção de óxido de crômio (à direita).

A reação de absorção dos óxidos pelo bórax é mostrada na Figura 4 abaixo.

Figura 4. Decomposição do bórax devido às elevadas temperaturas (reação acima) e a posterior absorção do óxido de cobre (reação abaixo).

Além disso,o bórax também é muito usado com o intuito de vitrificar o cadinho de fundição, tornando-o liso e permitindo, assim, melhores deslizamentos e homogeneização da liga metálica em fundição.

Aditivos para alteração da viscosidade

Muitas vezes, a viscosidade dos fluxos pode atrapalhar o resultado final da peça fundida, seja pela solidificação do bórax na superfície da barra ou ainda pela perda de metal quando este fica preso no cadinho. Uma forma de solucionar tais problemas é alterar a viscosidade dos fluxos para fundição. No primeiro caso, um líquido mais viscoso seria mais interessante; já no segundo, um líquido menos viscoso é mais eficiente.

Para casos em que devemos diminuir a viscosidade, costuma-se adicionar carbonato de sódio (Na2CO3) ou fluoreto de cálcio (CaF2). Além de diminuir a perda de metais presos no cadinho, a adição de um desses dois compostos no fluxo para fundição pode torná-lo menos viscoso e ideal para a melhoria da separação entre o metal e a escória no molde cônico.

Já para os casos em que o aumento da viscosidade é primordial, costuma-se adicionar ao líquido do fluxo areia (ou dióxido de silício, SiO2) quando a liga ou o metal não contém um elevado grau de pureza. Já quando o metal está puro, o indicado é adicionar ao fluxo pedaços de vidro borossilicato moídos ou sílica purificada em pó. Dessa forma, evita-se possíveis contaminações e a consequente diminuição do teor do metal.

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