Noções de siderurgia

Materiais metálicos, processos de fabricação de ligas ferrosas

Resumo do processo

• MINÉRIO+ CARVÃO(Coque ou carvão vegetal) + FUNDENTE (calcário) são adicionados ao ALTO FORNO que produz o FERRO GUSA. Este é levado para a ACIARIA (processo pode iniciar aqui com SUCATA) onde é colocado em CONVERSORES OU FORNOS ELÉTRICOS (nesse caso em geral a partir de SUCATA) ONDE ÉFABRICADO O AÇO. Ainda líquido ele é vazado em grandes lingotes – LINGOTAMENTO CONVENCIONAL, ou na forma de barras de maneira contínua LINGOTAMENTO CONTÍNUO. Sendo após CONFORMADO (laminação, trefilação, forjamento, extrusão)

• O FERRO GUSA também é entregue às FUNDIÇÕES, onde éfundido em fornos CUBILÔ para fabricar os FERROS FUNDIDOS. O metal líquido é vazado em moldes de areia com resina com uma cavidade equivalente à forma definitiva da peça a produzir.

ProduProduçção do Aão do Aççoo

O que são materiais ferrosos?

• Os materiais ferrosos, são ligas de ferro e carbono contendo elementos residuais como silício manganês fósforo enxofre entre outros.Pode conter elementos adicionados (cromo molibdênio níquel vanádio e outros) com algum propósito particular (aços liga ou ligados ferros fundidos ligados).

• Aços: teor de carbono até aproximadamente 2% (maioria dos aços tem carbono até 0,5%).

• Ferros fundidos: teor de carbono entre 2% e 6,7% (na prática entre 2,5 , 4,5 %) em geral contendo silício em percentual maior que os aços que garante a presença de grafita (carbono puro) na estrutura.

Matéria prima dos materiais ferrosos

• Minérios:• Magnetita Fe3O4 coloração preta• Hematita Fe2O3 coloração avermelhada principal minério no Brasil

(itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.• . • São enriquecidos (Vale)• Carvão: (reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao ferro)• Coque: destilação seca do carvão mineral à 1000 1100ºC, alta

resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre (pior qualidade)

• Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre (melhor qualidade)

• Fundentes:• Calcário ou caliça . Baixam o ponto de fusão da ganga (o que

não é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem com eles formando a escória

FerroFerro PrimPrimááriorio•• Fontes de FerroFontes de Ferro

5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mmgranulado

6mm< Minério <40mmgranulado

Em detalheEm detalhe

•• Detalhes do processoDetalhes do processo

Típica Bateria de coqueificaçãoTípica Bateria de coqueificação

Coque incandescente pronto para ser descarregado

Coque incandescente pronto para ser descarregado

CoqueriaCoqueria

Alto forno• Serve para produzir o ferro gusa, que

é uma forma intermediária na

produção dos aços• Entra na parte superior do forno

minério de ferro, coque (ou carvão vegetal) e fundente.

• É insuflado ar pelas ventaneiras que queima o caque gerando CO que faz a redução do minério de ferro a ferro mas esse ferro incorpora um percentual de carbono (ferro gusa).

• Ex. de reação de redução: ½ Fe2O3 + 3/2CO = Fe +3/2CO2

Alto FornoAlto FornoO alto forno O alto forno éé um forno de cuba que operado em um forno de cuba que operado em

regime de contra corrente. regime de contra corrente. No topo do forno o coque, calcNo topo do forno o coque, calcáário, e o material rio, e o material

portador de ferro (sinter, pelotas e minportador de ferro (sinter, pelotas e minéério granulado) rio granulado) são carregado em diferentes camadas. são carregado em diferentes camadas.

A carga sA carga sóólida, alimentada pelo topo, desce por lida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o ggravidade reagindo com o gáás que sobe.s que sobe.

Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) regeneradores) éé injetado atravinjetado atravéés das ventaneiras.s das ventaneiras.

Em frente as ventaneiras o OEm frente as ventaneiras o O22, presente no ar, reage , presente no ar, reage com o coque formando moncom o coque formando monóóxido de carbono (CO) xido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o que ascende no forno reduzindo o óóxido de ferro xido de ferro presente na carga que desce em contra corrente. presente na carga que desce em contra corrente.

Alto FornoAlto Forno

John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.

A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo.

Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado.

Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas.

Alto FornoAlto Forno

Alto forno

Aciaria• A composição do gusa está longe

da composição típica dos aços devendo ser reduzido os teores de carbono enxofre fósforo manganês entre outros.

• O princípio químico é a oxidação dos elementos envolvendo a injeção controlada de O2 ou de ar saindo na forma de gases ou passando para a escória.

• Conversores: ar ou O2 é soprado durante 15 a 20 min.através ou sobre 100 a 150 ton. de carga, sendo a fonte de calor a própria oxidação dos elementos (reações são exotérmicas)

• Tipos de conversores: Thomas ar insuflado por baixo. Bessemer Ar insuflado por baixo, e LD O2 insuflado com lança ( em geral adiciona-se sucata junto para baixar a temperatura), (MAIS USADO)

• Fornos elétricos: Utiliza arco elétrico entre 3 eletrodos de grafite e a carga. Em geral utiliza sucata como carga, tempo de corrida 2 horas (em geral usado para aços especiais).

ProduProduçção do Aão do Açço o LLííquidoquido--mméétodostodos mais mais usados atualmenteusados atualmente

A produA produçção do aão do açço lo lííquido se dquido se dáá atravatravéés da s da oxidaoxidaçção controlada das impurezas presentes no ão controlada das impurezas presentes no gusa lgusa lííquido e na sucata. quido e na sucata.

Este processo Este processo éé denominado refino do adenominado refino do açço e o e éérealizado em uma instalarealizado em uma instalaçção conhecida como ão conhecida como aciaria.aciaria.

O refino do aO refino do açço normalmente o normalmente éé realizado em realizado em batelada pelos seguintes processos:batelada pelos seguintes processos:-- Aciaria a oxigênio Aciaria a oxigênio –– Conversor LD (carga Conversor LD (carga predominantemente lpredominantemente lííquida).quida).

-- Aciaria elAciaria eléétrica trica –– Forno elForno eléétrico a arco trico a arco –– FEA FEA (carga predominantemente(carga predominantemente ssóólida).lida).

Conversor LDConversor LDResponsResponsáável por cerca 60% (540 milhões vel por cerca 60% (540 milhões tonton/ano) /ano)

da produda produçção de aão de açço lo lííquido mundial, a tecnologia quido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a continua a ser a mais importante rota para a produproduçção de aão de açço, particularmente, chapas de ao, particularmente, chapas de açço de o de alta qualidade.alta qualidade.

Processo industrial teve inProcesso industrial teve iníício em 1952, quando o cio em 1952, quando o oxigênio tornouoxigênio tornou--se industrialmente barato. A partir se industrialmente barato. A partir dadaíí o crescimento foi explosivo.o crescimento foi explosivo.

Permite elaborar uma enorme gama de tipos de Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aaçços, desde o baixo carbono aos mos, desde o baixo carbono aos méédiadia--liga.liga.

Conversor LDConversor LD

Conversor

Conversor LDConversor LD

Metalurgia de PanelaMetalurgia de Panela

ApApóós o refino, o as o refino, o açço ainda não se encontra em o ainda não se encontra em condicondiçções de ser ões de ser lingotadolingotado. O tratamento a ser feito . O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composivisa os acertos finais na composiçção quão quíímica e na mica e na temperatura. Portanto, situatemperatura. Portanto, situa--se entre o refino e o se entre o refino e o lingotamento contlingotamento contíínuo na cadeia de produnuo na cadeia de produçção de ão de aaçço carbono.o carbono.

Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produliberado, maximizando a produçção de aão de açço.o.-- Forno de panelaForno de panela-- DesgaseificaDesgaseificaççãoão

Forno de PanelaForno de Panela

Forno na metalurgia de panela

Toda a etapa de refino do aToda a etapa de refino do açço se do se dáá no estado no estado llííquido. quido. ÉÉ necessnecessáário, pois, solidificrio, pois, solidificáá--lo de forma lo de forma adequada em funadequada em funçção da sua utilizaão da sua utilizaçção posterior.ão posterior.

O lingotamento do aO lingotamento do açço pode ser realizado de três o pode ser realizado de três maneiras distintas:maneiras distintas:-- DIRETO: o aDIRETO: o açço o éé vazado diretamente na vazado diretamente na lingoteiralingoteira;;-- INDIRETO: o aINDIRETO: o açço o éé vazado num conduto vertical vazado num conduto vertical

penetrando na penetrando na lingoteiralingoteira pela sua base;pela sua base;-- CONTCONTÍÍNUO: o aNUO: o açço o éé vazado continuamente para vazado continuamente para

um molde de cobre refrigerado um molde de cobre refrigerado àà áágua.gua.

LingotamentoLingotamento

Lingotamento ContLingotamento Contíínuonuo

O lingotamento contO lingotamento contíínuo nuo éé um processo pelo qual o um processo pelo qual o aaçço fundido o fundido éé solidificado em um produto semisolidificado em um produto semi--acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqacabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüüente ente laminalaminaçção.ão.

Antes da introduAntes da introduçção do lingotamento contão do lingotamento contíínuo, nos nuo, nos anos 50, o aanos 50, o açço era vazado em moldes estaciono era vazado em moldes estacionáário rio (lingoteiras).(lingoteiras).

Lingotamento ContLingotamento Contíínuonuo

SeSeçções possões possííveis veis no lingotamento no lingotamento contcontíínuo (mm)nuo (mm)

Lingotamento e LaminaLingotamento e Laminaççãoão