dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Total de exportações brasileiras
1
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Participação dos principais produtos
exportados
2
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Exportações do setor mineral
3
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Principais empresas mineradoras
brasileiras
4
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Exportação de minerais metálicos
5
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Exportação de minério de ferro
6
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Comparativo das taxas de crescimento
PIB vs. Indústria extrativa mineral
7
Evolução da Carga nos Altos Fornos
Composição da Carga (%)
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
100
Granulado
80
Pelota
60
40
Sinter
20
0
1948
1953
1958
1963
1968
1973
1978
1983
1988
1993
1998
8
Minério de ferro
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Sistema Norte – Minérios de alto teor
Esse sistema é composto pelo Complexo Minerador da Serra dos
Carajás, no Pará, e pelo Terminal Marítimo de Ponta da Madeira
(TMPM), no Maranhão. A essas atividades está integrado o
transporte de minério através da EFC (Estrada de Ferro Carajás),
atualmente no âmbito da área de negócio da Logística.
Sistema Sul – baixo teor (precisam de concentração)
O Sistema Sul é composto por quatro complexos mineradores:
Itabira, Mariana, Minas Centrais e Minas do Oeste. Esses
complexos englobam mais de 15 minas, localizadas no
Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.
9
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Produção do Aço
10
Ferro Primário
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm
5mm<Sinter<50mm
6mm< Minério <40mm
granulado
Em detalhe
11
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Departamento de Ciência
Processo de Pelotização
 Pelotas são aglomerados de forma esférica
formados pela pelotização de minérios finos com o
auxílio de aditivos seguido por um endurecimento
a frio ou a quente.
 Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes
(calcário, dolomita), aglomerantes (bentonita, cal
hidratada) e combustível sólido (antracito)
 Existem basicamente dois tipos de pelotas:
PAF: Pelotas para Alto Forno
PRD: Pelotas para Redução Direta
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Departamento de Ciência
Processo de Pelotização
13
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Processo de Pelotização
14
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Processo de Sinterização
Sinteres são aglomerados de forma irregular e
esponjosa formados por meio de uma combustão
forçada
(sinterização)
de
um
combustível
previamente adicionado à mistura (finos minério de
ferro; fundentes – calcário, areia; combustível – finos
de coque; aditivos – corretivo de características para
aproveitamento de resíduos de recirculação).
Tecnologia criada com o objetivo de aproveitar
minérios finos (quantidade crescente no mundo) e
resíduos industriais.
A sinterização atual visa basicamente elaborar uma
carga de altíssima qualidade para o AF.
15
Processo de Sinterização
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Máquina de sinterização
Silos de
armazenagem
A B C D E F
Tambor de
mistura
Chaminé
INSUMOS
Finos de retorno
Finos de minério
Coque
Calcário
Pó de alto forno
Forno de
ignição
Alimentador
Fragmentação do
bolo de sinter
Sinter
Exaustor
Caixa de
Despoeiramento
Peneiramento a
quente
Finos de retorno
Resfriador
rotativo
Peneiramento a
frio
16
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Processo de Sinterização
17
Processo de Sinterização – cont.
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Forno de ignição e evolução do processo
Ar
Forno de
ignição
Sinter
Zona de
Combustão
Mistura Seca e
Calcinada
Mistura úmida
Succção
Gás
Antes da queima
Camada de
Forramento
Succção
Gás
Durante a queima
18
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Coqueria
 O coque é o produto sólido da destilação de uma
mistura de carvões realizada a em torno de
1100oC em fornos chamados coquerias.
 A destilação dá origem aos produtos carbo-
químicos (gases, vapores condensáveis, benzol,
alcatrão, etc) que são comercializados pelas
siderúrgicas. O gás de coqueria e´um importante
insumo para a própria usina.
 O processo de coqueificação consiste no
aquecimento do carvão mineral na ausência da ar.
19
Coqueria
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
O Papel do Coque no Alto Forno
 Fornecer o calor necessário às necessidades
térmicas do processo;
 Produzir e "regenerar" os gases redutores;
 Carburar o ferro gusa;
 Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores
do forno onde o restante da carga está fundida ou
em fusão.
20
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Departamento de Ciência
Coqueria
Seqüência de operação
21
Coqueria
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Detalhes do processo
Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente
pronto para ser descarregado
22
dos Materiais e Metalurgia
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Produção de ferro primário
ALTO FORNO é um processo de redução em forno de
cuba para a produção de metal líquido (gusa) a partir
de pelotas, sinter, minério granulado e coque.
COREX® é um processo de redução em forno de cuba
para produção de metal líquido a partir de pelotas,
minério granulado e carvão não coqueificável.
FINMET® é um processo de redução direta em leito
fluidizado utilizando finos de minério de ferro e gás
natural, gerando um produto com 92% de metalização.
MIDREX® e HyL são processos de redução em forno
de cuba utilizando gás redutor rico em CO para a
produção de ferro esponja a partir de pelotas e
minérios granulado.
23
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Alto Forno
O alto forno é um forno de cuba que operado em
regime de contra corrente.
No topo do forno o coque, calcário, e o material
portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado)
são carregado em diferentes camadas.
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por
gravidade reagindo com o gás que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos
regeneradores) é injetado através das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage
com o coque formando monóxido de carbono (CO)
que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro
presente na carga que desce em contra corrente.
24
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Alto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
25
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Alto Forno
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.
26
Alto Forno
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Reações químicas típicas do Alto Forno
Processo
Temperatura (°C)
Evaporação da umidade
100
Remoção da água de hidratação
120 - 300
Remoção do CO2:
3 MnCO3  Mn3O4+CO2+CO
> 525
3 FeCO3  Fe3O4+CO2+CO
380 - 570
FeCO3  FeO+CO2
> 570
Redução do Fe2O3 a Fe3O4:
3Fe2O3+CO  Fe3O4+CO2
400 - 550
Remoção do CO2:
MgCO3  MgO+CO2
400 - 500
.
.
MgCO3 CaCO3  MgO CaO+CO2
400 - 750
Decomposição do CO:
2CO  CO2+C
450 - 600
Redução do Fe3O4 a FeO:
Fe3O4+CO  3FeO+CO2
570 - 800
Remoção do CO2:
CaCO3  CaO+CO2
850 - 950
Redução do FeO a Fe:
FeO+CO  Fe+CO2
650 - Ts
Reação de Boudouard:
CO2+C  2CO
> 900
Fusão da escória primária
1100
Dissolução do CaO na escória primária
1250
Combustão do Ccoque:
Ccoque+O2  CO
1800 - 2000
2Ccoque+CO2  2CO
2000 - 1450
Ccoque+0.5O2  CO
1550
H (kJ/Kmol)
+ 6,490
+ 7,955
+ 363,791
+ 236,973
+ 112,206
- 52,854
+ 114,718
+ 304,380
- 172,467
+ 36,463
+ 177,939
- 17,128
+ 172,467
+ 921,1 (kg slag)
+ 1046,7 (kg Fe)
- 406,120
+ 172,467
- 116,83
27
Alto Forno
Minério
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Departamento de Ciência
Coque
Zona
Granular
Zona
de Amolecimento
e Fusão
Zona
de Coque
Estagnado
Zona
de Coque Ativa
Camada
em Amolecimento
e Fusão
Zona
de Combustão
Cadinho
Zona de
Gotejamento
28
Alto Forno
MINÉRIO
Mn3O4
FeO
MnO
FeO
Fe (99%)
MnO
K2O SiO2
P2O5 K2O
Mn (70%) P (95%)
COQUE
CaO Al2O3
C
GÁS
Fe3O4
P2O5
GÁS
MnO2
GÁS
Fe2O3
GÁS
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As condições termodinâmicas existentes no interior do reator
promovem a incorporação de algumas impurezas ao gusa líquido
e separa outras na fase escória e gás.
SiO2 CaO Al2O3 ESCÓRIA
Si (10%)
GUSA C (12%)
29
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Pré-tratamento do gusa
De forma a maximizar a produtividade do Conversor
LD ou Forno a Arco Elétrico (EAF) e minimizar os
custos de refino é importante executar um prétratamento do gusa antes da fase de refino.
O pré-tratamento do gusa inclui:
- remoção de enxofre
- remoção de Silício
- remoção de fósforo
- processos para redução do teor de Va, Cr, Ti e Mn
30
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Departamento de Ciência
Planta de dessulfuração
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dos Materiais e Metalurgia
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Produção do Aço Líquido
A produção do aço líquido se dá através da oxidação
controlada das impurezas presentes no gusa líquido
e na sucata.
Este processo é denominado refino do aço e é
realizado em uma instalação conhecida como
aciaria.
O refino do aço normalmente é realizado em
batelada pelos seguintes processos:
- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga
predominantemente líquida).
- Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA
(carga predominantemente sólida).
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dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Conversor LD
Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano)
da produção de aço líquido mundial, a tecnologia
continua a ser a mais importante rota para a
produção de aço, particularmente, chapas de aço de
alta qualidade.
Processo industrial teve início em 1952, quando o
oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir
daí o crescimento foi explosivo.
Permite elaborar uma enorme gama de de tipos de
aços, desde o baixo carbono aos média-liga.
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dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Conversor LD
34
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Conversor LD
35
Aciaria Elétrica
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
 Processo industrial começou no início do século XX.
 Inicialmente, o forno elétrico era considerado
sobretudo como um aparelho para a fabricação de
aços especiais, inoxidáveis e de alta liga.

Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado na
fabricação de aço carbono.

Processo reciclador de sucata por excelência; não
há restrição para proporção de sucata na carga.

A participação do aço elétrico no mundo vem
crescendo substancialmente nas últimas décadas.
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dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Aciaria Elétrica
37
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Metalurgia de Panela
Após o refino, o aço ainda não se encontra em
condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito
visa os acertos finais na composição química e na
temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o
lingotamento contínuo na cadeia de produção de
aço carbono.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser
liberado, maximizando a produção de aço.
- Forno de panela
- Desgaseificação
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dos Materiais e Metalurgia
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Forno de Panela
As seguintes operações podem ser executadas:
- Homogeneização do calor;
- Ajuste da composição;
- Ajuste da temperatura do aço;
- Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço
e cria condições termodinâmicas para a adição de
elementos de liga (os desoxidantes mais comuns são
ferro-ligas, escolhidos em função do aço a ser
fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio.
- Desulfuração com escória sintética ou injeção de pós;
- Desfoforação
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Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
40
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Departamento de Ciência
Desgaseificação
É uma operação que tem como objetivo a remoção
de gases residuais do aço (hidrogênio, nitrogênio e
oxigênio) e secundariamente auxilia na remoção
de inclusões.
Na siderurgia, a desgaseificação é processada de
duas maneiras:
- Desgaseificação à vacuo
- Desgaseificação com sopro de argônio
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dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Desgaseificação
Desgaseficação a vácuo
42
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Departamento de Ciência
Lingotamento
Toda a etapa de refino do aço se dá no estado
líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma
adequada em função da sua utilização posterior.
O lingotamento do aço pode ser realizado de três
maneiras distintas:
- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira pela sua base;
- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para
um molde de cobre refrigerado à água.
43
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Departamento de Ciência
Lingotamento Contínuo
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dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Lingotamento Contínuo
O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o
aço fundido é solidificado em um produto semiacabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente
laminação.
Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos
anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário
(lingoteiras).
Seções possíveis
no lingotamento
contínuo (mm)
45
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Conformação
 A grande importância dos metais na tecnologia
moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com
que eles podem ser produzidos nas mais variadas
formas, para atender a diferentes usos.
 Os processos de fabricação de peças a partir dos
metais no estado sólido podem ser classificados em:
- Conformação Mecânica: volume e massa são
conservados;
- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material
para se obter a forma desejada;
46
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Conformação
 Os processos de conformação mecânica podem ser
classificados de acordo com o tipo de força aplicada
ao material:
- Compressão direta:
Forjamento, Laminação;
- Compressão indireta: Trefilação, Extrusão,
Embutimento;
- Trativo:
Estiramento;
- Dobramento:
Dobramento;
- Cisalhamento:
Corte.
47
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Tipos de Conformação
 Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem
reduzida sua seção transversal pela aplicação de
pressões elevadas, forçando-o a escoar através do
orifício de uma matriz.
 Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal
através de uma matriz, por meio de uma força de
tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.
48
dos Materiais e Metalurgia
Departamento de Ciência
Tipos de Conformação
 Forjamento: Processo de transformação de metais por
prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de
conformação existente).
 Laminação: Processo de deformação plástica no qual
o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e
rotação. É o de maior uso em função de sua alta
produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente
ou a frio.
49
Tipos de Conformação
dos Materiais e Metalurgia
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Forjamento
Laminação
Dobramento
Extrusão
Trefilação
Matriz
Estiramento
Embutimento
Profundo

Cisalhamento
50
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Departamento de Ciência
Lingotamento e Laminação
51
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Departamento de Ciência
Nomenclatura para Aços
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Produção do Aço - Resumo
53