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 É
FABRICADO 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 é
fundido 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.
Produção do Aço
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
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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
Ferro Primário
• Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm
Em detalhe
5mm<Sinter<50mm
6mm< Minério
<40mm
granulado
Coqueria
• Detalhes do processo
Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente
pronto para ser descarregado
Alto forno
•
Serve para produzir o ferro gusa, que
é uma forma intermediária na
produção dos aços
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•
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 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.
Alto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
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.
Alto forno
Aciaria
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•
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.
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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).
Produção do Aço Líquido-métodos mais
usados atualmente
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).
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 tipos de
aços, desde o baixo carbono aos média-liga.
Conversor LD
Conversor
Conversor LD
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
Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
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.
Lingotamento Contínuo
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)
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;
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.
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.
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.
Tipos de Conformação
Forjamento
Laminação
Dobramento
Extrusão
Trefilação
Matriz
Estiramento
Embutimento
Profundo

Cisalhamento
Lingotamento e Laminação