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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
AVM FACULDADE INTEGRADA
A qualidade do aço produzido em usina siderúrgica semi-integrada
Por: Raul Rodrigues Pereira
Prof(a). Orientador(a): Mario Luiz Trindade Rocha
Rio de Janeiro
2014
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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES
PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”
AVM FACULDADE INTEGRADA
A qualidade do aço produzido em usina siderúrgica semi-integrada
Apresentação de monografia à AVM Faculdade
Integrada como requisito parcial para obtenção do
grau de especialista em Gestão Estratégica e Qualidade.
Por: Raul Rodrigues Pereira
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AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, por conduzir meu
caminho e iluminar meus pensamentos.
Ao Gilberto, meu pai, meu mestre de toda
a vida, obrigado por ter me ensinado
as primeiras letras e, sobretudo, por ter
me tornado uma pessoa confiante.
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DEDICATÓRIA
À minha esposa, pelo exemplo de amor,
sabedoria, dedicação, garra e
determinação.
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RESUMO
O presente trabalho apresenta a influência da qualidade no processo geral de produção
de aço em uma usina siderúrgica semi-integrada, enfatizando o refino secundário de aço
e a utilização de sucatas metálicas. Neste trabalho são descritos algumas ferramentas
da qualidade que são utilizados nos processos de fabricação de aço e os benefícios da
reciclagem de materiais metálicos
Palavras-chaves: qualidade, aço, usina siderúrgica, reciclagem.
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METODOLOGIA
Pesquisando em livros e manuais que tratam do tema para reunir as informações mais
importantes para o seu desenvolvimento. Foram utilizadas informações adquiridas
durante estágio obrigatório e no período em qual trabalhei na indústria siderúrgica além
das obras de alguns autores, tais como: CHIAVERINI, Vicente, 1914 – Tecnologia
mecânica / tratamento, 2º edição, São Paulo: Mc Graw-Hill, 1986. SIDERURGIA da
matéria prima ao aço laminado, Vitória - Janeiro – 2006, Marcelo Lucas Pereira
Machado.
Marcelo
Lucas
Pereira
Machado,
SIDERURGIA
PARA
NÃO
SIDERURGISTAS, ABM, VITÓRIA-ES, 2003 e FEIGENBAUM, Armand Vallin. Controle
da qualidade total. São Paulo: Makron Books, 1994, apostilas GERDAU ACI-001/ ACI008/ ACI-026
7
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
8
CAPITULO I – CONCEITO DE QUALIDADE
10
CAPITULO II – CONCEITO SOBRE AÇO
20
CAPITULO III – PRODUÇÃO DE AÇO
30
CAPITULO IV – RESULTADOS
48
CONSIDERAÇÕES FINAIS
55
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS
56
ÍNDICE
60
FOLHA DE AVALIAÇÃO
62
8
INTRODUÇÃO
O presente trabalho apresenta a influência da utilização da qualidade no processo geral
de produção de aço em uma usina siderúrgica semi-integrada, enfatizando a utilização
de sucatas metálicas em aciaria elétrica, o refino secundário de aço e obtenção do
produto final de qualidade. Neste trabalho são descritas ferramentas que podem ser
utilizadas para a melhoria da produção de aço em usina siderúrgica semi-integrada, será
apresentado também a definição do que vem a ser aço e o que é uma usina siderúrgica
o seu funcionamento, os insumos utilizados na fabricação de aço e a reciclagem de
materiais
metálicos
que
antes
eram
abandonados
no
meio
ambiente.
Também serão citadas a evolução e a importância da utilização do aço em nossa
sociedade. Será realizada a descrição de equipamentos utilizados em aciaria para a
produção, as influências de elementos de ligas que irão fornecer características
especificas para grau (tipo) de aço, os processos de refino secundário para o ajuste da
composição química no Forno, controle e inspeções de qualidade realizadas após a
fabricação, e os tratamentos que podem ser realizados para a correção de defeitos
oriundos do processo de fabricação. E por fim, serão mostradas as propriedades e a
qualidade do aço que está sendo utilizado atualmente e que será ainda o material mais
utilizado
por
indústrias
e
pessoas
durante
muitos
anos.
Inicialmente serão mostrados os conceitos de qualidade pelos principais autores do
tema. Serão abordadas algumas ferramentas da qualidade com breves citações de
autores relacionados no estudo de qualidade. Em seguida será exposto o conceito de
aço e os dois tipos de usinas siderúrgicas com as suas principais diferenças: usina
siderúrgica semi-integrada e a integrada, aciaria e equipamento utilizados no setor.
Nesse trabalho citarei o lingotamento continuo a laminação, a classificação e
características de materiais metálicos. A importância do forno elétrico e do forno panela
na aciaria serão citados juntos com seus objetivos dentro da cadeia de produção. A
9
essencialidade de manter os elementos de liga dentro das especificações para manter
característica de aços de acordo com os parâmetros do cliente.·.
Serão apresentadas as etapas para a purificação do aço, tais como a: rinsagem,
desoxidação e dessulfuração, em seguida serão descritas as etapas de amostragem de
temperatura e composição química do aço em forno panela. Ao final do trabalho serão
expostas informações sobre os benefícios da utilização de sucatas, tipos de inspeções e
tratamentos que podem ser realizados no produto semiacabado e os impactos da
produção na sociedade e no meio ambiente.
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CAPÍTULO I
Conceito de qualidade
Para que uma empresa seja competitiva e sobreviva no mercado, é necessário a
utilização de diversas ferramentas para que se possa alcançar os objetivos. Hoje em dia
não basta apenas produzir em grande quantidade, os produtos devem possuir qualidade
para que possam satisfazer a necessidade do cliente.
A gestão da qualidade está inserida dentro do processo produtivo de uma empresa,
com isso, é necessário que haja padrões, sistemas, inspeções, treinamento dos
colaboradores e feedback dos clientes.
Muitos estudiosos elaboraram conceitos e
ferramentas para a melhoria da produção, redução de custos, fabricação de produtos
dentro das especificações e obtenção da qualidade no processo.
Os conceitos de qualidade apresentados pelos principais autores da área são as
seguintes:
Segundo Juran (1993, p.12):
“Qualidade é adequação ao uso”. Ela pode ser melhor detalhada através
de outros dois significados: qualidade são características de produto que
atendem as necessidades de clientes e qualidade é a ausência de
defeitos.
O consumidor final adquire e usa o produto, se não há defeito não ocorre reclamação e
quando existe algum vício poder ocorrer ou não uma reclamação, pois devido a grande
concorrência no mercado o cliente simplesmente pode trocar de fornecedor.
De acordo com MARTINS (2007: 9):
“É possível afirmar que em todas as visões de qualidade,indicam que o
foco está direcionado principalmente à satisfação dos clientes e
mercados e, consecutivamente, à melhora dos resultados empresariais”
11
O lucro da empresa é obtido com o sucesso das vendas e consequentemente a
satisfação do cliente, se o público gosta de tal produto pode-se entender que há
qualidade no material adquirido.
No mesmo contexto, Juran diz que: (1991, p.16):
“A função da qualidade é o conjunto das atividades através das quais
atingimos a adequação ao uso, não importando em que parte da
Organização essas atividades são executadas”. Um dos significados de
qualidade é o desempenho do produto cujas características
proporcionam a satisfação dos clientes que irão comprá-lo. Seria, por
outro lado, a ausência de deficiências, pois estas geram insatisfação e
reclamações.”
O produto adquirido deve atender as necessidades do cliente, entende-se que o
material comprado deve estar dentro das especificações e estar livre de defeitos.
Segundo FEIGENBAUM (1994:8):
"Qualidade é a correção dos problemas e de suas causas ao longo de
toda a série de fatores relacionados com marketing, projetos, engenharia,
produção e manutenção, que exercem influência sobre a satisfação do
usuário."
Na indústria em geral, ocorre o feedback do cliente em relação ao produto, geralmente
ocorre quando o material entregue está com algum tipo de defeito, seja de fabricação ou
avaria causada pela logística. Sendo o defeito oriundo da fabricação, ocorre uma busca
da origem do problema, é feito um estudo se a falha foi mecânica ou humana. A falha
precisa ser eliminada para que a empresa não perca o cliente e este volte a ter
confiança nos produtos adquiridos.
No quadro 1 é apresentado os principais autores da qualidade e suas principais ideias
e contribuições.
12
De acordo com Campos (1992, p.13):
“As organizações humanas são meios destinados a se atingir
determinados fins. Controlar uma organização humana significa detectar
quais foram os fins, efeitos ou resultados não alcançados (que são
problemas da organização), analisar estes maus resultados buscando
suas causas e atuar sobre estas causas de tal modo a melhorar os
resultados.”
O planejamento, o controle e o aprimoramento dos processos sempre precisam ser
atualizados conforme as necessidades da sociedade, sem isso a empresa perderá
mercado e consequentemente fechará as portas.
Segundo Alvarez (2001, p. 167):
“Para que uma organização alcance os níveis de qualidade preconizados
pelo TQC (Total Quality Control - controle de qualidade total), ela deve
promover uma revolução em seus processos administrativos, ou seja, a
empresa deve estar preparada, a todo momento, para absorver e
incorporar as mudanças sociais, econômicas e tecnológicas ocorridas em
seu meio ambiente de maneira rápida e satisfatória.”
O TQC é implantado em toda a corporação desde o funcionário de menor hierarquia
até o de maior, a gestão da qualidade visa sempre manter os produtos dentro das
13
especificações, eliminar possíveis defeitos, minimizar os custos, aumentar a eficiência
da produção, aumentar a competitividade da empresa e satisfazer os clientes com os
produtos ou serviços vendidos.
1.1 - Ferramentas da qualidade
As ferramentas da qualidade são utilizadas para facilitar o controle da produção,
diminuição das despesas, aumento de rendimento e controle da qualidade. Tais
ferramentas são usadas em diversas indústrias dos mais diversos segmentos de
mercado. A seguir serão apresentadas algumas das ferramentas da qualidade mais
utilizadas em indústrias de qualquer segmento.
1.1.1 - Folha de verificação
A folha de verificação é uma planilha para o registro de dados. O uso de uma folha
de verificação torna a coleta de dados rápida e automática. Toda a
folha de
verificação deve ter espaço onde registrar local e data da coleta dos dados
(VIEIRA,1999:1)
.
Quadro 2 – Representação gráfica da Folha de Verificação
14
De acordo com KUME (1993: 13):
“Quando for preciso coletar dados, é essencial esclarecer sua finalidade e
ter valores que reflitam claramente os fatos. Além dessas premissas, em
situações reais é importante que os dados sejam coletados de maneira
simples e num formulário fácil de usar. Uma folha de verificação é um
formulário de papel no qual os itens a serem verificados já estão
impressos, de modo que os dados possam ser coletados de forma fácil e
concisa.É importante inicialmente garantir a objetividade.”
É importante que todos os dados sejam inseridos corretamente, para que não haja
erros que possam comprometer a produção, sendo um formulário de fácil preenchimento
ocorrerá menor erro por parte do funcionário em inserir os dados.
1.1.2 - DIAGRAMA DE PARETO
Diagrama de Pareto é um gráfico de barras que ordena as frequências das
ocorrências, da maior para a menor, permitindo a priorização dos problemas. Mostra
ainda a curva de percentagens acumuladas. Sua maior utilidade é a de permitir uma fácil
visualização e identificação das causas ou problemas mais importantes, possibilitando a
concentração
de
esforços sobre
os
mesmos.
É
utilizado
para
dados
qualitativos.(extraído de http://www.portalaction.com.br/content/15-diagrama-de-pareto)
15
Gráfico 1 : Gráfico de Pareto
De acordo com KUME (1993: 22):
“Os problemas de qualidade aparecem sob a forma de perdas (itens
defeituosos e seus custos). É extremamente importante esclarecer a
forma de distribuição das perdas. A maioria deles deve-se a alguns
poucos tipos de defeitos, que podem ser atribuídos a uma pequena
quantidade de causas. “
No que tange a produção é extremamente importante avaliar e corrigir o que está
afetando a qualidade dos bens produzidos, para evitar perdas financeiras, retrabalho e
reclamações de clientes.
1.1.3 - DIAGRAMA DE CAUSA E EFEITO (ISHIKAWA)
O “Diagrama de Ishikawa” ou “Diagrama de Causa Efeito”, é uma
técnica de
representação de um processo que serve para ajudar a identificar a relação existente
entre os resultados obtidos, ou seja, os efeitos, com as causas que nos levaram a atingir
o resultados. Segundo RAMOS (2000: 98):
“O diagrama de causa e efeito é uma figura composta de linhas e
símbolos, que representam uma relação significativa entre um efeito e
suas possíveis causas. Este diagrama descreve situações complexas,
que seriam muito difíceis de serem descritas e interpretadas somente por
palavras.”
16
Diagrama 1: Representação gráfica do diagrama de causa e efeito.
1.1.4 - FLUXOGRAMA
A ferramenta fluxograma é fundamental para simplificação e racionalização do trabalho,
permitindo um estudo detalhado dos métodos, processos e rotinas de um departamento
ou área da organização. Assim como o organograma é a representação gráfica que
serve para estudo da estrutura de uma empresa, o fluxograma serve para estudo do seu
funcionamento. (extraído de http://marketingfuturo.com/o-que-e-fluxograma/).
17
Flugrama 1 : Fluxograma, extraído de : http://gestaoeadm.blogspot.com.br/2012/08/fluxograma-deproducao-fluxograma-e-um.html
A utilização de fluxogramas permite identificar possíveis causas e origens dos
problemas que ocorrem nas linhas de processo de fabricação, verificando os passos
desnecessários no processo, efetuando simplificações.
De acordo com RAMOS( 2000: 102):
“Grande parte da variação existente em um processo pode ser eliminada
somente quando se conhece o processo de fabricação. Isto significa que
a sequencia de produção, ou etapas, influenciam na variabilidade final
das características do produto”.
1.1.5 – PDCA
O PDCA é utilizado a mais de setenta anos como ferramenta da qualidade, as quatro
etapas básicas (planejar, executar, verificar e agir) são usados até hoje no mundo todo
18
Segundo Campos (1992, p.31):
“PDCA: O ciclo PDCA de controle pode ser utilizado para manutenção do
nível de controle (ou cumprimento das “diretrizes de controle”), quando o
processo é repetitivo e o plano (P) consta de uma meta que é uma faixa
aceitável de valores e de um método que corresponde os “Procedimentos
Padrão de Operação”....Também utilizado nas melhorias do nível de
controle (ou melhoria da “diretriz de controle”). Neste caso, o processo
não é repetitivo e o plano consta de uma meta que é um valor definido
(por exemplo: reduzir o índice de peças defeituosas em 50%) e de um
método, que compreende aqueles procedimentos próprios necessários
para se atingir uma meta. Esta meta é o novo “nível de controle”
pretendido.”
O Ciclo PDCA, também conhecido como Ciclo de Shewhart ou Ciclo de Deming, é uma
ferramenta de gestão muito utilizada pelas empresas do mundo todo. Este sistema foi
concebido por Walter A. Shewhart e amplamente divulgado por Willian E. Deming e,
assim como a filosofia Kaizen, tem como foco principal a melhoria contínua.(trecho
extraído
continua/).
de:
http://www.sobreadministracao.com/o-ciclo-pdca-deming-e-a-melhoria-
19
Figura 1: Ciclo PDCA, extraído de: http://necs.preservaambiental.com/ciclo-pdca-abordagem-de-processoe-escopo-do-sistema-de-gestao-ambiental/
É muito importante a utilização das ferramentas da qualidade anteriormente citadas
para uma boa gestão da qualidade em qualquer processo de fabricação. É necessário
que todos os colaboradores estejam envolvidos no processo de gestão da qualidade
para a obtenção do produto final dentro das expectativas do cliente. Quando as
empresas treinam os colaboradores para a utilização das ferramentas da qualidade no
cotidiano do trabalho, a tendência é que os resultados sejam positivos em relação a
produtividade, qualidade e consequentemente há redução de reclamações de clientes.
20
CAPÍTULO II
Conceito sobre o aço
Na fabricação de aço nas usinas siderúrgicas, são utilizadas diversas ferramentas da
qualidade, como em todo processo é necessário o planejamento prévio, o melhor
método que pode ser utilizado na fabricação para alcançar os objetivos da empresa.
Para melhor entender como se produz aço com qualidade é necessário saber o
processo de produção, matérias-prima e equipamentos utilizados.
Segundo CHIAVERINI, Vicente (1988, pág 21):
“Aço é a liga de ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até
aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos
residuais resultantes do processo de fabricação.”
Os principais componentes utilizados na fabricação do aço em usina siderúrgica são o
minério de ferro (hematita, magnetita, etc), o coque (carvão beneficiado), calcário (atua
como fundente), sucata metálica e a energia elétrica. Nas usinas semi-integradas não é
utilizado carvão como fonte de energia para fusão de material metálico. (CHIAVERINI,
Vicente (1988, pág 15:16).
No aço comum o teor de impurezas (elementos que não são ferro e carbono) estará
sempre abaixo dos 2,0%. Acima dos 2 até 5,0% de outros elementos já pode ser
considerado aço de baixa-liga, acima de 5,0% é considerado de alta-liga (CHIAVERINI,
Vicente (1988, pág 67). O enxofre e o fósforo são elementos indesejáveis ao aço, pois
alteram suas propriedades físicas, deixando-o frágil. Por isso seus teores devem sempre
ser inferiores a 0,005% e estar presente no aço em nível de traços. (CHIAVERINI,
Vicente,1988, pág 159):
21
2.1 - Usinas siderúrgicas
Existem dois tipos de usinas siderúrgicas:
1) Usinas siderúrgicas integradas: São usinas que utilizam altos-fornos para reduzir o
minério de ferro com o auxilio de coque para a obtenção de ferro gusa e o mesmo é
refinado em conversores para o tipo de aço desejado, o produto semi acabado é levado
a laminação, onde ocorre processo de conformação mecânica do material a fim de obter
material acabado, ex: fio-máquina, chapas de aço, perfis e etc. Exemplos de usinas
siderúrgicas integradas: CST, TKCSA e CSN.
2) Usinas siderúrgicas Semi-integradas: São usinas que possuem apenas as etapas de
refino do aço e a laminação. Exemplo de usina siderúrgica semi-integrada: COSIGUA.
2.2 - Aciaria
A aciaria é um setor dentro de uma usina siderúrgica que recebe o ferro gusa oriundo
do alto-forno para ser refinado em equipamentos especiais, dependendo do tipo de
siderúrgica o refino é feito em apenas forno elétrico e no forno panela (usina siderúrgica
semi- integrada). Já na usina siderúrgica integrada há mais equipamentos para o refino
do ferro gusa, tais como: conversores, tratamentos sob vácuo e fornos elétricos. O
objetivo da aciaria é produzir aços, podendo usar como matérias primas principais ferro
gusa e/ou sucata ferrosa, além da cal, oxigênio e outros. (Marcelo Lucas Pereira
Machado, 2003, pág13)
2.3 - Lingotamento Contínuo
O objetivo do lingotamento contínuo é atribuir forma ao aço (promove a moldagem do
produto final, que podem ser enviadas direto para o cliente ou para a laminação)
(Marcelo Lucas Pereira Machado, 2003, pág17), após o refino do material metálico, a
torre de lingotamento recebe a panela com aço líquido e o processo de vazamento é
iniciado. O aço líquido em torno de 1600 Cº é vazado no distribuidor que suporta em
torno de 300 toneladas de material fundido, assim pode-se manter o processo continuo
22
de lingotamento, pois enquanto a panela vazia é retirada outra panela cheia é recebida
para da continuação ao processo.
Figura 2: Máquina de lingotamento contínuo. (SIDERURGIA PARA NÃO SIDERURGISTAS, ABM 2003)
Na máquina de lingotamento contínuo pode-se lingotar chapas grossas de aço, chapas
finas e tarugos.
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2.4 - Laminação
Consiste na redução da área da seção transversal, por meio de conformação
mecânica, o objetivo é produzir chapas grossas, finas, barras redondas, perfis e etc.
Figura
3:
Esquema
mostrando
um
material
sendo
laminado
(SIDERURGIA
PARA
NÃO
SIDERURGISTAS,ABM 2003)
2.5 - Processo geral de produção em uma usina siderúrgica semi-integrada
A figura 4 seguir apresenta o fluxograma do Processo de Produção em uma Usina
Semi-Integrada.
24
Figura 4) Fluxograma do Processo de Produção na Aciaria semi-integrada (CMC Steel Alabama 2009)
2.5.1 - Processo, Produção e Equipamentos.
O processo de produção de uma Aciaria é constituído essencialmente pelo Pátio de
Sucata, Forno Elétrico a Arco (FEA), Forno Panela (FP) e Lingotamento Contínuo (LC).
2.5.2 - Pátio de Sucata
O Pátio de Sucatas é o setor que prepara e armazena a carga metálica a ser utilizada
na aciaria para o processo de produção do aço. Neste setor, ocorre a recepção de
sucatas, por meio de caminhões ou vagões de trem previamente pesados. As sucatas
são classificadas, separadas e processadas por meio de máquinas operatrizes. As
principais máquinas são: pontes rolantes (imã ou garra), guindastes, prensas e tesoura
móvel.
25
Figura 5) Prensa móvel – (Sinobras, 2009)
2.5.3 - Classificação de materiais metálicos
A necessidade de classificar materiais metálicos está no fato de agrupá-los por suas
características, tais como: tamanho, comprimento, densidade e composição química. Para
classificar os materiais metálicos, são usados os métodos de: análise química, teste com
imã e inspeção na descarga, conforme mostrado no quadro 3. A classificação completa de
sucatas é encontrada na NBR 8746 – Classificação.
Quadro 3 - Explicação dos métodos utilizados para a classificação de materiais metálicos.
Método
Utilização
Tempo
Custo
Indicados para uso
Alto
Metálicos
de
execução
Análise
Analisa
química
elementos químicos
Teste
imã
todos
os Lento
com Somente informa se a Rápido
sucata é magnética
com
residuais
Baixo
Metálicos inox 300 e
aços alto manganês
não imantam
26
Inspeção na Inspeções
descarga
visuais Imediato
Baixo
Qualquer caso
podem ocorrer erros.
Pessoas
treinadas
erram menos
Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de metálicos, revisão B – 17/12/2009)
Com estes métodos, as sucatas são classificadas, conforme suas características,
sendo, então, encaminhados para o processo de industrialização. Os insumos mais
utilizados na aciaria elétrica são sucatas de aço e ferro gusa sólido (pãozinho de gusa).
2.5.4 - Características gerais das sucatas
- Composição química: sucata com elementos de liga (Mn, Cu, Sn, Va), sucata de aço
carbono (somente ferro e carbono na composição).
- Necessidade de preparação: sucatas prontas para uso e sucatas a serem beneficiadas.
- Formato: sucata solta, sucata cortada, sucata prensada e sucata triturada.
2.5.5 - Sucata com elementos de ligas
É sucata que contém elementos de liga em sua composição química. Os elementos de
liga mais comumente encontrados são: o cromo (Cr), o níquel (Ni), vanádio (Va),
molibdênio (Mo) e cobre (Cu). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de
metálicos, revisão B – 17/12/2009, pág 16)
Não existem valores exatos para definir quando uma sucata deve-se enquadrar no
grupo de sucatas com elementos de liga. Para efeito de especificação e controle, os
teores dos elementos anteriormente mencionados devem estar acima de 1,5% para que
se enquadrem como sucatas ligadas, tendo em vista que o ferro deve ser predominante
27
no aço. A classificação completa sobre as características de sucata é encontrada na
NBR 10004.
2.5.6 - Sucata de aço carbono
Neste tipo sucata, também chamada sucata ferrosa, o ferro como na maioria dos aços
é o elemento predominante (em torno de 98% de Fe na composição química), seguido
do carbono com teores abaixo de 2,11%, podem ser encontrados os seguintes
elementos na tabela a seguir:
Quadro - Elementos encontrados em sucatas de aço carbono
Metálicos
Não metálicos
Cromo (Cr)
Fósforo (P)
Níquel (Ni)
Enxofre (S)
Molibdênio (Mo)
Silício (Si)
Cobre (Cu)
Silício (Si)
Estanho (Sn)
Arsênio (As)
Chumbo (Pb)
Fonte: Introdução à Siderurgia, Edição: 2007.
Os elementos chamados de residuais prejudicam a qualidade do aço produzido,
quando seus teores forem superiores aos valores especificados na composição química
dos aços.
28
Quadro 5 - Resumos dos elementos residuais
Elemento químico
Ação
Cu, Sn, Pb
São residuais metálicos em quaisquer aços.
Cr, Ni, Mo, Va
São residuais metálicos em aços ao carbono. Em aços
especiais, podem ser usados.
P, S
São residuais não metálicos em quaisquer aços
a
Fonte: CHIAVERINI, Vicente, 1914 – Tecnologia mecânica / tratamento, 2 edição, São Paulo: Mc Graw-Hill,
1986.
2.5.7 - Necessidade de preparação da sucata para a produção de aço.
As sucatas que necessitam ser preparadas são aquelas que são beneficiadas para
aumentar a densidade, reduzir impurezas (óxidos, silicatos, etc) e diminuir os elementos
residuais (P, S, Cu, etc). Os principais equipamentos utilizados para o beneficiamento de
sucatas são:
Tabela 5) Processo de beneficiamento e o produto de sucata obtido.
PROCESSO
PRODUTO
Maçaricos de Oxi-corte
Maçaricada (Baixa Produção)
Prensa Pacote
Pacotes (Média Produção)
Prensa Tesoura
Tesourada (Alta Produção)
Shredder
Shredded (Alta Produção)
Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de metálicos, revisão B – 17/12/2009)
As sucatas prontas para a utilização são aquelas que possuem materiais de
constituição bem definidos e conhecida e, como o próprio nome diz, não precisam de
nenhum beneficiamento para ser utilizada no processo de produção de aço.
29
Após a classificação das sucatas, o mesmo é alojado no pátio de sucatas e são
separados em baias conforme as especificações de tamanho, composição química,
formato e densidade. Para a produção de um tipo de aço é utilizado à sucata mais
apropriada para o processo.
30
CAPÍTULO III
A produção de aço
3.1 - O processo de produção de aço em usina siderúrgica semi-integrada
Para fabricação de aço e de qualquer outro produto é necessário amplo planejamento
antes de iniciar a produção, é importante a utilização de ferramentas da qualidade
anteriormente citadas, manter rígido controle da qualidade dos insumos que são
empregados no processo de elaboração do material e observar se o produto final está
de acordo com o parâmetro do cliente.
A qualidade do produto final depende totalmente dos insumos, processos e
equipamentos utilizados na cadeia produtiva. O PDCA é amplamente utilizado, pois é
necessário planejar antes de executar qualquer processo.
O processo de fabricação do aço inicia-se na aciaria e tem como principal matériaprima o ferro, que pode estar em forma de: sucata, gusa (sólido e/ou líquido) e ferroesponja.
A fabricação do aço requer muito cuidado, pois sua composição química pode mudar
conforme o produto final. Para cada tipo de aço a ser fabricado utiliza-se um tipo de
sucata apropriada (com baixa, alta ou sem liga). Muitas aciarias utilizam o Forno Elétrico
a Arco (FEA) para fundir a carga metálica.
O Forno Elétrico a Arco (FEA) é a principal máquina de toda a aciaria de uma usina
siderúrgica semi-integrada. A fusão da sucata é feita por meio da introdução no forno de
três eletrodos de grafita, os quais originarão arcos voltaicos, promovendo a fusão por
efeito Joule. A temperatura média obtida é de cerca 3500ºC. Devido a sua alta
temperatura de trabalho, estes eletrodos feitos de carbono tendem a se oxidar e
consumidos quando aquecidos. Por isso, existe um contínuo fluxo de água escoando
pela superfície dos eletrodos promovendo uma isolação química e refrigeração dos
mesmos. O forno tem uma capacidade de alimentação de 100 toneladas, existem
siderúrgicas que o forno possui capacidade de até 300 toneladas.
31
Figura 3) Forno Elétrico a Arco (Siemens VAI,2009)
Durante os dois carregamentos para o preparo do aço, os cestões levam 30% da
massa total em ferro gusa sólido e o restante em sucata já processada. O primeiro
carregamento tem o maior peso, pois acomodam, além da sucata, o ferro gusa sólido.
Durante a fusão, são introduzidas no forno duas lanças. Uma delas injetando oxigênio
gasoso e outra, coque. Os óxidos serão os compositores da escória. Esta será composta
por substâncias surgidas por afinidade de reação com o oxigênio, e suas componentes
metálicas são: alumínio, manganês, magnésio, silício, tungstênio, cromo e enxofre.
Alguns óxidos, os mais pesados, demoram a reagir e acabam não se precipitando em
escória, os óxidos possuem densidade menor que os correspondentes metais. Por isso,
ficam sobrenadantes.
Após toda fusão, a escória flota e sai naturalmente por meio de uma porta. Neste
momento, no final de toda corrida, quase toda escória é expulsa e o conteúdo do forno
atinge a sua maior temperatura. A temperatura é medida por meio de um termopar
descartável (que funde rápido) que o robô imerge no banho por meio de uma lança.
Termômetros medidores de radiação infravermelho não são aplicáveis, pois não são
capazes de medir a temperatura do banho. A todo este processo, ocorrido no FEA, dáse o nome de Refino Primário.
32
3.2 - Matérias Primas usadas no Forno Elétrico a Arco (FEA):
a) Sucata: Material reciclado proveniente de produtos feitos de aço (veículos, máquinas,
estruturas metálicas, etc).
b) Ferro Gusa: Material produzido em Altos Fornos. Adicionado até 10% da carga fria,
capaz de elevar o percentual de carbono no banho e é isento de elementos químicos
residuais (Cu, Sn, Cr, Ni, Mo, etc).
c) O Ferro-Esponja: É produzido no processo de redução. Adicionado até 10% da carga
fria. Possui composição química conhecida e não introduz elementos químicos residuais
normalmente encontrados na sucata.
d) Cal: Provém de uma rocha constituída de cálcio chamada calcário. É a mesma usada
na construção civil para pintar, fazer argamassa etc. É o formador de escória, captando
impurezas do banho (cal calcítica) e protegendo o revestimento refratário do ataque
químico (cal dolomítica) além de remover o P, S, Si, etc.
e) Energia: Elétrica (a mesma utilizada nas residências) e química através do uso
moderado de oxigênio e gás natural. Principal fonte de energia para a fusão é o calor do
arco elétrico estabelecido entre os eletrodos e a sucata.
Os principais objetivos do Forno Elétrico a Arco (FEA) na aciaria são:
- Fusão da carga metálica (fundir as sucatas metálicas);
- Descarburação (queima do carbono indesejado);
- Elevação da temperatura do banho metálico (efeito Joule);
- Desfosforação (em alguns casos é necessário retirar o fósforo).
33
3.3 - Principais etapas envolvidas no FEA:
I. Carregamento: A sucata é adicionada no forno, através de cestões de aço que
preparados no pátio de sucata. Normalmente utiliza-se de 3 a 4 cestões por corrida de
aço (uma corrida equivale a uma panela cheia de aço líquido). (Apostila GERDAU,
ACIARIA ACI-008- Operação de Pontes Rolantes na Preparação de Cestões, revisão C
– 17/12/2007, pág 22)
Figura 4) Cestão de carregamento de sucata (Konus Icesa S/A,2009)
II. Fusão: É iniciado a fusão da carga após a primeira carga feita pelo cestão. Quando a
sucata estiver fundida, adiciona-se o segundo cestão com sucatas metálicas. Realiza-se
nova fusão e o terceiro cestão é adicionado. Depois ocorre nova fusão da carga. A
principal fonte de energia para a fusão é o calor do arco elétrico estabelecido entre os
eletrodos e a sucata (efeito Joule). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-008- Operação de
Pontes Rolantes na Preparação de Cestões, revisão C – 17/12/2007, pág 22)
34
Figura 5) Fusão em Forno Elétrico. (Introdução a siderurgia, 2007)
III. Refino: O refino é iniciado após a última etapa de fusão. Essa etapa possui a função
de diminuir o teor de carbono (descarburação) e de fósforo (desfosforação) do banho
líquido. Para isto são adicionados oxigênio e carbono através de lança manual ou por
sistema automatizado, em operação chamada de refino oxidante. O oxigênio reage com
diversos elementos, formando a escória do Forno. Oxigênio é injetado com carvão para
formar CO na escória, formando uma espuma. A espuma formada favorece a fusão,
podendo aumentar a eficiência em mais de 20%. A espuma protege o refratário do Forno
do desgaste excessivo, reduz consideravelmente o ruído provocado pelo arco elétrico e
diminui a perda de calor para as paredes do Forno. A desvantagem é o aumento da
geração de gás CO. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-008- Operação de Pontes
Rolantes na Preparação de Cestões, revisão C – 17/12/2007, pág 23)
35
Figura 6) Refino oxidante. – (Gallatin Steels, 2009)
IV. Vazamento: Após atingir o percentual de carbono (C) e a temperatura desejados,
ocorre o vazamento do aço na panela, juntamente com a adição de ferros ligas dando
início à desoxidação.
Figura 7) Carregamento do forno e formação do primeiro arco (UCAR CARBON COMPANY , 2001)
36
Figura 8) Fusão total da carga e vazamento do forno elétrico a arco (UCAR CARBON COMPANY , 2001)
A partir deste instante, o conteúdo do forno, agora aço, é vazado em uma panela, a
qual já está posicionada – e previamente aquecida para minimizar os choques térmicos
– cuja função é receber o aço fundido. O Trolley, porta panela, será o meio responsável
pelo transporte da panela entre a primeira e a segunda fase. A segunda fase em que
ocorrerá o refino do aço é chamado de Forno-Panela, Forno LF ou FP, pois é neste que
ocorrerá todo procedimento de reaquecimento e homogeneização de substâncias.
Nessa etapa do processo, o aço fundido receberá uma mistura de outros elementos a
fim de atingir a especificação do produto solicitado. Um exemplo típico é a adição de
ligas ferro-sílicio (FeSi), ferro silício manganês (FeSiMn) e vanádio (V), podendo-se
ainda mais carburante para atingir a composição correta. Após a adição, de um gás
inerte para rinsagem, jateado a partir do fundo da panela, ocorre a homogeneização do
aço. Pode-se utilizar como gás inerte o nitrogênio ou argônio. Todo este procedimento,
ocorrido no Forno Panela por cerca de 30 minutos, recebe o nome de Refino
Secundário. De forma mais clara a definição de Refino Secundário è a seguinte:
“Os processos de fabricação do aço são processos oxidantes, portanto, a
quantidade de oxigênio no mesmo supera em muito os teores
admissíveis para alguns produtos. Durante o vazamento ocorre também a
absorção de alguns gases como nitrogênio e hidrogênio. Depois do
vazamento, com a perda de temperatura a solubilidade desses gases no
aço diminui drasticamente, formando bolhas e inclusões.” (SIDERURGIA
da matéria prima ao aço laminado, 2006 , pág125)
37
Todo e qualquer controle, seja elétrico, hidráulico ou pneumático, é feito por
operadores, localizados em cabines protetoras, as quais possibilitam a visão de toda a
corrida ou vazamento de aço. No Forno-Panela, existem também outros três eletrodos
de grafita, a fim de manter a temperatura da mistura por efeito Joule. Uma amostra deve
ser coletada e analisada por um operador para verificação da composição do tipo de
aço. As amostras coletadas são resfriadas, esmerilizadas a fim minimizar rugosidades,
colocada em um queimador e então analisadas por meio de um espectrômetro (nesse
equipamento é verificada a composição química)..
Caso o aço ainda não esteja no padrão determinado, uma correção deve ser realizada
no banho ainda no Forno-Panela; as taxas de correção dos componentes variam de
acordo com o produto final. Neste instante, no final de todo o processo de fornos, deve
ocorrer o vazamento de aço a uma temperatura média de 1560ºC dependendo do tipo
de aço a ser lingotado.
3.4 - O Forno Panela
No
Forno
Panela,
ocorre
o
ajuste
da
composição
química
e
dado
um
sobreaquecimento para compensar as perdas térmicas (ambiente), o oxigênio controla a
química do processo, estando ele tanto na forma de óxidos quanto livre. É preciso
ajustá-lo e, para isso, são usadas escórias.
As escórias no Forno Panela absorvem os óxidos, controlam o ataque aos refratários,
reduzem as perdas térmicas e fazem parte de todo processo onde exista aço líquido.
O Forno Panela tem a função de aumentar a produtividade dos Fornos Elétricos de
Fusão ajustar a composição química específica para cada tipo de aço, e a temperatura
38
de vazamento, conferir homogeneidade química à corrida (banho) e conferir a
homogeneidade térmica do aço. O Forno Panela é capaz de aumentar a produtividade
dos FEA´s uma vez que permite :
- A adição de carvão e ferro-liga, liberando o FEA desta etapa;
- Acertar a composição química específica para cada tipo de aço por meio do acerto do
teor de carbono com o carvão e acerto dos outros elementos (Mn/Si) com ferro-liga
(FeSiMn/FeSi);
- Estabelecer a temperatura de vazamento durante o processo de acerto da composição
química, até atingir a temperatura ideal para o lingotamento;
- Conferir homogeneidade química à corrida (banho) e conferir homogeneidade térmica
ao aço.
Para garantir a homogeneidade do banho durante toda a corrida, o aço é “borbulhado”
com argônio ou nitrogênio (gases inertes) através de plug poroso no fundo da panela,
para garantir uniformidade térmica e química do banho e auxiliar a flotação de inclusões
e escória. A este procedimento dá-se o nome de rinsagem.
Com a composição química e a temperatura acertada, libera-se a panela para o
lingotamento contínuo. A checagem da composição é feita por meio da coleta de
amostra e análise no espectrômetro de emissão ótica para análise química das amostras
e de escórias.
39
Figura 9) Forno Panela – (As Minas Gerais, 2009)
Conforme foi dito anteriormente umas das funções do FP é fazer o ajuste da
composição química do aço, então para cada tipo de aplicação haverá a necessidade de
adicionar elementos de liga para conferir propriedades específicas de acordo com os
parâmetros do cliente. Na figura abaixo é mostrado a influencia de alguns elementos
químicos quando são adicionados no aço.
40
Figura: Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades Mecânicas do Aço (extraído de
http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6362-elementos-quimicos-presentes-e-suainfluencia#.VBDVL8JdWYE)
3.4.1 - Objetivos do Forno Panela
a- Aumentar a produtividade do forno elétrico, ao produzir aços especiais, transferindose as operações antes realizadas com uma segunda escória, para o forno de
tratamento.
b- Melhor controle da temperatura para o Lingotamento Contínuo.
c- Maior facilidade em atingir limites estreitos de composição e de propriedades
mecânicas.
d- Obtenção de níveis de hidrogênio inferiores a 1,5 ppm e alcançar reduzidos teores de
enxofre.
41
e- Fabricação de aços para esmaltação ou inoxidáveis ferríticos de baixo teor de
Carbono.
f- Produção de aços ao cromo contendo carbono, em conversor a oxigênio.
g- Obtenção de níveis bastante baixos de enxofre, (normalmente inferiores 0,010%).
3.4.2 - As principais vantagens econômicas podem ser resumidas em:
a) Redução nos gastos com materiais, tais como os elementos de liga, entre outros;
b) Menor consumo de energia (elétrica e gás);
c) Aumento de produção, pois a unidade primária é aliviada de todo o trabalho
metalúrgico, como: descarbonetação, dessulfuração, ajustes de composição, etc.
3.5 - Ajuste da composição química dos aços em usinas siderúrgicas
semi-integradas.
O ajuste da composição química dos aços utilizando sucatas de procedências
diferentes são apresentadas a seguir:
3.5.1 - Vazamento do aço líquido na panela
- Na temperatura pré-estabelecida;
- Com o mínimo de escória do forno;
- Quantidade correta de aço;
- Composição química adequada.
42
No momento do vazamento a panela, deve estar, segundo a gíria siderúrgica “quase
branca”, ou seja, deve estar muito bem aquecida. Panelas aquecidas apresentam
menores perdas de temperatura do aço liquido. Pois não haverá muita troca de calor
entre o aço e a panela.
A panela deve ficar pouco tempo na frente do forno, aguardando o vazamento, para
minimizar as perdas de temperatura para o ambiente. Caso contrário a panela perderá
temperatura prejudicando o ciclo.
Panelas fora do ciclo de operação consomem mais energia e consequentemente
roubam mais calor do aço líquido. Panelas “sujas” com escórias agregadas ao refratário
também consomem mais energia e sujam o aço já processado. Normalmente, as perdas
de temperatura apresentam pequena variação, do vazamento até a chegada da panela,
na estação do Forno Panela. Quantos menos ocorrerem anomalias que alterem estas
condições, melhores serão os resultados (custo e qualidade) do Forno Panela.
3.5.2 - Pouca escória no vazamento do aço líquido
Em geral os fornos das aciarias possuem um moderno sistema de retenção de escória
chamado EBT (Excentric Botton Tapping ou vazamento excêntrico pelo fundo) ou
similares. Tal sistema possibilita o vazamento do aço quase livre de escória.
3.5.3 - Quantidade de aço líquido na panela
Muitas aciarias possuem balança na panela de vazamento, que permite exatamente a
quantidade de aço. Quando não existe o registrador de peso, o controle é feito
visualmente pelo operador, pelo nível de aço dentro da panela, em comparação com a
borda livre da mesma ou tijolos refratários da panela. Este controle é necessário para
que as ligas adicionadas no vazamento atinjam as concentrações esperadas.
43
3.6 - Adequação da composição química do aço.
A composição química somente estará adequada após o refino secundário do aço que
ocorre no Forno Panela.
3.7 - Operação de vazamento do aço líquido na panela
A operação do Forno Panela começa no vazamento, sendo de responsabilidade do
mesmo a adição de ligas durante o vazamento. A seguir são mostrados os elementos
químicos e a especificação de cada um:
Carbono (C) - O aço é vazado com o carbono compreendido entre 0,03% e 0,12 %.
Este carbono deve estar abaixo do mínimo de composição química (0,42% como será
visto mais a adiante), para permitir o trabalho metalúrgico (adição de ligas, ligar o Forno
Panela, trabalho com escórias etc). Este aumento de carbono ocorre devido às ligas e
fluxantes conterem carbono. Além disso, como os eletrodos são de grafita (carbono),
estes também cedem carbono ao banho metálico. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 23)
Silício (Si) e manganês (Mn) - Ocorre no Forno Panela o atingimento da composição
química destes elementos. Os
teores adequados desses elementos no aço são
atingidos pela utilização de compostos de ferro, tais como FeSi, FeSiMn, etc. (Apostila
GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007, pág 23)
Fósforo (P) - Já deve chegar na panela conforme os teores especificados. O FP não
tem recurso metalúrgico para baixar o teor deste elemento. É aconselhado que o forno
vaze o aço com um pouco menos de fósforo que o máximo permitido, pois podem
ocorrer pequenos aumentos de fósforos (0,003%) nas operações do Forno Panela.
44
(Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007, pág 24)
Enxofre (S) - O enxofre já deve ser vazado do FEA com teores abaixo da faixa máxima.
(Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007, pág 24)
Cromo (Cr), cobre (Cu) e estanho (Sn) - O aço vazado já deve conter estes elementos
abaixo da faixa máxima permitida. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia
Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 24)
Nitrogênio (N) - O nitrogênio começa a ser introduzido na fusão no Forno Elétrico a
Arco, onde seu teor, em qual já é atingido as especificações químicas. Após o
vazamento seus teores tendem sempre a aumentar. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 24)
Hidrogênio (H) - Em geral, não consta nas especificações, porém, ele influi em muito,
na qualidade dos produtos lingotados. O hidrogênio sempre vai estar presente, pois,
chega ao aço através de produtos metálicos. Nos aços especiais, provoca um defeito
chamado de “flocos” (pequenas trincas internas nas barras) e “Pin Holes” nos aços
comuns (pequenos furinhos na superfície das barras). O hidrogênio é um elemento
fragilizante para os aços, pois, é muito pequeno e pode penetrar facilmente pela rede
cristalina dos metais. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao
Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 24)
Oxigênio (O2) - O oxigênio que está dissolvido no ferro reage com o mesmo, formando
um óxido chamado de óxido de ferro (FeO). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 25)
A tabela 6 exibe os teores médios dos elementos residuais no aço em 100 t de aço
vazado.
45
Tabela 6) Valores de concentração de elementos químicos em 100 t de aço vazado.
Elemento
Concentração
Em 100 t de aço vazado
Si
0,04%
40 kg
Mn e C
0,05%
50 kg
O
700ppm
70 kg
Fé
98%
98000 kg
Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007)
O carbono combina mais com o oxigênio do que com o ferro. Este elemento, então
passa a ser o responsável pela quantidade de oxigênio dissolvido no banho. O carbono
se combina com o oxigênio dissolvido formando o monóxido de carbono (CO). C% é a
concentração de carbono analisada em espectrômetro e o ppm é a concentração de
oxigênio. A tabela 7 abaixo indica que, quanto maior for o teor de carbono do aço
vazado, menor será o teor de oxigênio dissolvido.
Tabela 7) Teores de C e ppm de O2
%C
O2 ppm
0,05
600
0,10
300
0,20
150
Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007)
3.8 - Etapas para a remoção de impurezas do aço e melhoria da qualidade.
3.8.1 - Desoxidação – Desoxidação é a remoção do oxigênio residual do aço, com isso
pode-se para criar condições termodinâmicas para a adição de elementos de liga. Os de
46
desoxidantes mais usados em aciaria, são: manganês (Mn), carbono (C), silício (Si),
Alumínio (Al) e cálcio (Ca). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada
ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 34:38)
3.8.2 - Rinsagem - Rinsagem é o procedimento de injetar gás inerte (argônio) na panela
com aço líquido, via uma peça refratária, situada no fundo da panela, chamada de plug
poroso. O objetivo é criar uma corrente ascendente no meio metal líquido que tem como
funções: homogeneização da temperatura do aço líquido contido na panela;
homogeneização da composição química do aço e aceleração da subida dos óxidos
formados na desoxidação para a escória. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 40:44)
Figura 10) Borbulhamento de gás inerte pelo fundo da panela. (Introdução a siderurgia, 2007)
3.8.3 - Dessulfuração - Operação é feita durante a rinsagem, a dessulfuração é
efetuada pela remoção do enxofre contido no aço pela escória.
47
A produção de aço é muito complexa, há diversos fatores que podem interferir na
qualidade do produto final. É necessário grande monitoramento durante todo o processo,
desde os insumos até a laminação. Durante o início de cada ciclo de carregamento nos
fornos é muito utilizado a folha de verificação para verificar se há inconformidades na
matéria-prima e nos equipamentos. Os diagramas de pareto, ISHIKAWA, o fluxograma e
o PDCA são mais utilizados durante o planejamento da produção e quando há
necessidade de alteração no processo, devido alguma falha ocorrida em algum ponto da
cadeia produtiva ou mudança no tipo de aço a ser produzido.
48
CAPÍTULO IV
Resultados
4.1 - Operação de amostragem de temperatura e composição química
A primeira tomada de temperatura e retirada de amostra é efetuada após o banho estar
homogêneo térmica e quimicamente. Para se atingir a composição química desejada,
são executadas a retirada de amostras e tomadas de temperatura sempre no mesmo
local do aço na panela, e de preferência, as amostras de composição química devem ser
feitas sempre na mesma temperatura. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia
Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 47)
As tomadas de temperatura são realizadas por um equipamento chamado termopar, a
lança com o termopar é colocada dentro da panela por um operador. Para realizar a
medição de temperatura no banho, a lâmpada verde do pirômetro deve estar acesa. O
termopar deve ficar fora do olho de rinsagem durante a medição da temperatura para
garantir que a turbulência do aço não interfira na leitura. A luz amarela do pirômetro
indica que a leitura da temperatura está sendo efetuada, a luz vermelha indica término
da leitura da temperatura a lança deve ser retirada do banho no momento que a luz
vermelha do sinalizador acender.
Figura 11) Imagem do display de um pirômetro. (MSI, 2009)
49
4.2 - Retirada de amostra e ajuste da composição química.
A amostra de aço é retirada através de uma lança, formando-se uma espécie de
bolacha que é retirada da lança ainda incandescente, com uma tenaz o operador extrai a
amostra e em seguida coloca-se a bolacha numa pia com água para se solidificar. A
bolacha é colocada numa ferramenta chamada tesoura que serve para cortar a ponta da
amostra. Em seguida serão apresentados os procedimentos realizados para a retirada
de amostra até o ajuste da composição química do aço:
1º Retirada de amostra de aço do forno panela, através de uma lança;
2º Utiliza-se uma tenaz, a amostra é transferida para um reservatório de água para ser
resfriada. A amostra deve ser movimentada dentro do reservatório, para provocar um
resfriamento homogêneo.
3º A amostra é retirada do reservatório e seca com ar comprimido;
4º O cabinho da amostra é cortado utilizando-se tesoura de bancada;
5º A amostra é lixada com lixa número 36 (lixa grossa). Em seguida utiliza-se uma lixa
número 80 (mais fina), após a lixagem a amostra é esfriada num reservatório de água e
secada com ar comprimido. A parte que foi lixada não deve ter contato com nada que
possa transferir gorduras, graxas, sais, umidade, etc.
6º Após lixar as amostras na lixadeira rotativa, a amostra é preparada para análise no
espectrômetro de emissão óptica (preparar a amostra);
50
7º A checagem da composição é feita por meio da coleta de amostra e análise no
espectrômetro de emissão óptica para análise química das amostras e de escórias.
Figura 12 ) Espectrômetro de emissão óptica – (Universidade de Aveiro, 2009)
Após a análise da composição química executado pelo espectrômetro é feito a
comparação com a composição ideal do aço a ser fabricado. Assim pode-se saber quais
elementos químicos devem ser adicionados na panela para o melhor ajuste da
composição química do aço.
Caso a composição química do aço não esteja dentro dos padrões, ocorre a adição de
elementos para alcançar a composição do aço, via de regra toma-se outra retirada de
amostra e novamente tem-se que comparar as análises feitas no espectrômetro com a
composição química ideal do aço.
Quando o aço esta dentro dos padrões pré-determinados, não é necessário adicionar
mais elementos químicos, todavia a temperatura também deve estar dentro padrões,
51
assim a panela contendo aço líquido pode ser liberada para a próxima etapa da
produção de aço, lingotamento contínuo. Após o lingotamento é feita inspeção de
qualidade para verificar se existem imperfeições no produto, para cada tipo de defeito há
um tipo de tratamento.
4.3 - Informações técnicas do processo no Forno Panela
Antes da panela de aço líquido ir para o LC, o Forno Panela tem que obter informações
sobre a corrida do aço realizado. A tabela abaixo exemplifica valores médios do FP
obtidos durante o refino secundário do aço.
Tabela 8) Informações técnicas do processo no Forno Panela
Si de chegada %
10
Temperatura de chegada
ºC
1530
Temperatura de saída ºC
1551
TAP TO TAP min
32
Power ON min
11
Nitrogênio
não
Argônio - sim
502 l/min
Energia consumida
1400 MW
Tempo de permanência de uma corrida no Forno
Panela 25 - 45 min
Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007)
52
O fator humano é extremamente importante na produção de aço, o colaborador tem
que ser treinado para estar apto a exercer a função, não basta apenas conhecer
maquinários e sistemas de computador, ele deve utilizar as ferramentas da qualidade
durante todo o processo, esse é o segredo para a obtenção do aço que satisfaz e
mantém o cliente sempre adquirindo produtos da empresa.
4.4 - Benefícios de reciclar material metálico
Para a indústria siderúrgica é muito vantajoso utilizar sucatas oriundas de reciclagem,
devido o fato do material já ter passado pelas etapas de processamento. Outro fator
também está no alto custo de beneficiar o minério de ferro extraído da natureza em
forma de óxidos (hematita, magnetita). Com a utilização de material metálico reciclado
traz diversas vantagens tanto econômicas quanto ambientais.
No que tange o meio ambiente, os resíduos metálicos eram despejados na natureza e
por lá ficavam anos e anos poluindo o local, com o advento da reciclagem e a
necessidade de buscar insumos para a produção do aço, muitas empresas tem investido
em coletas seletivas, no caso do aço, é possível adquirir toneladas de material metálico
por preço muito baixo. O que era lixo se tornou dinheiro, gerou empregos onde antes
não existia e beneficiou a natureza, pois, com a utilização dessas sucatas, há menos
dejetos enviados para os lixões e áreas ambientais.
Fluxograma 2: Processo de reciclagem do aço (extraído de
http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/sustentabilidade/reciclagem.asp)
53
4.5 - A importância do aço na sociedade moderna
O aço é uma liga binária de ferro e carbono, que é utilizado em muitos setores da
sociedade, suas propriedades, versatilidade e a possibilidade de ser produzido em larga
escala lhe conferem muitas vantagens se comparado com qualquer outra liga metálica
(relação custo x beneficio). Este material é usado na fabricação de eletrodomésticos,
veículos, máquinas, equipamentos, produção de energia, na construção civil e na
indústria em geral. Para cada aplicação há um tipo de aço especifico, além disso, é
considerado um produto altamente reciclado e com isso pode ser usado muitas vezes.
A grande preocupação para minimizar os impactos ambientais na produção de aço,
está no fato da utilização de sistemas de despoeiramento nos fornos de fusão e o
aproveitamento dos pós e das escórias resultantes do processo da fabricação do aço.
Assim o que seria prejuízo torna-se lucro e consequentemente a natureza não é tão
agredida.
Os pós e as escórias do processo siderúrgico são tratados para que possam se tornar
produtos adequados para aplicação em pavimentos, lastro ferroviário e na fabricação do
cimento portland muito utilizado na construção civil. Em algumas siderúrgicas os gases
gerados no processo são reaproveitados para fornecer calor ao processo de fusão do
aço e também na geração de energia elétrica em uma termelétrica acoplada a
siderúrgica, fazendo com o que uma usina siderúrgica possa ser auto-suficiente na
questão do consumo de energia elétrica.
Em relação à utilização da água no processo de produção do aço, é feito um
tratamento que visa a recuperação e a posterior reutilização no processo. A água é um
bem muito caro e escasso então se deve ter uma atenção especial para a utilização
racional deste recurso.
54
Figura 13 ) Sistema de despoeiramento (Bernauer, 2009)
55
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A utilização de sucatas de qualidade no Forno elétrico a arco aumenta o rendimento e
a qualidade do processo da produção de aço. Ocorrendo a redução do custo com a
utilização de elementos de liga, consumo de energia elétrica e tempo. A utilização de
panelas limpas e bem aquecidas no momento do vazamento do aço também é um fator
importante.
No refino secundário o objetivo de alcançar a composição química é beneficiado, pois o
aço já chega próximo da composição ideal. Tendo-se uma boa rinsagem no aço, os
elementos de liga adicionados na panela terão melhor homogeneização facilitando a
obtenção do aço com a especificação desejada. O tempo de permanência do aço no
Forno Panela é reduzido e o processo torna-se mais rentável.
Portanto quanto mais próximo a sucata estar da composição química do aço em
questão melhor será o rendimento no refino primário e no refino secundário.
Também
é importante ressaltar a experiência do operador no controle do processo tanto no FEA e
no FP para que a produção tenha o objetivo alcançado. O produto final estará dentro das
especificações técnicas e atenderá as necessidades do cliente final. É importante
salientar os benefícios da utilização de sucatas metálicas oriundas de reciclagem,
material mais barato, gera empregos formais (catadores de sucatas) e diminui a emissão
de resíduo na natureza.
O aço sendo material autossustentável isto é, pode ser reciclado diversas vezes,
possui infinitas aplicações nas indústrias, construção civil e no cotidiano das pessoas, é
o produto mais utilizado na sociedade moderna devido o fato de ser muito resistente e
com a adição de elementos de liga é possível aplica-lo em qualquer projeto que
necessite estrutura robusta e versátil.
56
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
a
CHIAVERINI, Vicente, 1914 – Tecnologia mecânica / tratamento, 2 edição, São Paulo:
Mc Graw-Hill, 1986.
Aços e ferros fundidos: característicos gerais; tratamentos térmicos; principais tipos LIVRO, CHIAVERINI, Vicente. Aços e ferros fundidos. 6.ed. SÃO PAULO: ABM, 1988.
576p.
Siderurgia da matéria prima ao aço laminado, Vitória –ES 2006 Autor: Marcelo Lucas
Pereira Machado; Engenheiro Metalurgista – UFF – RJ
CMC
Steel
Alabama,
Commercial
Metals
Company.
<http://www.cmc.com/cmcsteelal/The-Mini-Mill-Process.aspx>
–
Disponível
Acessado
em
22
em
de
outubro de 2009
Sinobras,
Siderúrgica
Norte
Brasil
S.A
–
Disponível
em
<http://www.sinobras.com.br/index2.php?p=meioambiente.php> Acessado em 14 de
setembro de 2009
Siemens VAI, Processes in the metals and mining industry – Disponível em
<http://www.industry.siemens.com/metals/en/processes> Acessado em 20 de outubro de
setembro de 2009
Konus Icesa S/A, Soluções térmicas e siderúrgicas – Disponível em <http://www.konusicesa.com.br/port/pics/lixo3.jpg> Acessado em 22 de outubro de 2009
57
[Gallatin
Steels.
Ladle
Metallurgy
Facility-
Disponível
em
<http://www.gallatinsteel.com/Company/Tour/meltshopprocesses/tabid/105/default.asp>
Acessado em 05 de outubro de 2009.
UCAR CARBON COMPANY , The evolution of arc furnace, highligts of new
Technologies, Columbia, 2001.
[As
Minas
Gerais
-
Biblioteca
Interativa.
–
Disponível
em
<http://www.asminasgerais.com.br/Zona%20da%20Mata/TeCer/Industria/bmp/grande01
1.htm> Acessado em 27 de outubro de 2009.
MSI, pirômetro digital – Disponível em <http://www.msiautomacao.com.br/portfolio.html>
Acessado em 10 de outubro de 2009.
Universidade
de
Aveiro:
Departamento
de
Geociências
-
Disponível
em
<http://www2.geo.ua.pt> > Acessado em 02 de outubro de 2009.
Bernauer, tecnologia do ar e meio ambiente, Catálogo geral de produtos e serviços.
FEIGENBAUM, Armand Vallin. Controle da qualidade total. São Paulo: Makron Books,
1994.
CROSBY, P. B. - Qualidade é investimento : a arte de garantir a qualidade –
Tradução : Áurea Weissenberg – Rio de Janeiro – Editora José Olympio, 1992
GARVIN. D. A – Gerenciando a qualidade : a visão estratégica e competitiva –
Tradução: João Ferreira Bezerra de Souza – Rio de Janeiro – Editora Qualitymark, 1992
JURAN, J. M. (Joseph M.). Juran na liderança pela qualidade. 3. ed. São Paulo:
Pioneira, 1993.
CAMPOS, Vicente Falconi. TQC – Controle e Gestão da Qualidade (No estilo
58
japonês). FCO/UFMG – Belo Horizonte (1992).
ALVAREZ, Maria Esmeralda Ballestero. Administração da Qualidade e da Produtividade.
São Paulo: Atlas, 2001.
MARTINS, M.E.A. Aplicação da ferramenta controle estatístico de processo em uma
indústria de embalagens. Monografia (Pós-Graduação em Gestão Industrial) – Gerência
de Pesquisa e Pós-Graduação. Ponta Grossa: Universidade Tecnológica Federal do
Paraná, 2007.
VIEIRA, S. Estatística para a qualidade: como avaliar com precisão a qualidade em
produtos e serviços. Rio de Janeiro: Campus, 1999.
KUME, H. Métodos estatísticos para melhoria da qualidade. 11. ed. São Paulo: Editora
Gente, 1993. 245 p.
RAMOS, A.W. CEP para processos contínuos e em bateladas. São Paulo: Fundação
Vanzolini, 2000.
Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de metálicos, revisão B –
17/12/2009
Marcelo Lucas Pereira Machado, SIDERURGIA PARA NÃO SIDERURGISTAS, ABM,
VITÓRIA-ES, 2003
Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –
05/12/2007
Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-008- Operação de Pontes Rolantes na Preparação de
Cestões, revisão C – 17/12/2007
SIDERURGIA da matéria prima ao aço laminado , Vitória - Janeiro – 2006, Marcelo
Lucas Pereira Machado
http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/sustentabilidade/reciclagem.asp
http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6362-elementos-quimicos-presentes-esua-influencia#.VBDVL8JdWYE
59
http://www.sobreadministracao.com/o-ciclo-pdca-deming-e-a-melhoria-continua/
http://marketingfuturo.com/o-que-e-fluxograma/
http://www.portalaction.com.br/content/15-diagrama-de-pareto
60
ÍNDICE
INTRODUÇÃO
8
CAPITULO I – CONCEITO DE QUALIDADE
10
1.1– Ferramentas da qualidade
1.1.1 – Folha de verificação
1.1.2 – Diagrama de Pareto
1.1.3 – Diagrama de causa e efeito (ISHIKAWA)
13
13
14
15
1.1.4 – Fluxograma
16
1.1.5 – PDCA
17
CAPITULO II – CONCEITOS SOBRE O AÇO
20
2.1 - Usina siderúrgicas
21
2.2 - Aciaria
21
2.3 - Lingotamento Contínuo
21
2.4 - Laminação
23
2.5 - Processo geral de produção em uma usina siderúrgica semi-integrada
25
2.5.1 - Processo, Produção e equipamentos
24
2.5.2 - Pátio de Sucatas
24
2.5.3 - Classificação de materiais metálicos
25
2.5.4 - Características gerais das sucatas
26
2.5.5 - Sucatas com elementos de ligas
26
2.5.6 - Sucata de aço carbono
27
2.5.7 - Necessidade de Preparação da sucata para a produção de aço
28
CAPÍTULO III – A PRODUÇÃO DE AÇO
30
61
3.1 - O processo de produção de aço em usina siderúrgica semi-integrada
30
3.2 - Matérias primas usadas no Forno Elétrico a Arco (FEA)
32
3.3 - Principais etapas envolvidas no FEA
33
3.4 - O Forno Panela
37
3.4.1 - Objetivos do Forno Panela
40
3.4.2 - As principais vantagens econômicas podem ser resumidas em
41
3.5 - Ajustes da composição química dos aços em usinas siderúrgicas semi-integrada 41
3.5.1 – Vazamento do aço líquido na panela
41
3.5.2 – Pouca escoria no vazamento do aço liquido
41
3.5.3 – Quantidade de aço líquido na panela
42
3.6 – Adequação da composição química do aço
43
3.7 – Operação de vazamento do aço líquido na panela
43
3.8 – Etapas para a remoção de impurezas do aço e melhoria da qualidade
45
3.8.1 – Desoxidação
45
3.8.2 - Rinsagem
45
3.8.3 – Dessulfuração
46
CAPITULO IV – RESULTADOS
48
4.1 – Operação de amostragem de temperatura e composição química
48
4.2 – Retirada de amostras e ajuste da composição química
49
4.3 – Informações técnicas do processo no Forno Panela
51
4.4 – Benefícios de reciclar material metálico
52
4.5 – A importância do aço na sociedade moderna
53
CONSIDERAÇOES FINAIS
55
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
56
ÍNDICE
60
FOLHA DE AVALIAÇÃO
62
62
FOLHA DE AVALIAÇÃO