INTRODUÇÃO AOS
PROCESSOS METALÚRGICOS
Prof. Carlos Falcão Jr.
INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS METALÚRGICOS
Processo de Produção do Aço
• Etapas:
1 - Preparação das matérias-primas
(coqueificação e sinterização)
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
3 - Produção do aço líquido (aciaria)
4 - Solidificação do aço (lingotamento)
5 - Conformação mecânica
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Processo de Produção do Aço
1 - Preparação das matérias-primas
a) Coqueificação
 Operação de eliminação das impurezas
contidas no carvão mineral.
 Antecede a produção do ferro-gusa no altoforno.
 Ocorre na coqueria, local composto por
fornos.
 O carvão é aquecido a 1300ºC, durante,
aproximadamente, 18 horas, na ausência de ar,
com liberação de substâncias voláteis.
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Processo de Produção do Aço
1 - Preparação das matérias-primas
a) Coqueificação
 O produto resultante é chamado de coque
metalúrgico.
 O coque é um resíduo poroso, composto
basicamente de carbono, com altos ponto de
fusão e resistência mecânica.
 A partir daí, o coque é encaminhado ao altoforno.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
 Operação realizada com a finalidade de
aglutinar os finos do minério de ferro.
 Teores elevados de finos obstruem a entrada
de ar, diminuindo a velocidade de entrada do ar
no alto-forno para ocorrer a combustão.
 Após a sinterização, o sínter pode apresentar
teores de ferro entre 55 e 60%.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
 Resumidamente, as etapas da sinterização
são:
b.1) Carregamento da matéria-prima
b.2) Homogeneização: formação,
umidificação e nodulização da mistura
b.3) Carregamento da mistura na esteira de
sinterização
b.4) Sinterização: transformação da mistura
em sínter
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
 Resumidamente, as etapas da sinterização
são:
b.5) Quebra do “bolo” de sínter
b.6) Peneiramento a quente
b.7) Resfriamento
b.8) Peneiramento a frio
b.9) Transporte do sínter aos silos de
alimentação do alto-forno
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.1) Carregamento da matéria-prima
 Todos os componentes da mistura são
carregados e transportados, de forma
individual, por correias transportadoras para a
unidade de armazenagem.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.1) Carregamento da matéria-prima
 A mistura é composta por minério de ferro,
resíduos
de
produção
(particulados
recuperados do alto-forno e da aciaria),
fundentes (cal, calcário, olivina e/ou dolomita),
finos de retorno (pequenas partículas de
minério recuperadas do próprio processo de
sinterização) e combustível sólido (coque
siderúrgico).
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.2) Homogeneização
 As matérias-primas são introduzidas em um
tambor rotatório (“tambor misturador”)
 Movimento de rotação
 Água é adicionada à mistura por causa da
umidade
necessária
para
facilitar
a
“micropelotização”.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.3) Carregamento da mistura na esteira de
sinterização
 Sistema de transporte da mistura que
termina na esteira de sinterização, onde é
disposta uma camada composta por finos de
retorno (“bedding” ou “falsa grelha”)
 O objetivo do “bedding” é filtrar parte dos
gases inerentes ao processo, proteger as
grelhas e evitar a aderência da mistura nestas.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.4) Sinterização – transformação da mistura
em sínter
 A transformação da mistura em sínter ocorre
basicamente pela ação do calor presente no
processo.
 Inicialmente, esse calor vem de uma fonte
externa (fornalha de ignição) proporcionando a
ignição espontânea do combustível sólido
(coque) contido na mistura.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.4) Sinterização – transformação da mistura
em sínter
 Com a ignição do combustível, o calor
gerado pela oxidação deste é suficiente para
manter o processo de sinterização, sem fonte
externa de calor.
 Outro pré-requisito, além do calor necessário
à ignição, é o suprimento adequado de
oxigênio.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.4) Sinterização – transformação da mistura
em sínter
 A qualidade do sínter, a taxa de sinterização
e o consumo de coque podem atingir níveis
melhores com uma ignição adequada.
 A ignição do combustível inicia-se na
camada superior, sinterizando a mistura.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.4) Sinterização – transformação da mistura
em sínter
 Devido ao constante fluxo de ar de cima para
baixo, as camadas inferiores também são
sinterizadas até o final da esteira.
 A intensidade de ignição (Q/t) ideal é a que
propicia somente a combustão necessária do
coque da camada superficial da mistura,
contribuindo para uma queima uniforme total.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.4) Sinterização – transformação da mistura
em sínter
 A ignição tem por objetivo:
 propagar a queima do coque de maneira
uniforme, elevando a temperatura da
camada
superficial,
permitindo
sua
combustão
 melhorar
superficial
a
resistência
da
camada
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.4) Sinterização – transformação da mistura
em sínter
 A ignição tem por objetivo:
 reduzir o consumo de combustível
 melhorar a permeabilidade da camada
superficial
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.5) Quebra do bolo de sínter
 O bolo de sínter, que está sobre a esteira, é
despejado dentro de um triturador (quebrador
de sínter).
 Este quebra o bolo de sínter em pedaços
menores, que são encaminhados para um
moedor ou britador de sínter.
 No moedor, os pedaços tornam-se ainda
menores, estando prontos para ir ao alto-forno.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.6) Peneiramento a quente
 Os pedaços menores de sínter são
transferidos, ainda quentes, até as peneiras
vibratórias.
 Só passam pelas peneiras os pedaços entre
8 e 16 mm.
 Um sistema mecânico força os pedaços
maiores contra a peneira, quebrando-os até
que passem por ela.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.7) Resfriamento
 O sínter aquecido e peneirado é carregado
através de uma calha até um resfriador circular.
 Neste, sofre resfriamento até
temperatura de, aproximadamente, 80ºC.
uma
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.8) Peneiramento a frio
 O sínter é transportado por meio de correias
até uma nova estação de peneiramento.
 Após o peneiramento,
amostras para ensaio.
são
retiradas
 Os finos retornam ao início do processo para
serem utilizados como camada inferior nas
esteiras de sinterização (“bedding”) ou à
mistura inicial.
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1 - Preparação das matérias-primas
b) Sinterização
b.9) Transporte do sínter
alimentação no alto-forno
aos
silos
de
 O sínter é armazenado em novos silos.
 Daí, é transportado para o alto-forno, por
meio de correias.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
 Ferro-gusa é um produto primário no ciclo da
produção do aço.
 Deriva-se da redução inicial do minério de
ferro no alto-forno.
 Tal redução resulta da combinação do
carbono do coque com o oxigênio do minério
(reação exotérmica).
 No alto-forno são misturados: minério (na
forma de sínter), coque (ou carvão) e fundente.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
 Por ter baixo P.F., o fundente corresponde à
fase líquida inicial da mistura.
 Sua função é tornar fluidas as impurezas,
formando uma escória mais fusível.
 A queima contínua do coque ou do carvão
vegetal, ativada pela insuflação de ar,
disponibiliza o calor necessário à fusão do
material.
 O ferro é gotejado no cadinho (parte inferior).
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
 A escória, como é menos densa que o ferro,
flutua sobre o material líquido, sendo separada
por orifícios presentes em certa altura do
cadinho.
 A retirada do ferro se dá por aberturas no
fundo do cadinho.
 O ferro gusa, então, esfria até se tornar
sólido.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
 O alto-forno opera em regime de
contracorrente, ou seja, ocorrem 2 fluxos
contínuos em sentidos contrários.
 De cima para baixo: desce a carga (minério
de ferro, coque e fundentes).
 De baixo para cima: o ar pré-aquecido
soprado pelas ventaneiras e os gases
provenientes da combustão seguem em
direção ao topo.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
 Para se obter bons resultados na operação
do alto-forno, 3 condições são importantes:
 Boa qualidade do coque e do minério de
ferro utilizados na carga
 Bom controle do fluxo de gás
 Procedimentos adequados de operação
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Vazamento
 O ferro-gusa e a escória são coletados na
região interna do alto-forno, denominada de
cadinho,
localizada
logo
abaixo
das
ventaneiras.
 Devido às diferenças de densidade, ferrogusa (7,2 t/m3) e escória (2,4 t/m3) não se
misturam.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Vazamento
 Então, a escória flutua sobre o ferro-gusa e
os dois produtos formam camadas distintas,
sem se misturar.
 O ferro-gusa é direcionado para um canal,
onde é despejado em uma bica basculante, que
funciona como panela de controle e
transferência para os carros-torpedo.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Vazamento
 A escória é direcionada para um canal. Após,
é levada para o granulador de escória ou
despejada no solo em local adequado.
 Com o processo contínuo de formação e
recolhimento de metal líquido no cadinho,
novas quantidades de gusa caem sobre o
banho já formado (gusa + escória).
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Vazamento
 Sendo o gusa mais denso, este desce em
forma de gotas, atravessando a camada
superior de escória, aumentando assim a
quantidade de gusa líquido localizada na parte
inferior do banho.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Situações especiais na operação do alto-forno
 Após a entrada em operação, um alto-forno
funciona de 10 a 15 anos.
 Este período é chamado de campanha.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Situações especiais na operação do alto-forno
 Campanha é o período de duração de um
revestimento refratário, ou seja, o tempo desde
o início das atividades do alto-forno até a
necessidade de sua parada para a renovação
deste
revestimento
e/ou
modernização
adicional.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Situações especiais na operação do alto-forno
 Pequenas paradas ou interrupções na
produção para efeito de manutenção são
chamadas de blow-down (desobstruções no
equipamento).
 A injeção de ar pelas ventaneiras é
interrompida. Mesmo assim, as interações no
processo continuam a ocorrer e a temperatura
diminui com o passar do tempo.
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Processo de Produção do Aço
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.1 – Operações no alto-forno
* Situações especiais na operação do alto-forno
 As retomadas de produção após blow-down
são chamadas de start-up.
 Quando a operação é reiniciada, recomeça o
sopro de ar pré-aquecido pelas ventaneiras e a
temperatura do forno volta a aumentar.
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Processo de Produção do Aço
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.2 – Casa de Corrida
 Área destinada às operações de vazamento
de ferro-gusa e de escória.
 Na casa de corrida, estes são manuseados,
transferidos e destinados às etapas posteriores
do processo.
 A casa de corrida é composta das seguintes
partes: PRÓXIMOS SLIDES
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Processo de Produção do Aço
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.2 – Casa de Corrida
* Sistema de captação e tratamento de gases
 Capta os gases liberados do interior do altoforno durante o processo de vazamento do
metal líquido, tratando-os de forma a tornar o
ambiente seguro e recuperando parte desses
gases para sua reutilização nos processos.
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Processo de Produção do Aço
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.2 – Casa de Corrida
* Furo de vazamento ou furo de corrida
 É um bloco refratário, instalado na parte
inferior do forno, dotado de um furo, que faz a
ligação da parte interna do alto-forno com a
parte externa da casa de corrida.
 Por este furo, são vazados o ferro-gusa e a
escória.
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Processo de Produção do Aço
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.2 – Casa de Corrida
* Calhas de vazamento
 Canais destinados à coleta e transferência
do ferro-gusa e da escória.
 São revestidas de material
apropriado para a operação.
refratário
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Processo de Produção do Aço
2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.2 – Casa de Corrida
* Máquina perfuratriz
 Equipamento dotado de uma broca especial
utilizado para abrir o furo de vazamento.
 A profundidade e a posição do furo devem
ser reproduzidas a cada furo, de forma a evitar
um desgaste prematuro do furo de corrida.
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2 - Produção do ferro-gusa (alto-forno)
2.2 – Casa de Corrida
* Máquina de tamponamento
 Equipamento que promove o fechamento do
furo de corrida do alto-forno.
 Esta máquina injeta massa refratária sob
pressão no furo de corrida, visando fechá-lo,
interrompendo dessa forma o vazamento do
ferro-gusa.
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Processo de Produção do Aço
3 - Produção do aço líquido (aciaria)
 Aciaria é a unidade de uma usina
siderúrgica, onde existem máquinas e
equipamentos voltados para o processo de
transformação do ferro-gusa em diferentes
tipos de aço.
 Dentre estes equipamentos, o principal é o
convertedor, que é um tipo de forno, revestido
com tijolos refratários. Este transforma o ferrogusa e a sucata em aço.
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
 Na aciaria, ocorrem as etapas de
Dessulfuração, Refino Primário e Refino
Secundário.
 Além do ferro-gusa, outras matérias-primas,
como sucata de processo, fundentes e
elementos de liga, fazem parte do refino
primário.
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.1 - Dessulfuração
 Nesta etapa, reduz-se o teor de enxofre (S)
presente no ferro-gusa líquido a um nível
adequado, até mesmo, igual a 0,002%.
 No aço solidificado, o enxofre está presente
na forma de inclusões de MnS, que são mais
plásticas que o aço.
 Estas inclusões atuam como sítios de
nucleação de trincas e zonas de fragilidade.
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.1 - Dessulfuração
 Teores elevados de enxofre prejudicam
algumas propriedades do aço como:
 ductilidade
 tenacidade
 conformabilidade
 soldabilidade
 resistência à corrosão
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.1 - Dessulfuração
 Na dessulfuração, ocorre formação de
escória sobre o banho de ferro-gusa líquido.
 Essa escória contém, além do enxofre,
várias impurezas presentes no banho.
 Portanto, sua retirada é de extrema
importância para a etapa seguinte (refino
primário).
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.1 - Dessulfuração
 Existem 2 métodos viáveis economicamente
de dessulfuração: adição de metais (Mg e Ca)
com elevada afinidade por S e adição de
escória - principal constituinte é a cal - (reação
metal-escória).
 Em ambos os métodos, o enxofre forma
compostos através do recebimento de 2
elétrons, que podem ser doados pelo metal ou
pelo O2- da escória.
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.2 - Refino primário
 Quantidades de sucatas de ferro e aço (20%)
e de ferro-gusa líquido (80%) são carregadas
em um reator chamado convertedor LD.
 A transformação fundamental consiste na
diminuição do teor de C, de 4,5% para 0,05%, e
no aumento da temperatura do gusa, de
1350ºC para 1650ºC do aço.
 C passa a CO, que é eliminado sob forma
gasosa.
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.2 - Refino primário
 As etapas do processo de refino primário
são:
 Carregamento da sucata (1 – leve; 2 –
pesada; 3 – de ferro-gusa) no convertedor
 Carregamento do ferro-gusa líquido
 Sopro de oxigênio
 Medição de temperatura e da composição
química do aço
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Processo de Produção do Aço
3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.2 - Refino primário
 As etapas do processo de refino primário
são:
 Vazamento do aço líquido na panela com
adição de ferro-ligas (composição química
desejada) e desoxidantes (remoção do
oxigênio da solução)
 Vazamento da escória remanescente
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.3 - Refino secundário
 O objetivo dessa etapa é promover o ajuste
fino da composição química e da temperatura,
complementando assim o refino primário.
 Suas principais funções são:
 Descarburação
 Remoção dos gases
principalmente hidrogênio
 Adição de ferro-ligas
dissolvidos,
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.3 - Refino secundário
 A descarburação dos aços se dá pela reação
do C com o O2 dissolvido no aço, com retirada
dos gases CO e CO2.
 Quando necessário, sopra-se O2 para
aumentar seu teor no aço, acelerando assim a
taxa de descarburação.
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3 - Produção do aço líquido (aciaria)
3.3 - Refino secundário
 A redução do hidrogênio ocorre pela redução
da pressão parcial dos gases na câmara de
vácuo.
 O ajuste da composição química é realizado
através da adição de ferro-ligas.
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4 - Solidificação do aço
 O aço líquido é escoado para um distribuidor.
 Neste, há vários furos na parte de baixo, por
onde o aço líquido escoará.
 Abaixo de cada furo, há um molde de seção
quadrada que recebe o aço líquido, que vai
resfriando ao ar.
 As barras formadas no molde são cortadas
em tamanho adequado para que seja feita a
conformação do aço.
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4 - Solidificação do aço
• Lingotamento contínuo
 O aço líquido é vazado continuamente em
ambiente isento de ar.
 Portanto, o grau de pureza do aço é maior
que no vazamento de blocos.
 A rápida solidificação fornece uma estrutura
homogênea, com baixo índice de segregações.
 A técnica de lingotamento contínuo oferece
possibilidades de automação, permitindo uma
produção uniforme e controlada.
Processo de Produção do Aço
5 - Conformação Mecânica
• Laminação
 As barras vão para um forno de
reaquecimento e são aquecidas até 1200ºC,
adquirindo o aço coloração rubra.
 O aço, então, passa entre rolos (cilindros),
sendo conformado mecanicamente.
 A distância entre os rolos é inferior à
espessura inicial da placa.
 Os vários jogos de rolos ou cilindros são os
chamados trens de laminação, que comprimem
a barra.
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Processo de Produção do Aço
5 - Conformação Mecânica
• Laminação
 Chegando ao acabamento final, o aço está
em forma de barras cilíndricas com a marca do
fabricante gravada.
 Apresenta as vantagens de proporcionar alta
produtividade e controle dimensional do
produto acabado bastante preciso.
 Ocorrem etapas de laminação a quente a
frio.
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Processo de Produção do Aço
5 - Conformação Mecânica
• Laminação
 Na laminação a quente, são produzidas
chapas grossas ou tiras.
 Após esta etapa, o material é bobinado a
quente, decapado e pode ser vendido ou ir para
a laminação a frio.
 Na laminação a frio, das bobinas de aço
decapadas são produzidas folhas e tiras de aço
com bom acabamento superficial, com controle
das suas dimensões e com maior resistência