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Tecnologia dos Materiais - Ciência dos Materiais

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em aglomerar-se finos de minério de ferro numa mistura com 
aproximadamente 5% de um carvão finamente dividido ou coque. A carga é aquecida por 
intermédio de queimadores e com o auxílio de fluxo de ar. A temperatura que se 
desenvolve durante o processo atinge 1.300 a 1500oC, suficiente para promover a ligação 
das partículas finas do minério, resultando num produto uniforme e poroso chamado 
sínter. 
A pelotização é o mais novo processo de aglomeração e talvez o de maior êxito. 
Neste processo, produzem-se inicialmente “bolas” ou “pelotas” cruas de finos de minério 
de alto teor ou de minério concentrado. Adiciona-se cerca de 10% de água e, geralmente, 
um aglomerante de natureza inorgânica. Uma vez obtidas as pelotas cruas, estas são 
secas, pré-aquecidas e então queimadas. 
 
Carvão 
O combustível utilizado no alto-forno é o carvão, coque ou de madeira, cuja ação se 
faz sentir em três sentidos: 
- fornecedor de calor para a combustão; 
- fornecedor do carbono para a redução de óxido de ferro; 
- indiretamente, fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro 
gusa. 
- 
O coque é obtido pelo processo de “coqueificação”, que consiste, em princípio, no 
aquecimento a altas temperaturas, em câmaras hermeticamente (exceto para saída de 
gases) fechadas, do carvão mineral. No aquecimento às temperaturas de coqueificação e 
na ausência de ar, as moléculas orgânicas complexas que constituem o carvão mineral 
se dividem, produzindo gases e compostos orgânicos sólidos e líquidos de baixo peso 
molecular e um resíduo carbonáceo relativamente não volátil. Este resíduo resultante é o 
“coque”, que se apresenta como uma substância porosa, celular, heterogênea, sob os 
pontos de vista químico e físico. A qualidade do coque depende muito do carvão mineral 
do qual se origina, principalmente do seu teor de impurezas. 
 
O carvão vegetal ou de “madeira” é fabricado mediante pirólise da madeira, isto é, 
quebra das moléculas complexas que constituem a madeira, em moléculas mais simples, 
mediante calor. O aquecimento para a carbonização da madeira é feito em fornos de 
certo modo rudimentares e pouco eficientes, sobretudo no Brasil, pois os subprodutos 
gasosos e líquidos são perdidos durante o processo. O calor é aplicado à madeira, com 
ausência de oxigênio, resultando em gases (CO2, CO, H2, etc.), líquidos (alcatrões, ácido 
acético, álcool metílico) e o resíduo sólido que é o carvão vegetal. 
Fundente 
A função do fundente é combinar-se com as impurezas (ganga) do minério e com as 
cinzas do carvão, formando as chamadas “escórias”. O principal fundente é o calcário, de 
fórmula CaCo3. 
Outras matérias-primas da indústria siderúrgica 
Entre elas, a mais importante é o minério de manganês. Outras matérias-primas 
incluem as “ferro-ligas” de silício, cromo, vanádio, molibdênio, níquel, tungstênio, titânio, 
etc. Finalmente, deve-se ainda mencionar como importante matéria-prima a sucata de 
aço, ou seja, subprodutos da fabricação de aço e itens ou componentes de aço 
desgastados, quebrados ou descartados. 
 
 
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Alto Forno 
 
O alto forno é construído de tijolos e envolvido por uma carcaça protetora de aço. Todas 
as suas partes internas, sujeitas a altas temperaturas, são revestidas com tijolos 
chamados refratários porque suportam altas temperaturas sem derreter. Três zonas 
fundamentais caracterizam o alto-forno: o fundo chamado de cadinho, a segunda 
chamada de rampa e a seção superior chamada de cuba. 
O cadinho é o lugar onde o gusa líquido é depositado. A escória flutua sobre o ferro, que 
é mais pesado. No cadinho há dois furos: o furo de corrida, aberto de tempos em tempos 
para que o ferro líquido escoe, e o furo para escoamento da escória. Como a escória 
flutua, o furo para seu escoamento fica acima do furo decorrida. Assim, sobra espaço 
para que uma quantidade razoável de ferro seja acumulada entre as corridas. 
Na rampa acontecem a combustão e a fusão. Para facilitar esses processos, entre o 
cadinho e a rampa ficam as ventaneiras, que são furos distribuídos uniformemente por 
onde o ar pré-aquecido é soprado sob pressão. 
A cuba ocupa mais ou menos dois terços da altura total do alto-forno. É nela que é 
colocada, alternadamente e em camadas sucessivas, a carga, composta de minério de 
ferro, carvão e os fundentes (cal, calcáreo). 
 
O que acontece dentro do alto-forno? 
Quando o minério de ferro. O coque e os fundentes são introduzidos na parte superior da 
rampa, algumas coisas acontecem: 
- os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigênio é eliminado do minério de ferro; 
 
Reações químicas de redução do minério de ferro: 
3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 
Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 
ou 
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO 
 
- a ganga se funde, ou seja, as impurezas do minério se derretem; 
- o gusa se funde, quer dizer, o carbono é incorporado ao ferro líquido; 
- certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou seja, algumas impurezas 
são incorporadas ao gusa. 
Ao sair do alto-forno, o gusa, com teor de carbono entre 3,0 e 4,5%, pode seguir um,entre 
dois caminhos: pode ir para a fundição, para ser usado na fabricação de peças de ferro 
fundido, ou pode ir para aciaria, onde pode ser misturado com sucata de aço ou, 
eventualmente, com outros metais, para se transformar em aço, ou seja uma liga ferrosa 
com um teor de carbono de menos de 2%. 
O principal produto do alto-forno é o ferro gusa. O ferro gusa é uma liga ferro-
carbono de alto teor de carbono e teores variáveis de silício, manganês, fósforo e 
enxofre. De um modo geral, a maioria dos ferro gusas possíveis de serem obtidos em 
alto-forno está compreendida na seguinte faixa de composições: 
Carbono - 3 a 4,4% 
Silício - 0,5 a 4,0% 
Manganês - 0,5 a 2,5% 
Fósforo - 0,05 a 2,0% 
Enxofre - 0,20% máx. 
 
 
 
 
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Figura 21. Esquema do alto forno 
 
 
 
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FABRICAÇÃO DO AÇO 
 
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). 
 
O conversor LD (Linz-Donawitz) usa o princípio de injeção de oxigênio, neste caso ele é 
soprado sob pressão na superfície do gusa líquido. Essa injeção é feita pela parte de 
cima do conversor. 
Este tipo de forno é constituído de uma carcaça cilíndrica de aço resistente ao calor, 
revestido internamente por materiais refratários de dolomita ou magnesita. A injeção de 
oxigênio é feita por meio de uma lança metálica composta de vários tubos de aço. O jato 
de oxigênio é dirigido para a superfície do gusa líquido e essa região de contato é 
chamada de zona de impacto. 
Na zona de impacto, a reação de oxidação é muito intensa e a temperatura chega a 
atingir entre 2500 e 3000ºC. Isso provoca uma grande agitação do banho, o que acelera 
as reações de oxidação no gusa líquido. Nesse conversor, a contaminação do aço por 
nitrogênio é muito pequena porque se usa oxigênio puro. Isso é um fator importante para 
os aços que passarão por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de 
contaminação causa defeitos na solda. 
 
 
Figura 22. Fabricação do aço pelo processo Conversor LD. 
 
 
 
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É nos fornos elétricos que se transforma sucata em aço. Por esse processo, transforma-
se energia elétrica em energia térmica, por meio da qual ocorre a fusão do gusa e da 
sucata, sob condições controladas de temperatura e de oxidação do metal líquido. É um 
processo que permite, também, a adição de elementos de liga que melhoram as 
propriedades do aço e lhe dão características excepcionais. Por causa disso, esse é o 
melhor processo para a produção de aços de qualidade. 
Os