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Produção de Aço 1 - Fusão 2 - Refino 3 - Vazamento 4 - Conformação Ferro gusa líquido Sucata Fundentes Conversor a oxigênio Forno elétrico Fornos Siemens-Martin * Ferro-Gusa Liga Fe-C com altos teores de: C (carbono) Si (silício) Mn (manganês) P (fósforo) S (enxôfre) Refino Elaboração do Aço Transformar o ferro-gusa em aço Reduzir teor de C através da oxidação (reação do C com o O do ar ou O puro) Reduzir teores de Si e Mn Retirar o P Retirar impurezas Refino Fornos e Conversores Revestimento Básico Refratário de tijolos de magnésia ou cromita-magnésia Remove C, Si e Mn Remove S e P Revestimento Ácido Refratário de tijolos de sílica Remove C, Si e Mn apenas Processos Siemens-Martin Processos Pneumático Conversores Thomas / Bessemer Processos de Sopragem de Oxigênio Conversores L-D (Lins-Donawitz) Fornos Elétricos (a arco e por indução) Processo Siemens-Martin Processo Siemens-Martin Oxidação do carbono do gusa pelo oxigênio do óxido de ferro Fusão de aços de recuperação e modificação da porcentagem de carbono (pela adição de ferro-fusa para aumentar e óxido de ferro para diminuir) Grande flexibilidade – 40 a 60% de gusa líquido e o restante de sucata Possibilita reduzir teores de P e S Baixo teor de nitrogênio (que fragiliza o aço) Longo tempo de corrida (6 ~ 8 horas) Processos Pneumáticos Conversor Thomas / Bessemer Conversor Thomas / Bessemer Conversor Thomas - Revestimento Básico Remove C, Si, Mn, P e S Conversor Bessemer - Revestimento Ácido Remove C, Si e Mn apenas Aço Thomas Baixos teores de P e S Nitrogênio proveniente do ar envelhecimento e inclusões de nitratos (fragiliza) Aço Bessemer Altos teores de P e S P aumenta a fragilidade a quente S aumenta a fragilidade a frio Processos a Sopro de Oxigênio Conversor L-D (Linz-Donavitz) Conversor OLP (Oxigenio-Lança-Poeira) Conversor L-D Sopro de oxigênio puro com pressão de 6 a 15 atm sobre a superfície do metal fundido. Zona de impacto do jato atinge 2500~3000oC Forte agitação do banho devido á diferença de concentração e peso específico Rápida formação de escória ativa e espumante que fixa o P2O5 formado na oxidação do fósforo Produz aço de qualidade equivalente ao do forno Siemens-Martin. Porém: Com custo inferior, pois economiza combustível e refratário Menor tempo de corrida (30 ton em 40 min) 12 SIDERURGIA ? De forma a maximizar a produtividade do Conversor De forma a maximizar a produtividade do Conversor LD ou Forno a Arco El LD ou Forno a Arco El é é trico (EAF) e minimizar os trico (EAF) e minimizar os custos de refino custos de refino é é importante executar um pr importante executar um pr é é - - tratamento do gusa antes da fase de refino. tratamento do gusa antes da fase de refino. ? ? O pr O pr é é -tratamento do gusa inclui: -tratamento do gusa inclui: - remo - remo çã çã o de enxofre o de enxofre - - remoção de remoção de Sil Sil í í cio cio - - remoção de remoção de fósforo fósforo - processos para redu - processos para redu çã çã o do teor de o do teor de Va V , Cr, Ti e Mn , Cr, Ti e Mn Pré-tratamento do gusa 13 SIDERURGIA Produção do Aço Líquido 14 SIDERURGIA Conversor LD 15 SIDERURGIA 16 SIDERURGIA Conversor LD O LD trabalha em oxidação. Não utiliza combustível e nem energia na produção de calor, que é fornecido pelas reações químicas dentro do próprio LD, das substâncias termogênicas como Si, Mn, C, P, Fe, S: Si + O2 SiO2 (queima do Si, ocorre nos primeiros 6 minutos de sopro) Fe + O2 FeO ( principal reação) FeO + Si Fe + SiO2 FeO + Mn Fe + MnO MnO + calor Mn + O2 (ocorre nos minutos finais de sopro) 17 SIDERURGIA P + FeO P2O5 + Fe CaO + P2O5 CaO.P2O5 (resultante da adição de cal) SiO2 + FeO FeO.SiO2 SiO2 + Mn MnO.SiO2 FeO.SiO2 + CaO CaO.SiO2 + FeO MnO.SiO2 + CaO CaO.SiO2 + MnO A cal fixa o P e a SiO2 na escória, e o S se queima no fim do sopro 18 SIDERURGIA INJEÇÃO DE ARGÔNIO Técnica utilizada com os objetivos de homogeneizar a temperatura do banho, homogeneizar a composição química e fazer desgaseificação do banho. REFRATÁRIO Os fornos de refino, tanto FEA como LD, utilizam material refratário básico (MgO ~ 84 % e outros óxidos básicos como CaO) na parede em contato com o banho. A soleira resiste aproximadamente 7000 corridas e a parede lateral, cerca de 350 corridas. Já nos fornos panela, o revestimento é diferente para as regiões em contato com a escória e com o metal, sendo à base de MgO ( ~ 85 %) e CaO (dolomítico), respectivamente. O refratário como um todo, resiste cerca de 60 corridas, porém, a cada 30 corridas a região em contato com a escória é trocada. Em todos estes casos, entre o refratário e a carcaça metálica existe uma massa isolante aluminosa, que é trocada a cada reforma geral do equipamento, e que ajuda à preservá-lo. 19 SIDERURGIA Aciaria Elétrica 20 SIDERURGIA Classificação das sucatas: 1-Quanto ao aspecto físico : Sucata leve: aparas de torno, pontas de tarugo, arames, e peças em geral até 20 t Sucata pesada: pontas de placas, de lingotes, lingotes sucatados e chapas sucatadas. 2-Quanto à composição química: Sucata com elementos que se oxidam facilmente, e passam totalmente para a escória: Si, Al, Ti, B, V. Sucatas com elementos que se oxidam parcialmente e se distribuem no metal e na escória: Mn, P, S, Cr. Sucatas com elementos que não se oxidam e permanecem no banho mtálico: Cu, Ni, Mo, Co, N, Ag. 21 SIDERURGIA ? Após o refino, o aço ainda não se encontra em Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e na visa os acertos finais na composição química e na temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o lingotamento na cadeia de produção de aço carbono. aço carbono. ? Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço. liberado, maximizando a produção de aço. - Forno de panela - Forno de panela - - Desgaseificação Desgaseificação 22 SIDERURGIA 23 SIDERURGIA Desgaseificação 24 SIDERURGIA A composição química da escória é função da matéria prima, a tecnologia de produção do aço e até mesmo o revestimento do alto forno. As tecnologias de produção de aço mais difundidas são escória LD e a produzida por fornos de arco elétrico (HEA). A composição destas duas escórias é mostrada na tabela abaixo: Tipo Composição (%) SiO2 CaO Al2O3 FeT MgO S MnO TiO2 Escória de convertedor (LD) 13.8 44.3 B1.5 17.5 6.4 0.07 5.3 1.5 Escória de Forno elétrico Esc. Oxidada 19.0 38.0 7.0 15.2 6.0 0.38 6.0 0.7 Esc. Reduzida 27.0 51.0 9.0 1.5 7.0 0.50 1.0 0.7 25 SIDERURGIA Reciclagem da escória A reciclagem de escória de aciaria tem grande interesse na construção civil, pois, pode ser usada na produção de cimento, como substituto parcial de clínquer Portland. Usa-se também a escória como base para pavimentos e como agregados. Calor produzido pelos termogênicos (base 1 kg) C : se queima em CO e produz 2180 Kcal C : se queima em CO2 e produz 7830 Kcal Mn : se queima em MnO e produz 1700 Kcal Si : se queima em SiO2 e produz 7330 Kcal P : se queima em P2O5 e produz 5830 Kcal S : se queima em SO2 e produz 2220 Kcal 26 SIDERURGIA 27 SIDERURGIA 28 SIDERURGIA Propriedades Térmicas: Propriedades que definem o comportamento dos materiais quando submetidos em temperatura Q = m.c.(Tinicial – Tfinal) [caloria] Q= quantidade de calor em calorias M = massa em gramas C = calor específicos T = temperaturas em oC Não devemos confundir calor com temperatura Dilatação térmica : É o aumento das dimensões dos materiais em função da temperatura Condutibilidade térmica: a transferência de calor entre materiais sólidos, por ex. se aquecer uma ponta de uma barra de metal e se ela for boa condutora de calor a outra ponta em pouco tempo estará quente. Lingotamento Laminação Forjamento Vazamento Conformação 30 Toda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma adequada em função da sua utilização posterior. O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas: - DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira; - INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base; - CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à água. Lingotamento 31 Lingotamento Contínuo 32 O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço fundido é solidificado em um produto semi-acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente laminação. Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário (lingoteiras). Lingotamento Contínuo Seções possíveis no lingotamento contínuo (mm) 33 Conformação A grande importância dos metais na tecnologia moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com que eles podem ser produzidos nas mais variadas formas, para atender a diferentes usos. Os processos de fabricação de peças a partir dos metais no estado sólido podem ser classificados em: - Conformação Mecânica: volume e massa são conservados; - Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material para se obter a forma desejada; 34 Os processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material: - Compressão direta: Forjamento, Laminação; - Compressão indireta: Trefilação, Extrusão, Embutimento; - Trativo: Estiramento; - Dobramento: Dobramento; - Cisalhamento: Corte. Conformação 35 Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçando-o a escoar através do orifício de uma matriz. Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz. Tipos de Conformação 36 Forjamento: Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente). Laminação: Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio. Tipos de Conformação 37 Dobramento Forjamento Laminação Trefilação Embutimento Profundo Estiramento Matriz Cisalhamento Tipos de Conformação 38 Lingotamento e Laminação 39 Nomenclatura para Aços
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