Fabricação_Aco (Apresentação para UFOP)

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VALLOUREC & MANNESMANN TUBES
PRODUÇÃO DE AÇOS NA VMB
SUPERINTENDENCIA SIDERURGIA
V & M do BRASIL S.A.
PRODUÇÃO DE AÇOS NA VMB
Fluxo Básico da Produção
Produção do Ferro Gusa
Produção do Aço
Ajustagem do Aço
Tube Rounds
=
+
+
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
 Não é encontrado na natureza sob a forma metálica;
É encontrado somente na forma de óxidos (minério);
No Brasil o óxido de ferro predominante nos minérios é o Fe2O3
O Metal Ferro (Fe)
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Mina de minério de ferro
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
 Composição química: 65% de Fe
 28% de Oxigênio
					 Restante: “impurezas”
 Não tem as propriedades físicas do ferro.
 É uma pedra igual a tantas outras existentes na natureza.
Minério de Ferro (Hematita)
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
O grande desafio da metalurgia do ferro é conseguir extrair o metal ( Fe ) do minério ( Fe2O 3 )
A extração do Fe do minério é feita no alto-forno
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
O Alto Forno é um reator, contra corrente, onde processa-se a redução de óxido de ferro (minério) utilizando-se, no caso da VMB, carvão vegetal como elemento redutor.
Alto Forno
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Matéria-Primas do Alto-forno
Sinter e pelota: finos de minério de ferro que foram aglomerados para utilização no alto -forno.
Coque ou carvão vegetal: agente redutor e combustível do processo
Fundentes: tudo aquilo que facilita a formação de escória líquida (calcário e quartzo).
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Carvão e Minério
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Produtos do Alto-forno
Ferro gusa: principal produto do alto-forno, matéria-prima do aço 
 carbono - 3 a 4,5% fósforo - 0,05 a 2,0%
 silício - 0,5 a 4,0% manganês - 0,5 a 2,5%
Escória: combinação dos elementos dos fundentes com impurezas do minério e cinzas
 SiO2 - 29 a 38% CaO + MgO - 44 a 48%
 Al2O3 - 10 a 22% FeO + MnO - 1 a 3%
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Características do ferro gusa
Contém elevado teor de carbono (4,5%).
Contém “impurezas” (como P e S).
É duro e quebradiço (não pode ser conformado).
Em geral é utilizado na fabricação de peças fundidas de grande espessura.
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Alto-forno
Voltar
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Alto-forno
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
FLUXO FERRO – GUSA VMB
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Raw Material Processing
Charcoal
Nowadays V&M Florestal (VMFL) produces around 60% of VMB charcoal needs and the rest is acquired from third-parties. Since October 2006, 100% of the charcoal is processed (screening and ash separation) in the new “Charcoal Processing Unit” at Paraopeba City, 100 Km from Belo Horizonte, and then “just in time” supplied to Barreiro Plant (VMB).
Iron Sources
About 50% of the Iron needs of the two blast furnaces is composed by pellets (62% in BF1 and 28% in BF2) and the rest is lump ore (6 to 32mm for BF1 and 6 to 19mm for BF2). Pellets come from CRVD and lump ore is 60% supplied by V&M Mineração (VMMN) and 40% by different suppliers.
Charcoal and iron ore are screened in individual lines for each material and, also, for each blast furnace. For charcoal, the fraction above 10mm is separated in specific bunkers and charged in blast furnaces tops. The fraction below 10mm is sent to the grinding mills and then injected, as pulverized charcoal, through the tuyeres of the two blast furnaces. 
For lump ore, the total amount received is firstly sent to the lump ore drying system and then screened, where the fraction below 6mm is separated and sent back to V&M Mineração. The fraction above 6mm is sent to each BF’s bunker system.
Also worth mentioning is the fact that both BFs feature dedusting systems that allow control of particulate emissions into the atmosphere. This was achieved through investments made by the company, which installed 8 filters in the charcoal receipt and processing area and 2 other filters in the cast houses, in addition to having installed a dedusting system on the top of each Blast Furnace.
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Charcoal Grinding Mills and PCI Units
There are three grinding mills, with total production capacity of 15 to 18 tons/h, that means a maximum PCI rate of more than200kg/ton of hot metal. The pulverized charcoal produced by the three grinding mills is injected in the two blast furnaces through two individual PCI units.
Charging and Top Equipment
Charging system is composed by two skips in BF 1 and belt conveyor in BF 2. Both furnaces have double bells with charging rotary hoppers and lock hopper tops. Movable armours are used to optimize charge distribution in BF 1. 
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Cooling Systems
BF 1 cooling system is composed by stave coolers (90) from bosh to lower stack and cooper or steel water cooling plates (180) in middle/high stack. The hearth cooling is made only with external water spraying.
BF2 cooling system has no stave cooler, only a few cooper water cooling plates (40) in the bosh and two water rings in lower stack. The hearth, bosh, lower and middle stack have external water spraying.
Gas Cleaning Systems
Both BF’s gas cleaning systems are composed by 1 dust collector, 2 gas scrubber towers and 2 Venturis scrubbers. The performance of the systems guarantee solid particles concentration below 10 mg/Nm3 in the BF gas. BF’s gas is used for Cowpers heating, Glendons heating, Thermal/Electrical Generation and is also supplied to the preheating furnaces of the tube rolling mills.
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Wind Blow and heating systems
Each BF has it’s own Blower unit and there is one spare Blower that is flexible to be used in both BF’s. 
BF 1 air preheating system is composed by three hot stoves (Cowpers). Typical figures are 1.000ºC for 55.000 Nm3/h of blowing rate.
BF 2 air preheating is composed by three Glendons. Typical figures are 800 ºC for 30.000 Nm3/h of blowing rate. One advantage of this charcoal mini blast furnace is to be able to run, in a very high productivity rate, with much lower flame temperature (1830ºC – 1850ºC), that can be achieved using only Glendons instead of the “higher investment” hot stoves.
The number of tuyeres in BF1 and BF2 are, respectively, 12 and 10. All of them are equipped with single lance PCI, BF1 is 60.000 Nm3/h and BF2 33.000 Nm3/h.
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
BF Top and Casting House Dedusting Systems
Both BFs’ tops and casting houses are equipped with one dedusting system that can guarantee solid emission lower than 50mg/Nm3.
Casting House
Both blast furnaces have only one tap hole. About 98% of the two BF’s slag is granulated and sold to cement industry. The typical tapping temperature of charcoal blast furnaces is between 1350ºc and 1400ºc.
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Hot Metal Transportation
There are eight torpedo cars in order to make the whole hot metal transportation to the steel plant. There are four different torpedo cars sizes: 75t, 150t, 200t and 250t. The total capacity of hot metal storage can reach 1125t when the eight torpedo cars are running.
Pig Iron Casting Machine
When by any reason, the steel plant production rithm is lower than the Blast Furnaces’ rithm, a Pig Iron Casting machine is used. The installation capacity is 1200 t/day and 15Kg ingots are produced. The whole solid pig iron production is consumed in BOF process. That can help keeping high steel production level when BF’s production is not enough. 
PRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Gusa Sólido
PRODUÇÃO DE AÇO
Para se obter o aço à partir do ferro gusa é necessário:
1. Tirar o carbono do gusa;
2. Tirar as “impurezas” do gusa (S, P)
3. Aumentar a temperatura do metal líquido
 São ligas ferrosas com teores de carbono até 2,1%
 tipos : 	aço carbono
		aço ligado 
		aço micro-ligado
Definições
PRODUÇÃO DE AÇO
 Diminuir os teores de carbono e fósforo do gusa .
 Aumentar a temperatura
do metal líquido
 Não utiliza combustível de forma ilimitada.
 O calor gerado no LD é, principalmente, o calor da queima do Carbono e do Silício do gusa.
 A principal fonte de calor que entra no LD é o gusa líquido, a altas temperaturas (~1200ºC).
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇO
Ferro gusa (4,5% de C) + O2 gás + fundentes 
 =
Aço líquido (0,06% de C) + (CO + CO2) gás + escória
 Si (gusa) SiO2 (escória)
			Mn (gusa) MnO (escória) 	
			P(gusa) P2O5(escória)
			CaO(fundentes)  CaO (escória)
			MgO(fundentes)  MgO (escória)
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇO
 Utiliza gusa líquido e sólido, sucata de aço e oxigênio
 O calor contido no gusa líquido e a oxidação dos elementos químicos (C, Si, Mn e etc) são as fontes que fornecem energia para fundir a sucata
 A sucata de aço é utilizada como um material refrigerante para o sistema.
 O sopro de oxigênio, que transforma o gusa em aço, transcorre em aproximadamente 20 minutos e eleva a temperatura do banho metálico até 1700ºC
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇO
Convertedor LD
PRODUÇÃO DE AÇO
Processo LD - Carregamento da Sucata
PRODUÇÃO DE AÇO
Processo LD - Carregamento de Gusa 
PRODUÇÃO DE AÇO
Vazamento do LD na Panela
PRODUÇÃO DE AÇO
 Após o ajuste do teor de fósforo, carbono e da temperatura do aço líquido no LD, deve-se fazer o refino secundário do aço 
 O refino secundário consiste no acerto final da composição química e temperatura do aço, além da execução de procedimentos que visam “limpar” e/ou desgaseificar o aço.
 O refino secundário na VMB é feito no Forno Panela e, dependendo do aço, no VD e Rinsagem também.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇO
 O forno panela utiliza a energia elétrica para suprir a necessidade de calor.
 O forno panela permite a elaboração de aços ligados via LD.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇO
 No forno panela ocorrem :
 homogeneização química e térmica do banho metálico
 refino do aço,
 acerto de composição química
 acerto de temperatura
 É possível a produção do aço com estreita faixa de composição química e de excelente qualidade.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇO
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇO
Forno Panela
PRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificação à Vácuo
Aços com exigência de baixos teores de hidrogênio (teores menores que 5ppm)
Aços com exigência de baixos teores de oxigênio (teores menores que 15ppm)
Aços com teor mínimo de enxofre acima de 0,010%
Aços com teor de Ni > 0,40% e Cr > 2,0%
Aços com elevado grau de limpeza
PRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificação à vácuo
O VD, reduz a pressão de 1atm até menos de 0,002atm retirando os gases do aço. 
É realizada pela despressurização do sistema e injeção de argônio, tornando o banho extremamente agitado e desgaseificado.
PRODUÇÃO DE AÇO 
Desgaseificação à vácuo
PRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificação à Vácuo
PRODUÇÃO DE AÇO
Estação de Rinsagem
A rinsagem deve ser sempre feita após o VD.
Nela é feito o borbulhamento com argônio, a baixas vazões, para a remoção das inclusões que ainda estão flutuando no banho metálico
Com a baixa injeção de argônio, as inclusões são levadas até a superfície do aço, se incorporando à escória que lá se encontra.
Os aços produzidas via VD e Rinsagem são, geralmente, de alto grau de pureza
PRODUÇÃO DE AÇO
Estação de Rinsagem
PRODUÇÃO DE AÇO
Lingotamento Contínuo
PRODUÇÃO DE AÇO
Lingotamento Contínuo
PRODUÇÃO DE AÇO
Lingotamento Contínuo
PRODUÇÃO DE AÇO
Corte das barras
PRODUÇÃO DE AÇO
Identificação das barras
PRODUÇÃO DE BLOCOS
Ajustagem das barras
 Após as barras serem lingotadas elas são armazenadas em “bolsas”. 
 Após o resfriamento são transportadas para a ajustagem do LC, via transporte rodoviário. 
 Na chegada das barras elas são inspecionadas de acordo com as especificações da folha PI no SAP. 
PRODUÇÃO DE BLOCOS
Inspeção e identificação 
PRODUÇÃO DE BLOCOS
Corte a maçarico e corte a serra