02 - Tomo III Metalurgia Extrativa e Siderurgia Produção do Aço - 2020 1

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Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Ciências e Tecnologia
Unidade Acadêmica de Engenharia 
Mecânica
Graduação em Engenharia Mecânica
Disciplina: Química dos Materiais
Tomo III: Metalurgia Extrativa e Siderurgia 
– Produção do Aço
Prof. Ricardo Cabral de Vasconcelos
Conteúdo a ser abordado
1 Produção do aço
Processo de produção do aço
Fabricação do aço
Ano: 2017
Fonte: Instituto Aço Brasil
../Preliminar_Agosto_2019_996798864.pdf
Materiais Metálicos
Não Ferrosos
Ligas Leves
Ligas Cu
Ligas Ni
Inconel
Hastalloy
Ferrosos
Ligas Fe-C
Ferros FundidosAços
Sem Liga
Baixa Liga
HSLA
Ligados
Outras Fe
Fabricação do aço
Fabricação do aço
Local destinado à produção do aço: aciaria
Objetivo: reduzir, de forma controlada, a
concentração dos diversos elementos que compõem
o ferro gusa.
Como alcançar o objetivo?
Utilizando-se agentes oxidantes, os quais podem ser
de natureza:
1. Gasosa (exemplo: ar e oxigênio)
2. Sólida (exemplo: minérios na forma de óxidos)
Processos para a produção do aço
1. Processos pneumáticos
2. Processos Siemens-Martin;
3. Processos Elétricos;
4. Processos Duplex;
5. Etc.
agentes oxidantes são substâncias 
sólidas contendo óxidos
agente oxidante é ar ou oxigênio
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Cerca de 1m
1. Conversor Bessemer
Processos 
Pneumáticos
Conversor Bessemer
• Este forno não precisa de
combustível;
• Há a combinação do oxigênio
com o ferro, formando o óxido
de ferro que, por sua vez, se
combina com o silício, o
manganês e o carbono,
eliminando as impurezas sob a
forma de escória e gás
carbônico.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Comparativo dos percentuais dos elementos químicos antes e 
depois das operações no conversor Bessemer
Elementos Ferro Gusa Aço 
Carbono 4,0 – 4,5% Inferior a 0,10%
Manganês 0,40 – 0,70% Inferior a 0,50%
Silício 1,10 – 1,50% 0,02 - 0,1%
Fósforo 0,090% máximo 0,080%
Enxofre 0,030% máximo 0,025%
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
2. Conversor Thomas
• Semelhante ao Bessemer;
• Diferença: revestimento refratário básico (feito à base de dolomita ou
magnesita);
oResiste ao ataque da escória à base de cal;
oPermite trabalhar com gusa com alto teor de fósforo.
• Desvatagens: o gusa deve ter baixo teor de silício, pois o revestimento
interno é atacado por tal elemento. Além disso, não elimina o enxofre do
gusa.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
3. Conversor de sopro pelo topo – Conversor L-D ou BOP
• Um dos métodos mais utilizados
na produção de aço líquido
mundial;
• Capacidade superior a 100
toneladas de carga;
• Sopragem por meio da lança;
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
3. Conversor de sopro pelo topo – Conversor L-D ou BOP
✓ Oxigênio puro é soprado sob pressão
na superfície do gusa líquido;
✓ Temperaturas mais elevadas,
provocando reação violenta e
imediata além de enérgica agitação
do banho, facilitando e acelerando as
reações de oxidação.
✓ Pouca contaminação por nitrogênio
devido ao uso de oxigênio puro.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Descrição Conversor
Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal, para a
carga do gusa e descarga do aço. Não utiliza combustível e
seu revestimento refratário é de sílica.
A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido, é feita
pela parte de cima do conversor, por meio de uma lança
metálica. A contaminação do aço, por nitrogênio, é muito
pequena.
O revestimento refratário é feito com material básico que
resiste ao ataque da escória à base de cal e ainda permite
trabalhar com gusa com alto teor de fósforo.
Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a temperatura
chega a atingir entre 2.500°C e 3.000°C.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Descrição Conversor
Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal, para a
carga do gusa e descarga do aço. Não utiliza combustível e
seu revestimento refratário é de sílica.
Bessemer
A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido, é feita
pela parte de cima do conversor, por meio de uma lança
metálica. A contaminação do aço, por nitrogênio, é muito
pequena.
O revestimento refratário é feito com material básico que
resiste ao ataque da escória à base de cal e ainda permite
trabalhar com gusa com alto teor de fósforo.
Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a temperatura
chega a atingir entre 2.500°C e 3.000°C.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Descrição Conversor
Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal, para a
carga do gusa e descarga do aço. Não utiliza combustível e
seu revestimento refratário é de sílica.
Bessemer
A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido, é feita
pela parte de cima do conversor, por meio de uma lança
metálica. A contaminação do aço, por nitrogênio, é muito
pequena.
LD ou BOP
O revestimento refratário é feito com material básico que
resiste ao ataque da escória à base de cal e ainda permite
trabalhar com gusa com alto teor de fósforo.
Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a temperatura
chega a atingir entre 2.500°C e 3.000°C.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Descrição Conversor
Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal, para a
carga do gusa e descarga do aço. Não utiliza combustível e
seu revestimento refratário é de sílica.
Bessemer
A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido, é feita
pela parte de cima do conversor, por meio de uma lança
metálica. A contaminação do aço, por nitrogênio, é muito
pequena.
LD ou BOP
O revestimento refratário é feito com material básico que
resiste ao ataque da escória à base de cal e ainda permite
trabalhar com gusa com alto teor de fósforo.
Thomas
Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a temperatura
chega a atingir entre 2.500°C e 3.000°C.
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Descrição Conversor
Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal, para a
carga do gusa e descarga do aço. Não utiliza combustível e
seu revestimento refratário é de sílica.
Bessemer
A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido, é feita
pela parte de cima do conversor, por meio de uma lança
metálica. A contaminação do aço, por nitrogênio, é muito
pequena.
LD ou BOP
O revestimento refratário é feito com material básico que
resiste ao ataque da escória à base de cal e ainda permite
trabalhar com gusa com alto teor de fósforo.
Thomas
Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a temperatura
chega a atingir entre 2.500°C e 3.000°C.
LD ou BOP
Fabricação do aço – Processos Pneumáticos
Vantagens na utilização de 
conversores
Desvantagens na utilização de 
conversores
Alta capacidade de produção
Impossibilidade de trabalhar com 
sucata
Dimensões relativamente pequenas Perda de metal por queima
Simplicidade de operação
Dificuldade de controle do processo 
com respeito à quantidade de Carbono
Altas temperaturas geradas pelo calor 
que desprende no processo de 
oxidação dos elementos que 
constituem a carga de gusa líquido, e 
não pela queima de combustível
Presença de considerável quantidade 
de óxido de ferro e de gases, que 
devem ser removidos durante o 
vazamento
Fabricação do aço – Siemens-Martin
• Processo inventado visando a utilização de combustíveis como óleos e gás, ao
invés de aquecimento elétrico como é nos outros fornos utilizados em
aciarias;
• Estes fornos são carregados com:
1.Ferro gusa líquido vindo dos altos-fornos ou da redução direta do minério de ferro;
2.Sucata de ferro (40-60%);
3.Aditivos (fundentes).
• A oxidação das impurezas não se dá através do oxigênio injetado, e sim pela
redução dos óxidos de ferro das sucatas sob altas temperaturas que liberam
oxigênio capaz de oxidar tais impurezas;
Fabricação do aço – Siemens-Martin
• A grande dificuldade deste forno é o tempo utilizado para o processo (8 a 16
horas), muito superior a dos Conversores LD ou Fornos a Arco (cerca de 15
minutos), e a necessidade de utilização de muita sucata;
• Sua capacidade pode
chegar a 600 toneladas;
• Utiliza regeneradores para
aumentara eficiência
térmica do processo por
meio do pré-aquecimento
da mistura de gás e ar.
Fabricação do aço – Fornos elétricos
• Podem operar com até 100% de sucata;
• 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.
Fabricação do aço – Fornos elétricos
• Revestimento com materiais refratários
de natureza ácida ou básica;
1. Oxidação das impurezas e do carbono;
• Óxido contido na própria sucata;
• Oxigênio livre e gases de atmosfera do
forno;
• Oxigênio proveniente de calcinação do
calcáreo;
• Óxido de elementos de ligas
adicionados;
• Oxigênio injetado no banho.
Fabricação do aço – Fornos elétricos
1. Oxidação das impurezas e do carbono;
• Praticamente elimina C, Si, Mn e P;
• Elevadas temperaturas permitem a
subida de inclusões não metálicas que
são arrastadas por gases;
• O forno é, então, desligado e
basculado para que seja removida a
escória oxidante.
Fabricação do aço – Fornos elétricos
1. Oxidação das impurezas e do carbono;
2. Desoxidação - retirada dos óxidos com a
ajuda de agentes desoxidantes;
• Desoxidar o banho;
• Acertar a composição com a adição de
C, Si e Mn;
• Aquecer o banho à temperatura de
vazamento.
3. Dessulfuração – retirada do enxofre.
É um processo que permite o controle
preciso das quantidades de carbono
presentes no aço.
Fabricação do aço – Fornos elétricos
Forno elétrico por indução
• Para a produção do aço, liga-se o forno, e
os pedaços de sucata vão sendo colocados
dentro do forno, à medida que a carga vai
sendo fundida.
• Depois que a fusão se completa e que a
temperatura desejada é atingida,
adiciona-se cálcio, silício ou alumínio, que
têm a função de retirar os óxidos do
metal.
Fabricação do aço – Fornos elétricos
Vantagens na utilização de fornos 
elétricos
Desvantagens na utilização de fornos 
elétricos
Temperaturas mais altas Custo operacional 
Controle mais rigoroso da composição 
química do aço
Baixa capacidade de produção dos 
fornos
Melhor aproveitamento térmico
Ausência de problemas de combustão, 
por não existir chama oxidante
Processamento de sucata
Fabricação do aço
Assertiva Verdadeiro ou Falso?
O gusa é a única matéria-prima
utilizada na fabricação do aço.
É nos fornos elétricos que ocorre a
transformação de 100% de sucata em
ferro.
Nos fornos elétricos, é impossível
controlar a temperatura para a fusão
do gusa e da sucata.
O processo de transformação da sucata
em aço permite, também, a adição de
elementos de liga que melhoram as
propriedades do aço.
Fabricação do aço
Assertiva Verdadeiro ou Falso?
O gusa é a única matéria-prima
utilizada na fabricação do aço.
Falso
É nos fornos elétricos que ocorre a
transformação de 100% de sucata em
ferro.
Nos fornos elétricos, é impossível
controlar a temperatura para a fusão
do gusa e da sucata.
O processo de transformação da sucata
em aço permite, também, a adição de
elementos de liga que melhoram as
propriedades do aço.
Fabricação do aço
Assertiva Verdadeiro ou Falso?
O gusa é a única matéria-prima
utilizada na fabricação do aço.
Falso
É nos fornos elétricos que ocorre a
transformação de 100% de sucata em
ferro.
Verdadeiro
Nos fornos elétricos, é impossível
controlar a temperatura para a fusão
do gusa e da sucata.
O processo de transformação da sucata
em aço permite, também, a adição de
elementos de liga que melhoram as
propriedades do aço.
Fabricação do aço
Assertiva Verdadeiro ou Falso?
O gusa é a única matéria-prima
utilizada na fabricação do aço.
Falso
É nos fornos elétricos que ocorre a
transformação de 100% de sucata em
ferro.
Verdadeiro
Nos fornos elétricos, é impossível
controlar a temperatura para a fusão
do gusa e da sucata.
Falso
O processo de transformação da sucata
em aço permite, também, a adição de
elementos de liga que melhoram as
propriedades do aço.
Fabricação do aço
Assertiva Verdadeiro ou Falso?
O gusa é a única matéria-prima
utilizada na fabricação do aço.
Falso
É nos fornos elétricos que ocorre a
transformação de 100% de sucata em
ferro.
Verdadeiro
Nos fornos elétricos, é impossível
controlar a temperatura para a fusão
do gusa e da sucata.
Falso
O processo de transformação da sucata
em aço permite, também, a adição de
elementos de liga que melhoram as
propriedades do aço.
Verdadeiro
Fabricação do aço – Metalurgia Secundária
• O tratamento do aço na panela é uma
prática comum nas aciarias;
• Esta operação permite homogeneizar o
calor, ajustar composição química final
e ajustar a temperatura do aço;
• A maneira mais simples de tratar os
aços na panela consiste em adicionar
desoxidantes, dessulfurantes,
formadores de escória e pequenas
quantidades de elementos de liga.
Fabricação do aço – Refino Secundário
• Desoxidação - remoção do oxigênio;
• Dessulfuração - remoção do enxofre;
• Desgaseificação - remoção de hidrogênio e nitrogênio;
• Desfosforação - remoção de fósforo.
Fabricação do aço – Refino Secundário
• Desoxidação - remoção do oxigênio;
➢Adição de Al, Si e Mn;
➢Objetivo: Aumentar a temperatura (reação exotérmica) e promover
desoxidação do banho;
➢Agitação por borbulhamento de argônio ou por meio eletromagnético para
melhorar a transferência de calor no interior da panela, elimina as inclusões de
alumina e os gases hidrogênio e nitrogênio.
Fabricação do aço – Refino Secundário
• Desoxidação - remoção do oxigênio;
• Dessulfuração - remoção do enxofre;
3 CaO + 2 Al + 3S → 3 CaS + Al2O3
➢ Enxofre é fixado na escória como CaS.
Fabricação do aço – Refino Secundário
• Desoxidação - remoção do oxigênio;
• Dessulfuração - remoção do enxofre;
• Desgaseificação - remoção de hidrogênio e nitrogênio;
➢ O aço líquido é remetido a uma câmara de vácuo, onde uma considerável queda de
pressão faz com que este se desintegre em partes minúsculas;
➢ Este aumento na área de superfície permite uma melhor desgasificação do aço fundido.
2H → H2 (gás) 2N → N2 (gás) 
– 70% do hidrogênio pode ser removido – 25% do nitrogênio pode ser removido
Fabricação do aço – Refino Secundário
• Desoxidação - remoção do oxigênio;
• Dessulfuração - remoção do enxofre;
• Desgaseificação - remoção de hidrogênio e nitrogênio;
• Desfosforação - remoção de fósforo.
2P + 5 FeO→ P2O5 + 5Fe 
➢ Escória contendo 35 a 40% de CaO para fixação do P2O5; e
➢ Forte agitação.
Fabricação do aço – lingotamento
• Transforma o aço líquido em formas
sólidas de aço;
• Lingotamento contínuo e lingotamento
convencional.
Lingotamento convencional
• Forma mais antiga;
• O aço líquido é vazado em formas fechadas
de ferro fundido chamadas de lingoteiras;
• O produto é chamado de lingote;
• Menor produtividade;
• Menor padronização.
Fabricação do aço – lingotamento
• O lingotamento contínuo transforma o aço líquido em formas sólidas de aço por meio
da solidificação em moldes abertos;
• Antes de chegar ao molde, o aço passa pelo distribuidor, que irá controlar a vazão, a
temperatura e a composição química;
• O aço é moldado e solidificado de maneira progressiva da superfície para o núcleo do
veio;
• A forma é cortada em comprimentos pré-definidos em função da faixa de peso dos
produtos finais;
• O produtos podem ser blocos, tarugos ou placas;
• Esses produtos poderão ser laminados para barras, chapas ou fios máquina.
Fabricação do aço – lingotamento contínuo
../016_o_segredo_das_coisas.mp4
Referências Bibliográficas
Referências bibliográficas básicas
1. FILHO, Maurício Prates de Campos. Introdução à Metalurgia
Extrativa e Siderurgia. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e
Científicos; Campinas: Fundação de Desenvolvimento da
UNICAMP, 1981.
2. CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica – v.3 Materiais de
Construção Mecânica. 2ª ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986.
3. Seminário apresentado por Mathews Lima dos Santos na
Disciplina Química dos Materiais, lecionada pelo Prof. Ricardo
Cabral de Vasconcelos,no Curso de Engenharia Mecânica da
Universidade Federal de Campina Grande.
4. Callister Jr., W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução, LTC – Livros 
Técnicos e Científicos Editora S.A., 2002.
5. CALLISTER, WILLIAM D.; RETHWISCH, DAVID G. Ciência e Engenharia de Materiais: 
Uma Introdução. 9 ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 
2016.
6. Departamento de Ciência dos Materiais e Metalurgia – PUC, Rio
7. Chiaverini, V., Tecnologia Mecânica vol. I, vol. II e vol. III, Ed. Makron Books do Brasil
Ltda, 1986.
8. Luiz Antônio Araújo - Siderurgia - Editorial Lema Ltda, 1967.
Referências