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Disciplina: MIN238 – 11 ENGENHARIA DE PROCESSOS (Mineração) Prof. Miguel G. P. Sánchez - I - Semestre de 2010 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Minas INTRODUÇÃO À SIDERURGIA 1 Definição: Siderurgia é a parte da tecnologia metalúrgica que engloba os processos de obtenção de produtos à base de ferro (gusa, ferro esponja, aços comuns e especiais), na forma de graneis (ferro-esponja), lingotes (gusa), laminados planos, tubulares e perfilados (aços comuns e especiais); com características de qualidade requeridos pelo mercado consumidor: Industria automobilística, eletro-domésticos, construção em geral, química, mecânica, petroquímica e fundições. (entre outros) Introdução à Siderurgia Metalurgia é o arte e ciência de obter metais dos minerais (metalurgia extrativa) e adaptar- lhes às necessidades do ser humano (metalurgia física ou metalurgia). Homem primitivo obteve ferro dos meteoritos < 2000 AC, sugerem que o ferro foi empregado na China e Índia 1700 AC os hititas utilizaram buracos na terra para aquecer carvão vegetal e minério de ferro para obter uma massa pastosa (reduzida ou ferro esponja), a qual era batida para desprender as impurezas e escórias e logo forjada. Entre 1100 AC e 500 AC o conhecimento se estendeu e foi evoluindo com as contribuições de cada povo (Egipto, Grécia, Áustria, Itália, França, Espanha, .....) No século XIV, combinam-se as tecnologias de altos fornos + alternabilidade de camadas de carvão e minério + ar insuflado, obteve-se um metal líquido (ferro gusa), este ferro resulto quebradiço, mas podia-se vazar em lingotes e logo refinado. XV, se utiliza a força motriz da água 1785, utilização do coque 1856, Bessener / 1878 Thomas ........... Introdução à Siderurgia MeO + CO = Me +CO2 C + CO2 = 2CO ee-- REDUÇÃOMe+n Metal no Minério Me0 Metal na forma SimplesCorrosãoCorrosão ee-- Purificação do metal Conformação Extração da Mina Beneficiamento do minério Redução (Minério + agente redutor) (Carvão, óleo, gás) Introdução à Siderurgia Fornos primitivos utilizados na produção de ferro Fabricação de forno de secção quadrada o circular (0,5 a 0,90m e entre 4 a 5m de altura). Introdução à Siderurgia (pré-alto-forno) Pré-aquecimento com carvão vegetal (CV) Carga de minério e escória de ferro Adesão de C.V. + contínuo soprado de ar Nível de ferro Destruição do forno ou sangria do ferro Separação a martelo da escória e ferro esponja Ferro Gusa Laminação Balística, grades Carburização do ferro a temperaturas entre 1000 e 1300 °C: 3Fe + 2 CO = Fe3C + CO2 Temperatura de fusão da fundição: 1150 a 1350°C Temperatura do forno: 1300 a 1400°C a) Fe3O4 + ganga � separação manual da ganga Introdução à Siderurgia b) Fe3O4 concentrado + carvão vegetal � carregados em forno de argila c) Combustão incompleta do carvão � redução dos óxidos � ferro metálico d) Precipitação de uma escória rica em FeO (60%) e SiO2 � retirada e reaproveitada e) Manutenção pelo menos 24 horas a temperaturas entre 1100 e 1150°C f) Ruptura das paredes de argila � obtenção de massa esponjosa de ferro e impurezas (ganga + restos de carvão) g) Trituração (martelo) � Separação manual do carvão e ganga � moagem fina (almofariz) � separação de areia, escória e carvão h) Ferro esponja é colocado em um crisol (fechado para evitar oxidação) � 1000 °C � bloco de ferro � forjados � recosido ao ar � forjado e temple � produtos Obtenção de fundição em fornos de maior altura (3, 5 e 7m) 1.180 a 1.205Escória silicatadas de ferro 1.371FeO 1.583 a 1.597Fe2O3 ; Fe3O4 3,50 1,00 0,10 % aprox. de carbono 1.465Aço 1.539Ferro Temperatura de fusão (°C) Material 1.230Ferro Gusa (Arrabio, Fundição, Pig Iron) Introdução à Siderurgia (primitivo alto forno) < carga de carvão < altura de carga Alta temperatura Redução do minério > Absorção de carbono Ferro esponja 5 a 50Kg, < C Fundição carburada Ferro Gusa 300 a 500Kg, > C Redução direta > carga de carvão > altura de carga > soprado Refino em fornos baixos < C Introdução à Siderurgia Obtenção de ferro em dois etapas: 1. Fundição em alto forno. Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 (redução do minério e obtenção do ferro) 3Fe + 2 CO = Fe3C + CO2 (Carburização do ferro e fundição) 2. Obtenção de ferro em estado pastoso por afino oxidante da fundição em fornos baixos de afino. A oxidação é produzida pelo oxigênio do ar e do FeO da escória. C + O2 = CO2 (oxidação do carbono da fundição pelo oxigênio do ar) C + FeO = CO + Fe (Oxidação do carbono da fundição pelo oxido de ferro da escória) Nos fornos baixos, a temperatura alcançava > 1.400°C onde a fundição gotejava, escoando às áreas de maior temperatura (janelas de soprado) � oxidando-se a fundição � diminuição do “C” � massa metálica pastosa. Nos procedimentos de redução-direta, o ferro mantinha-se durante todo o processo na forma pastosa (t < 1539°C) Introdução à Siderurgia Obtenção de ferro durante afino 1. Em seqüência de redução: Si ���� Mn ���� Fe 2. Mas por abundancia: 2 Fe + O2 = 2 FeO (desde o inicio) C + FeO = CO + Fe Si + 2 FeO = SiO2 + 2 Fe Mn + FeO = MnO + Fe 3. A Si, alongava o período de formação da fundição e parte do Fe passava à escória: fundição branca (<0,80% Si) e fundição cinza (aprox. 3% Si). 4. O Manganês produzia escórias pouco reativas. Introdução à Siderurgia Ferro Gusa (ferro de primeira fusão) Atualmente corresponde à maior parte do ferro empregado na produção de aço. Obtido como primeira fusão da redução de óxido de ferro (minério, sinter e/ou pellets) em alto-forno. Contem em torno de 4% de carbono “C” sob forma de cimentita (Fe3C) Possui como principais impurezas o silício (0,3 a 2%), o enxofre (0,01 a 1%), o fósforo (0,05 a 2%) e o manganês (0,5 a 2%). A principal característica física é ser duro, porém com baixa resistência mecânica com poucas aplicações onde não se precise muito esforço mecânico. Coque + Fundentes Escória de resíduo Escória de resíduo Minério de Ferro Beneficiamento Alto teor Baixo teor finosGraúdos (lump) Sinterização, Pelotização Rejeitos Redução em Alto Forno Aço S-M básico Conduto de pó F u m a ç a Refinamento Forno Siemens – Martin (open hearth furnace) Refinamento em Conversor a oxigeno soprado (LD) ou Bessemer Sucata Aço LD ou Bessemer GUSAGUSA Fluxograma de uma Usina Integrada S i d e r u r g i a S i d e r u r g i a - - P r o c e s s o s P r o c e s s o s Introdução à Siderurgia A Industria Siderúrgica esta compostas por três tipos de empresas produtoras de aço: - Usinas Integradas: operam todas as fases do processo – preparação, redução, refino e conformação. - Semi-integradas: processam sucata, gusa ou ferro-esponja, nas fases de refino e conformação. - Não-integradas: operam na fase de redução Preparação Redução Refino Conformação Introdução à Siderurgia INDUSTRIA SIDERURGICA INTEGRADA SEMI – INTEGRADA Minério Redução Aço liquido Moldagem Conformação Redução Aço liquido Moldagem Conformação Processos de redução de minério de ferro Processos de conformação mecânica Usina Integrada a Coque - Fluxograma Simplificado Ferro Gusa M i n é r i o d e F e r r o Granulado AF E / OU SINTERIZAÇÃO SinterSinter Feed Pelota AF E / OU Carvão COQUERIA Coque Fundente PLACAS . Bobinas . Tubos c/ Costura . Chapas TARUGOS. BARRAS . FIO MÁQUINA . VERGALHÕES BLOCOS . PERFIS ESTRUTURAIS . TRILHOS E TALHAS ALTO FORNO LINGOTAMENTO Aço Líquido CONVERSOR LAMINAÇÃO Usina Integrada Redução Direta - Fluxograma Simplificado M i n é r i o d e F e r r o Pelota RD E / OU Granulado RD Ferro Esponja Sucata PLACAS . BOBINAS . TUBOS C/ COSTURA . CHAPAS TARUGOS . BARRAS . FIO MÁQUINA , VERGALHÕES BLOCOS . PERFIS ESTRUTURAIS . TRILHOS E TALHAS Gás Natural REFORMADOR Gás Redutor REDUÇÃO DIRETA FORNOELÉTRICO Aço Líquido LINGOTAMENTO LAMINAÇÃO Tiposbásicos de fornos: Fornos de cubaXVFornos de potesVI Fornos de andaresXIVFornos de galeriaV Fornos rotativosXIIIFornos de muflaIV Fornos de fusão e concentraçãoXVICaldeiras de vaporVIII Fornos de retortas Convertidores Fornos rotativos Forno de cuba Fornos de tanqueXII Fornos de reverberoIXI CHAMA DIRETACARGA MISTA Fornos de câmaraXIIII Fornos de galeriaXIIRECIPIENTE FECHADO VII CALDEIRA ABERTA Introdução à Siderurgia
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