Obtenção de Aço pelo Processo LD

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<p>Obtenção do aço pelo processo LD</p><p>Características do processo LD</p><p>(Linz e Donawitz)</p><p>A transformação do gusa líquido em aço envolve:</p><p>a) a diminuição dos teores de carbono, silício, fósforo,</p><p>enxofre e nitrogênio a níveis bastante baixos:</p><p>b) a adição de sucata ou minério de ferro</p><p>para ajustar a temperatura do aço bruto;</p><p>c) o ajuste dos teores de carbono, manganês,</p><p>elementos de liga e da temperatura</p><p>no forno ou na panela de vazamento.</p><p>Obtenção do aço pelo processo LD</p><p>As vantagens do processo LD (Linz e Donawitz)</p><p>• Rapidez da transformação do gusa em aço.</p><p>• Reaproveitamento da sucata de recirculação (gerada dentro da</p><p>própria usina) que corresponde a 23% do aço bruto. Essa sucata</p><p>é isenta das impurezas, o que não ocorre com a sucata externa</p><p>(ferro velho) que pode conter uma série de elementos</p><p>contaminantes.</p><p>Resumo</p><p>Obtenção do aço pelo processo</p><p>LD</p><p>O oxigênio é introduzido no</p><p>processo LD das seguintes formas:</p><p>a) Por cima – através de uma lança</p><p>suspensa localizada na boca do conversor.</p><p>b) Pelo fundo – através de tubeiras</p><p>constituídas de dois tubos concêntricos.</p><p>c) Combinados – normalmente injetando</p><p>oxigênio por cima através de uma lança, e</p><p>o gás inerte pelo fundo do conversor.</p><p>Sequência de operação</p><p>(Parte I)</p><p>Sequência de operação</p><p>(Parte II)</p><p>Reações que ocorrem no conversor</p><p>A oxidação das impurezas ocorre através do sopro de</p><p>oxigênio que se combina primeiramente com o ferro formando</p><p>FeO, e depois as seguintes reações:</p><p>Si + 2eO → SiO2 + 2Fe</p><p>Mn + FeO → MnO + Fe</p><p>2P + 5FeO → P2O5 + 5Fe</p><p>P2O5 + 3CaO → P2O5.3CaO</p><p>FORNO PANELA</p><p>FORNO PANELA</p><p>FORNO PANELA</p><p>FORNO PANELA</p><p>Forno Conversor</p><p>Forno Panela</p><p>Uma estação completa de refino secundário do tipo forno panela</p><p>combina:</p><p>• Aquecimento do aço líquido por meio do calor gerado por um arco elétrico;</p><p>• Ajuste fino de composição química com adições de ferroligas;</p><p>• Injeção (borbulhamento) de gás inerte para agitação do banho metálico;</p><p>• Adição de escórias sintéticas para ajuste de composição (dessulfuração)</p><p>• Dispositivos para medição de temperatura do aço líquido;</p><p>• Dispositivos para coleta de amostras do aço líquido e da escória;</p><p>• Computadores de processo para monitoramento e controle das</p><p>operações.</p><p>Forno Panela</p><p>Desta forma, a estação cumpre basicamente as funções de:</p><p>• Efetuar ajuste da temperatura do aço líquido;</p><p>• Propiciar adequado sincronismo entre os convertedores e as máquina de</p><p>lingotamento contínuo;</p><p>• Realizar a homogeneização de composição química e temperatura do aço</p><p>líquido;</p><p>• Efetuar ajuste da composição química do aço líquido, inclusive com a</p><p>dessulfuração e a desoxidação do aço;</p><p>• Permitir atender aos requisitos de faixas estreitas de composição química,</p><p>devido à maior estabilidade nos rendimentos das adições;</p><p>• Em situações de emergência na aciaria, possibilita também, a retenção de</p><p>corridas na panela por períodos de várias horas</p><p>https://pt.linkedin.com/pulse/no%C3%A7%C3%B5es-</p><p>b%C3%A1sicas-sobre-refino-do-a%C3%A7o-em-forno-panela-</p><p>da-alves-maranh%C3%A3o</p><p>https://pt.linkedin.com/pulse/no%C3%A7%C3%B5es-b%C3%A1sicas-sobre-refino-do-a%C3%A7o-em-forno-panela-da-alves-maranh%C3%A3o</p><p>https://pt.linkedin.com/pulse/no%C3%A7%C3%B5es-b%C3%A1sicas-sobre-refino-do-a%C3%A7o-em-forno-panela-da-alves-maranh%C3%A3o</p><p>https://pt.linkedin.com/pulse/no%C3%A7%C3%B5es-b%C3%A1sicas-sobre-refino-do-a%C3%A7o-em-forno-panela-da-alves-maranh%C3%A3o</p><p>Escória da Aciaria</p><p>Durante o processo de elaboração do aço, a escória é um</p><p>material necessário apesar de ser nulo (praticamente) o seu valor</p><p>comercial.</p><p>A sua função é controlar a composição química do aço</p><p>durante a sua fabricação, proporcionando reações químicas na</p><p>região de contato entre eles (na interface metal/escória).</p><p>É composta basicamente de óxidos:</p><p>CaO, SiO2, FeO, MnO, MgO, Al2O3</p><p>DESFOSFORAÇÃO</p><p>O fósforo tem uma grande afinidade pelo ferro e tende a formar</p><p>compostos do tipo Fe3P e Fe2P. Normalmente se busca diminuir a quantidade</p><p>de fósforo no aço por causa das características deletérias deste elemento,</p><p>traduzido como fragilidade a frio. A desfosforação é realizada com auxílio de</p><p>escórias. Numa escória, o fósforo se encontra no estado oxidado. Para eliminar</p><p>o fósforo do ferro recorre-se à oxidação:</p><p>Características quanto à</p><p>composição química</p><p>Escória básica – quando a quantidade de CaO dividida pela</p><p>quantidade de SiO2, for maior que 1.</p><p>Essa escória é básica, pois o resultado dessa divisão é maior que 1. Observe</p><p>que quanto mais CaO na escória, a tendência é que ela seja mais básica.</p><p>Escória ácida – da mesma forma, a escória é acida se quando</p><p>dividida a quantidade de CaO pela quantidade de SiO2, o resultado da divisão</p><p>for menor do que 1.</p><p>Tratamento</p><p>do gás obtido</p><p>no conversor</p><p>DESSULFURAÇÃO DO AÇO</p><p>O enxofre é um elemento extremamente nocivo no aço, agindo em</p><p>particular, sobre a propriedade de transformação mecânica do metal</p><p>(laminação, forjamento). Um aço com teor de enxofre muito elevado implica</p><p>na fragilidade a quente e não pode ser laminado ou forjado sem trincar.</p><p>São condições necessárias para dessulfuração:</p><p>• Operar em presença de escória bem desoxidada (escória redutora).</p><p>• Operar em presença de escória básica (necessidade de cal livre para</p><p>remoção de maior quantidade de S).</p><p>• A escória deve estar suficientemente fluida, para intensificar as reações</p><p>com o banho metálico.</p><p>• Ter presença de Mn.</p><p>• Ter agitação conveniente escória–metal.</p><p>Mecanismo da dessulfuração</p><p>Obtenção de Ferro Esponja</p><p>Obtenção de Ferro Esponja</p><p>Os processos de redução direta são processos</p><p>metalúrgicos para obtenção de ferro a partir de seus</p><p>minérios, sem que haja a fusão da carga metálica</p><p>durante o processo.</p><p>O produto de redução direta de minérios de ferro é</p><p>denominado ferro-esponja que tem como objetivo</p><p>substituir o gusa sólido ou a sucata utilizados como</p><p>matérias-primas na fabricação de aços.</p><p>A redução direta encontra várias limitações, como:</p><p>• A obtenção de energia barata.</p><p>• A oferta de sucata de alta qualidade</p><p>nos países industrializado.</p><p>Processo MIDREX</p><p>Processo MIDREX</p><p>A carga metálica</p><p>(minério ou pelotas) é</p><p>carregada em forno de</p><p>cuba.</p><p>Processo MIDREX</p><p>O gás de goela parcialmente exaurido contém 70% de CO</p><p>e H2. Ao sair do forno, passa por um lavador onde é resfriado</p><p>para condensar a água e separar as poeiras arrastadas. A maior</p><p>parte desse gás é misturada com gás natural, pré-aquecida a</p><p>400oC e levada à unidade do “reformador”. Pela ação do</p><p>catalisador (pentóxido de vanádio) a mistura de gases forma CO</p><p>e H2, conforme as reações</p><p>https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/sponge-iron</p><p>Analogia entre os processos direto e</p><p>indireto da redução do minério de</p><p>ferro</p><p>VANTAGENS</p><p>• Menor número de operações unitárias: redução e forno elétrico versus</p><p>coqueria, sinterização, alto-forno, conversor e às demais unidades auxiliares.</p><p>• Menor investimento total: o custo das unidades de redução de fabricação</p><p>do aço é praticamente igual. A diferença está na sinterização e coqueria que</p><p>excedem largamente o custo da usina geradora de eletricidade do processo</p><p>de redução direta.</p><p>Analogia entre os processos direto e</p><p>indireto da redução do minério de</p><p>ferro</p><p>VANTAGENS</p><p>• Não há manuseio de metal líquido: o ferro-esponja pode ser estocado,</p><p>permitindo que o forno elétrico opere independentemente da redução direta.</p><p>Uma usina convencional exige que a aciaria esteja locada ao lado do alto-</p><p>forno.</p><p>• Flexibilidade no volume operacional: para se adaptar às condições do</p><p>mercado, a redução direta pode trabalhar até a 30% de sua capacidade,</p><p>enquanto o alto-forno não funciona bem abaixo de 80%.</p><p>Analogia entre os processos direto e</p><p>indireto da redução do minério de</p><p>ferro</p><p>VANTAGENS</p><p>• Sistema de gases mais simples, especialmente nas unidades de redução</p><p>direta trabalhando com gás natural; a usina convencional tem que tratar e</p><p>utilizar os gases do alto-forno, da coqueria</p><p>e do conversor.</p><p>• Menos rejeito sólido: com redução direta/forno elétrico gera-se apenas</p><p>uma escória, enquanto que com alto-forno/conversor são produzidas duas,</p><p>além de pó de coletor e do moinho de coque.</p><p>Analogia entre os processos direto e</p><p>indireto da redução do minério de</p><p>ferro</p><p>VANTAGENS</p><p>• Maior flexibilidade no emprego de sucata: com redução direta/forno</p><p>elétrico pode-se trabalhar entre 0 a 100% de sucata, enquanto com alto-</p><p>forno/conversor só até 30%.</p><p>• Menor tempo de implantação: com redução direta/forno elétrico, entre 2 e</p><p>4 anos e com alto-forno/conversor, entre 5 a 6 anos.</p><p>• O rápido aumento do lingotamento contínuo resultou na diminuição de</p><p>sucata gerada internamente na usina de aço, fazendo que o forno elétrico</p><p>passe a comprar maiores quantidades de sucata de obsolescência.</p><p>CLASSIFICAÇÃO DOS</p><p>AÇOS QUANTO A</p><p>COMPOSIÇÃO</p><p>QUÍMICA</p><p>• Aço Carbono</p><p>• Ferro Fundido</p><p>• Aços baixa liga</p><p>• Aços alta liga</p><p>Esta Norma estabelece a</p><p>designação numérica empregada para</p><p>identificar os aços carbono e ligados para</p><p>construção mecânica, de acordo com a sua</p><p>composição química.</p><p>ABNT NBR NM 87:2000</p><p>https://www.materiais.gelsonluz.com/2017/12/classificacao-sae-dos-acos.html</p><p>Aços x Ferro Fundido</p><p>Aços</p><p>Aços Carbono Aços Liga</p><p>Ligas Fe+C com %C</p><p>entre 0,008 e 2,11</p><p>FeFo</p><p>Maleável</p><p>Cinzento Nodular</p><p>Ligas Fe+C+Si com</p><p>%C entre 2,11 e 6,67</p><p>Branco</p><p>Aços Carbono</p><p>Aços Liga</p><p>Baixa liga</p><p>Alta liga</p><p>% Elem Liga < 5%</p><p>% Elem Liga > 5%</p><p>Baixo</p><p>Médio</p><p>Alto</p><p>0,008 < %C < 0,3</p><p>0,3 < %C < 0,5</p><p>0,5 < %C < 2,11</p><p>Aços</p><p>Características</p><p>dos</p><p>Aços</p><p>• Densidade 7,8 g/cm3</p><p>• Temp. fusão entre 1250 a 1450oC</p><p>Limitações dos Aços Carbono</p><p>• Possuem baixa resistência ao impacto em baixa</p><p>temperatura</p><p>• Baixa resistência a corrosão.</p><p>• Fácil oxidação em elevadas temperaturas.</p><p>Principais elementos adicionados aos Aços Carbono</p><p>Ni, Cr, Mo, Mn, Si e V.</p><p>Características</p><p>dos Aços Carbono</p><p>Aços Carbono Tratáveis Termicamente</p><p>• Aços Baixo Carbono com 0,10 a 0,25% C</p><p>Podem ser temperados e revenidos para aumentar a resistência</p><p>São cementados ou tratados superficialmente</p><p>• Aços Médio Carbono com 0,25 a 0,55% C</p><p>São os mais usados devido ao teor de C são temperados e revenidos</p><p>• Aços Elevado Carbono com 0,55 a 1,0% C</p><p>Apresentam maior LR e menor ductilidade do que os médio C</p><p>Características dos Aços</p><p>Carbono</p><p>AISI – American Iron and Steel Institute</p><p>SAE – Society of Automotive Engineers</p><p>ASTM – American Society for Testing and Materials</p><p>ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas</p><p>%C * 100</p><p>Ex.: ABNT 1045 – Aço carbono com 0,45 %C</p><p>CLASSIFICAÇÃO SEGUNDO A</p><p>COMPOSIÇÃO</p><p>ABNT 10 XX</p><p>Baixo</p><p>Médio</p><p>Alto</p><p>44</p><p>Características químicas</p><p>do aço carbono</p><p>1. Até 1,65% de Mn;</p><p>2. Até 0,25% de Si;</p><p>3. Até 0,04% P;</p><p>4. Até 0,05% S;</p><p>Aço carbono é uma liga Fe+C, mas pode conter</p><p>outros elementos residuais do processo siderúrgico.</p><p>45</p><p>Aplicações dos aços carbono</p><p>1. São usados quando não existem requisitos de</p><p>resistência mecânica e resistência à corrosão muito</p><p>severa.</p><p>2. Quando a temperatura de utilização não é elevada</p><p>3. Geralmente os aços ao carbono necessitam de um</p><p>revestimento (pintura, galvanização...)</p><p>Vantagens:</p><p>• Custo relativamente baixo</p><p>• Pouca exigência de</p><p>tratamentos térmicos</p><p>46</p><p>Aplicações dos aços carbono</p><p>NAVIOS</p><p>AUTOMÓVEIS</p><p>MOLAS</p><p>• Aço “macio” com %C entre 0,18 e 0,23 para facilitar</p><p>a soldagem</p><p>• Lataria: 1006, 1008</p><p>• Suspensão e direção: 1021~1046</p><p>• Motor: 1046, 1049, 1041 (biela), 1041 (pino do</p><p>êmbolo), 1040, 1010 (martelo), 1041, 1547 (válv.</p><p>Admissão)</p><p>• Transmissão: 1024, 1036, 1045 end.</p><p>superficialmente</p><p>• 1050, 1070, 1095 temp. e revenidos</p><p>Aplicações dos aços carbono</p><p>48</p><p>Efeito da adição de elementos de liga</p><p>1. Melhorar as propriedades mecânicas através do aumento da</p><p>temperabilidade.</p><p>2. Permite o uso de temperaturas de revenimento mais</p><p>elevadas mantendo em uso a elevada dureza e boa dutilidade.</p><p>3. Melhorar as propriedades mecânicas em altas e baixas</p><p>temperaturas.</p><p>4. Melhorar a resistência a corrosão e a oxidação em elevadas</p><p>temperaturas.</p><p>5. Melhorar propriedades tais como resistência a abrasão e</p><p>fadiga.</p><p>Aços ligados</p><p>49</p><p>Aços ligados</p><p>Aços ao carbono em que são adicionados outros</p><p>elementos de liga para modificar as propriedades</p><p>químicas, mecânicas ou tecnológicas.</p><p>Aços Baixa liga</p><p>Aços Alta liga</p><p>A soma dos elementos de liga</p><p>adicionados não ultrapassa 5%</p><p>A soma dos elementos de liga</p><p>adicionados é maior que 5%</p><p>50</p><p>FORMA COMO SE ECONTRAM</p><p>OS ELEMENTOS DE LIGA</p><p>DISSOLVIDOS NA</p><p>MATRIZ</p><p>FORMANDO</p><p>CARBONETOS</p><p>FORMANDO COMPOSTOS</p><p>INTERMETÁLICOS</p><p>51</p><p>• Propriedades dependem do tratamento térmico e % de</p><p>deformação plástica</p><p>• Elevada rigidez</p><p>• Podem atingir elevada resistência e dureza</p><p>• Material por excelência para construção mecânica</p><p>Aços baixa liga</p><p>52</p><p>Efeito dos elementos de liga</p><p>1. Formadores de carbonetos</p><p>Ti, Nb, V, Ta, W, Mo, Cr e Mn</p><p>2. Não formadores de carbonetos</p><p>Si, Al, Cu, Ni, Co, P e Zr</p><p>3. Formadores de nitretos</p><p>Al, Si, Mo, Cr, B, Ti, Nb</p><p>4. Elementos formadores de carbonitreto</p><p>Cr, V, Nb, Ti.</p><p>53</p><p>54</p><p>Classificação</p><p>ABNT dos aços</p><p>carbono e baixa</p><p>liga</p><p>Aços Alta liga</p><p>Aços especiais que necessitam de resistência ao</p><p>desgaste, corrosão, a temperaturas elevadas ou com alta</p><p>resistência mecânica.</p><p>Nestas situações o emprego de aços-carbono é</p><p>impraticável.</p><p>• Dureza à temperatura</p><p>ambiente</p><p>• Resistência ao</p><p>desgaste</p><p>• Temperabilidade</p><p>• Tenacidade</p><p>• Resistência Mecânica</p><p>• Dureza a quente</p><p>Aços Alta liga</p><p>Aços inoxidáveis</p><p>Composição - Cr, C, Ni</p><p>Características Gerais</p><p>• resistência a corrosão e oxidação</p><p>• boas propriedades mecânicas a T elevadas</p><p>• boa tenacidade - aços austeníticos</p><p>• dureza e resistência a corrosão - aços martensíticos</p><p>Aplicações</p><p>• indústria química</p><p>• indústria alimentícia</p><p>• elevada temperatura (oxidação)</p><p>• baixa temperatura (tenacidade)</p><p>• Fenômeno da Passivação</p><p>• película estável</p><p>• impermeável</p><p>• aderente</p><p>• alta veloc. formação</p><p>• Tipos de Corrosão</p><p>• corrosão intergranular - sensitização</p><p>• corrosão sob tensão - meios agressivos (soluções de Cl)</p><p>• corrosão por pites - meios com solução aquosa de Cl e Br</p><p>• Sensitização - corrosão intercristalina</p><p>• diminuição teor de Cr - corrosão intergranular</p><p>• solução: C em baixos teores < 0,1%</p><p>uso de elementos de liga - Ti, V, Nb</p><p>teor de Cr acima de 12%</p><p>tratamento térmico</p><p>Aços Alta liga</p><p>Aços inoxidáveis</p><p>Classificação ABNT dos aços inoxidáveis</p><p>Influência dos elementos de liga</p><p>• Carbono (C):</p><p>– Melhora a resistência mecânica;</p><p>– Prejudica a ductilidade (dobramento) e tenacidade;</p><p>– A cada 0,01% de aumento do teor de carbono o limite de</p><p>escoamento aumenta em ~ 0,35MPa.</p><p>• Manganês (Mn):</p><p>– Melhora a resistência mecânica;</p><p>– Prejudica a soldabilidade (menos que o ‘C’);</p><p>• Silício (Si):</p><p>– Aumenta a resistência mecânica e à corrosão;</p><p>– Diminui a soldabilidade;</p><p>• Enxofre (S):</p><p>– Muito prejudicial;</p><p>– Desfavorece a ductilidade</p><p>e diminui a soldabilidade;</p><p>– Teor limitado a 0,05%.</p><p> Fósforo (P):</p><p>› Melhora a resistência mecânica e à corrosão;</p><p>› Prejudica a ductilidade (dobramento) e soldabilidade;</p><p>› Pode tornar o aço quebradiço.</p><p> Cobre (Cu):</p><p>› Aumenta a resistência À corrosão.</p><p> Níquel (Ni):</p><p>› Aumenta a resistência a abrasão e à corrosão;</p><p>› Diminui a soldabilidade.</p><p> Cromo (Cr):</p><p>› Aumenta a resistência a abrasão e à corrosão;</p><p>› Diminui a soldabilidade;</p><p>› Melhora o desempenho a temperaturas elevadas.</p><p> Nióbio (Nb):</p><p>› Consegue-se boa resistência mecânica com boa soldabilidade.</p><p> Titânio (Ti):</p><p>› Aumenta resistência mecânica e à abrasão;</p><p>› Bom desempenho sob temperatura elevada.</p><p>Influência dos elementos de liga</p><p>Resumo conteúdos da aula de hoje</p><p>Processos de produção de aço, contendo:</p><p>revisão do conversor LD</p><p>Adição dos elementos de liga no forno panela</p><p>Produção do aço via processo de redução direta</p><p>Classificação dos aços</p><p>Aula síncrona 06 ferro esponja e fechamento do aço.pptx</p><p>Slide 1: Obtenção do aço pelo</p><p>processo LD</p><p>Slide 2: Obtenção do aço pelo processo LD</p><p>Slide 3: Resumo</p><p>Slide 4: Obtenção do aço pelo processo LD</p><p>Slide 5: Sequência de operação (Parte I)</p><p>Slide 6: Sequência de operação (Parte II)</p><p>Slide 7</p><p>Slide 8: Reações que ocorrem no conversor</p><p>Slide 9: FORNO PANELA</p><p>Slide 10: FORNO PANELA</p><p>Slide 11: FORNO PANELA</p><p>Slide 12: FORNO PANELA</p><p>Slide 13: Forno Conversor</p><p>Slide 14: Forno Panela</p><p>Slide 15: Forno Panela</p><p>Slide 16</p><p>Slide 17: Escória da Aciaria</p><p>Slide 18</p><p>Slide 19: Características quanto à composição química</p><p>Slide 20: Tratamento do gás obtido no conversor</p><p>Slide 21: DESSULFURAÇÃO DO AÇO</p><p>Slide 22: Mecanismo da dessulfuração</p><p>Slide 23: Obtenção de Ferro Esponja</p><p>Slide 24: Obtenção de Ferro Esponja</p><p>Slide 25: Processo MIDREX</p><p>Slide 26: Processo MIDREX</p><p>Slide 27</p><p>Slide 28: Processo MIDREX</p><p>Slide 29</p><p>Slide 30</p><p>Slide 31: Analogia entre os processos direto e indireto da redução do minério de ferro</p><p>Slide 32</p><p>Slide 33: Analogia entre os processos direto e indireto da redução do minério de ferro</p><p>Slide 34: Analogia entre os processos direto e indireto da redução do minério de ferro</p><p>Slide 35</p><p>Slide 36</p><p>Slide 37</p><p>Slide 38</p><p>Slide 39</p><p>Slide 40</p><p>Slide 41</p><p>Slide 42</p><p>Slide 43</p><p>Slide 44</p><p>Slide 45</p><p>Slide 46</p><p>Slide 47</p><p>Slide 48</p><p>Slide 49</p><p>Slide 50</p><p>Slide 51</p><p>Slide 52</p><p>Slide 53</p><p>Slide 54</p><p>Slide 55</p><p>Slide 56</p><p>Slide 57</p><p>Slide 58</p><p>Slide 59</p><p>Slide 60: Influência dos elementos de liga</p><p>Slide 61: Influência dos elementos de liga</p><p>Slide 62</p>