Materiais Mecânicos I Produtos Siderúrgicos parte 1

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PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.1. Conceito: 
São todos os produtos à base de Ferro:
A) AÇOS
B) FERROS 
FUNDIDOS
Materiais utilizados como produtos finais 
para fabricação de peças. A diferença 
entre ambos está:
• na composição química, 
• nas suas diferentes propriedades e 
• no processo de obtenção
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.1. Conceito: 
São todos os produtos à base de Ferro:
C) FERRO 
GUSA
D) FERROS 
LIGAS
• Não são um produto de consumo final e sim intermediário (não 
existe uma peça de ferro gusa ou de ferro ligas)
• O Ferro gusa é produzido pela redução do minério de ferro o qual 
será refinado posteriormente para obtenção do aço
• Os Ferro ligas são produtos de ferro com algum outro elemento 
metálico em elevada proporção. Os ferro ligas são adicionados ao 
aço durante sua elaboração com a finalidade de ser incorporado 
ao mesmo e assim melhorar algumas de suas propriedades como 
resistência mecânica, endurecibilidade, resistência à corrosão, etc.
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.2. Importância dos Produtos Siderúrgicos no contexto da Engenharia 
• O Engenheiro de modo geral convive durante toda a sua vida profissional com produtos 
siderúrgicos
• Os produtos siderúrgicos são largamente utilizados
Quais peças do carro são de aço?
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.2. Importância dos Produtos Siderúrgicos no contexto da Engenharia 
Quais peças do carro são de aço?
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.2. Importância dos Produtos Siderúrgicos no contexto da Engenharia 
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
Produção mundial 
de aço bruto
1.2. Importância dos Produtos Siderúrgicos no contexto da Engenharia 
Mt = milhões de toneladas
1600 Mt = Um bilhão e 
seiscentos milhões de 
toneladas
1600 000 000 toneladas
Ferros fundidos: 70 Mt
Alumínio= 50 Mt
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
Brasil: 
Produção de Aço ≈ 40 Mt ; 
Ferro Fundido ≈ 3 Mt
Alumínio primário ≈ 1,0 Mt
1.2. Importância dos Produtos Siderúrgicos no contexto da Engenharia 
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.3. Por que o aço é tão utilizado? 
a) Baixo custo
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.3. Por que o aço é tão utilizado? 
a) Baixo custo
Qualquer produto 1,99 R$ Alcatra 18,00 R$/kg Aço 3,00 R$/kg
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução:
a) Baixo custo
Carro:
56 % no peso do carro
8 % no valor de venda do carro
Linha Branca
55 % no peso da geladeira
10 % no valor de venda da 
geladeira
75 % no peso do fogão
18 % no valor de venda do fogão
Prédio
4,6% no custo da obra
2,0% no valor de venda de 
um prédio médio
1.3. Por que o aço é tão utilizado? 
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.3. Por que o aço é tão utilizado?
b) Elevada resistência:
LE = 200 a 1400 MPa ; 
LRT = 300 a 2200 MPa
(1MPa = 1 N/mm2 = 0,102 kgf/mm2 = 145 psi = 
0,145 ksi ; 1 kgf/mm2 =9,81MPa)
Exercício:
Considerando o valor mínimo que um aço resiste à tração (300 MPa
aproximadamente), qual o peso máximo (em kg) que pode ser suportado (em
tração) por um arame de aço de 1mm de diâmetro? Idem para 2 mm de
diâmetro. Compare com o PE cuja resistência em tração é de 7 MPa, e com o
Alumínio puro comercial (45 MPa). Considerando um aço de alta resistência
(2200 MPa) quantos kg suportaria um arame de 2 mm de diâmetro?
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
1. Introdução: 
1.3. Por que o aço é tão utilizado?
c) Características: conformabilidade e ductilidade: 
capacidade de ser conformado em diversas formas e não 
romper , tenacidade (resistência ao impacto), soldabilidade,
d) Permite alterar suas 
propriedades mecânicas 
através de tratamentos 
térmicos
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
2. Classificação dos principais Produtos siderúrgicos 
2.1 Em função da composição química e propriedades
A) Aços B) Ferros Fundidos
Composição
química
Liga de Fe com C
Carbono máximo 2% (geralmente inferior 
a 1%
Geralmente o Si é inferior a 0,40% (em 
casos especiais pode estar presente até 
2%
Liga de Fe com C
Carbono entre 2 e 6,7% (na prática até 
4,3%)
O Si geralmente em teores mais elevados 
(entre 1 e 3%)
Temperatura de 
fusão
Mais alto ( ≈1500ºC) Mais baixo (1150-1300ºC)
Melhor “fundibilidade” (preenchimento das 
cavidades do molde): apropriado para 
processo de Fundição
Propriedades 
Mecânicas
Maior ductilidade
Mais resistente que a maioria dos ferros 
fundidos
Pode ser conformado facilmente.
Mais frágil (rompe mais facilmente sob 
impacto; não conformável)
Menor resistência que a maioria dos aços
Maior capacidade de amortecer vibrações
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
2. Classificação dos Produtos siderúrgicos 
2.1) Em função da composição química e propriedades
Exemplos de aplicações
Aços Ferros Fundidos
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
2. Classificação dos Produtos siderúrgicos 
2.2 Em função da forma ou processo de obtenção:
Chapas Barras Tubos Perfis Peça fundida
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do Aço
3.1 Introdução: A) Etapas de fabricação do aço
PRRLL
Vídeo : Fabricação do aço: https://www.youtube.com/watch?v=egTzLGb-ECg
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do Aço
• Com objetivo de atingir maior velocidade, e rendimento no processo de fabricação do aço 
(menor descarte de material, menores perdas produtivas, e menor custo), as etapas de 
Redução, Refino, Lingotamento e Laminação estão sendo integradas em uma única Usina de 
fabricação de aço.
• Quanto maior a integração, maior a possibilidade de redução dos custos e mais 
competitivas se tornam as Usinas.
• Existem três tipos de Usinas que produzem ou disponibilizam os aços para serem 
comercializáveis:
• Usinas Integradas
• Usinas Semi-integradas
• Usinas Não integradas
3.1 Introdução: 
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço:
Usinas Integradas: (RRLL)
• Realizam as etapas de 
Redução / Refino/ 
Lingotamento e Laminação
Obs. eventualmente a Sinterização e 
a Coqueria também estão no mesmo 
complexo da Usina Integrada na qual 
a fabricação do aço é pelo processo 
LD
• Utilizam como matéria-prima 
principal o minério de Ferro
• Açominas (MG), Usiminas 
(MG), CSN (RJ), Arcellor
Mittal (ES). 
• Não temos no estado do RS. 
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço:
Usina Integrada: Usiminas: Ipatinga-MG
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço:
Usinas Semi-integradas: (RLL)
• Realizam as etapas de 
Refino/ Lingotamento e 
Laminação
• Não possuem a etapa de 
Redução
• Utilizam como matéria-prima 
sucata de aço que é 
fabricado em Aciaria Elétrica
• Gerdau Piratini e 
Riograndense no RS
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço:
Usina semi-integrada: Gerdau Piratini-RS
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço
Usinas Não Integradas:(R ou L)
• Realizam apenas uma etapa do processo:
Redução ou Laminação
• Usinas que operam apenas com Redução são
os produtores de Ferro gusa (guseiros), que
de modo geral empregam o carvão vegetal
nos altos fornos para redução do minério
• Usinas que operam apenas com Laminação
são os relaminadores: adquirem tarugos,
placas ou bobinas das usinas integradas ou
semi-integradas e relaminam estes produtos,
produzindo chapas finas.
• Panatlântica, Brasmetal, Armco do Brasil,
Laminação São Joaquim
OU
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3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de fabricação do aço
Usinas Não Integradas: Guseiros e Relaminadores
Armco do Brasil - SP
Guseiro - MG
Panatlântica - RS
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de 
fabricação do aço:
O Mapa ao lado 
mostra as Usinas 
Integradas e Semi-
integradas
existentes no Brasil
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.1 Introdução
B) Tipos de Usinas de 
fabricação do aço:
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
Matérias Primas
• Minério de Ferro: Fornece o elemento base na qual o aço é constituído: Fe
• Coque ou carvão vegetal: Fornece o Carbono: atua como combustível da reação, atua como 
elemento redutor, e fornece carbono que juntamente com o Fe forma o aço 
• Fundente: Calcário (CaCCO3), cal (CaO) : Retira as impurezas presentes no minério (ganga) 
formando a escória.
• Ar: Comburente: reage com o carbono do coque, fornecendo calor para a reação de redução do 
minério de Ferro.
Minério de Fe Coque Calcário Ar
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
A) Minério de Ferro
• O Ferro é muito abundante na natureza,
mas para ser aproveitado deve estar
concentrado em alguns locais: minas de
minério de ferro (óxidos de ferro).
• Na natureza o Ferro encontra-se
combinado com o oxigênio, formando
óxidos
• Os principais minérios de ferro são a
hematita e a magnetita.
• Os minérios de ferro existentes no Brasil
estão em MG e no PA, principalmente
hematita
Hematita (Fe2O3): 
mais comum; ≈ 69,5 % 
Fe (real: 45-68% 
devido a presença de 
impurezas
Magnetita (Fe3O4):
72,4 % Fe (real: 50-
70% devido a 
impurezas; magnética: 
facilita beneficiamento 
(separação)
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
A) Minério de Ferro
• Os minérios contém impurezas que são denominadas de ganga
• As principais impurezas presentes no minério são a sílica (SiO2), alumina (Al2O3) , além de uma 
pequena quantidade de P e de S
• Estas impurezas devem ser eliminadas (ou reduzidas) nos processos subsequentes: Redução ou 
Refino
• As impurezas como P e S são as mais difíceis de serem eliminadas e justamente são as 
impurezas mais nocivas ao aço
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
A) Minério de Ferro
• Para a etapa seguinte que é a Redução o minério de Ferro não
pode ter uma tamanho muito grande (muito tempo para reação de
redução que poderia ser incompleta) nem um tamanho muito
pequeno (finos do minério seriam levados pelos gases ascendentes),
• O minério deve, então ser preparado na forma granulada
(denominado de minério bitolado), o qual mede aproximadamente
8 a 50mm.
• Os pedaços de minério com menores dimensões são aglomerados
para permitir sua utilização adequada nos Alto-fornos.
• Existem dois processos de aglomeração: Pelotização e
Sinterização.
• O minério de ferro aglomerado na forma de pelota ou de sínter
apresenta vantagens em relação ao minério bitolado, visto que
durante a aglomeração são adicionados coque e/ou fundente (cal)
permitindo uma maior eficiência na operação dos altos-fornos.
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
A) Minério de Ferro: 
Processo de Sinterização: geralmente realizado
pelas Usinas siderúrgicas integradasSinterização: 
• Aglomeração do Minério de Ferro com 
dimensões entre 0,15 e 6 mm, que é 
misturado com finos de carvão ou coque (4%) 
e cal 
• A mistura é aquecida a 1250-1350ºC,
ocorrendo evaporação da umidade e
caldeamento das partículas devido a fusão
parcial da carga, resultando o Sínter
• O sínter é um material resistente e poroso
com dimensões aproximadas de 15-25 mm.
• A porosidade do material juntamente com a presença do coque e da cal melhoram a eficiência do
processo de redução no alto forno.
Vídeo: Sinterização: https://www.youtube.com/watch?v=vSZTPnHjiR8
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Preparação do Minério de Ferro e demais matérias primas
A) Minério de Ferro: 
Pelotização: 
• Aglomeração de finos de minério inferiores a 0,15 mm
• Mistura de ligantes (bentonita e água ) e cal para
melhorar a formação de escória no alto forno.
• A mistura é colocada em discos ou tambores que ao
girar vão formando esferas (efeito bola de neve) até as
dimensões desejadas das pelotas (10 a 15 mm)
• As pelotas cruas são aquecidas (1200-1300ºC) para
aumentar sua resistência.
• O processo de pelotização permite o aproveitamento
dos finos de minério e possibilita um melhor rendimento
no processo posterior de redução devido a
granulometria, maior facilidade na retirada de
impurezas, e reatividade (poroso).
Pelotização: realizado, em geral, 
pelas próprias Mineradoras. 
Vídeo: Processo de pelotização: https://www.youtube.com/watch?v=K9-2VmNrUqk
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
3. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Extração e preparação do Minério de Ferro e matérias primas
B) Coque/Carvão vegetal: 
Tem como finalidade:
• Ser combustível: fornecer calor necessário para a reação de redução do minério de Ferro
• Ser o redutor: transformar o óxido de ferro (minério) em Ferro líquido na forma de Ferro gusa
• Ser a Fonte de carbono que é incorporado ao Ferro para formar o aço (liga de Fe-C). 
Obs. Os grandes alto fornos empregam o coque e os alto fornos pequenos empregam carvão 
vegetal
Coque Carvão vegetal
O Carbono exerce grande influencia nas propriedades do aço, 
permitindo aumentar sua resistência de forma significativa.
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
4. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Extração e preparação do Minério de Ferro e matérias primas
B) Coque
Coqueria
• É obtido através da destilação do carvão fóssil (mineral) 
em grandes instalações denominadas de coqueria
• É o principal insumo energético da siderurgia
• Possui grande resistência mecânica, sendo capaz de 
suportar o peso da carga em grandes alto fornos 
(produzem entre 1000 e 5000 mil ton/ano de Fe gusa)
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
4. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Extração e preparação do Minério de Ferro e matérias primas
Obs. A etapa de redução pode também ser realizada com carvão vegetal (CV) 
substituindo nesse caso o coque:
• O CV é obtido através da carbonização da madeira, sendo portanto um 
recurso natural renovável.
• O CV possui menor resistência mecânica que o coque, por isto é utilizado em 
alto fornos de pequeno porte (até 300 a 400 mil ton./ano de Fe gusa)
• A quantidade de S é mínima comparada como o coque
• O controle do processo de redução com CV é maiscomplexo
Coqueria
B) Coque
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
4. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Extração e preparação do Minério de Ferro e matérias primas
C) Fundentes: 
• Tem como finalidade Reagir com as impurezas presentes
no minério e no coque formando a escória que se separa
do Ferro gusa (matéria-prima que após refino produzirá
o aço.
• O principal fundente adicionado é o calcário (CaCO3),
ou cal (CaO),
• Sua adição pode ocorrer diretamente no alto forno ou
através de sua incorporação no sínter ou na pelota de
minério de ferro. Calcário
PRODUTOS SIDERÚRGICOS – PARTE I
4. Fabricação do aço: 
3.2- Etapa I: Extração e preparação do Minério de Ferro e matérias primas
D) Ar: 
• O ar fornece oxigênio que reage com o combustível (coque ou carvão vegetal) fornecendo calor 
para a reação, 
• Ao reagir com o Carbono, além do calor gerado, o oxigênio produz gás CO que é o agente 
redutor
• Para aumentar o rendimento da reação de combustão o ar deve estar aquecido. O aquecimento 
do ar ocorre em trocadores de calor denominados de Regeneradores