Processo Siderúrgico do Aço

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Minério de ferro
Sistema Norte – Minérios de alto teor
 
Esse sistema é composto pelo Complexo Minerador da Serra dos Carajás, no Pará, e pelo Terminal Marítimo de Ponta da Madeira (TMPM), no Maranhão. A essas atividades está integrado o transporte de minério através da EFC (Estrada de Ferro Carajás), atualmente no âmbito da área de negócio da Logística. 
Sistema Sul – baixo teor (precisam de concentração)
O Sistema Sul é composto por quatro complexos mineradores: Itabira, Mariana, Minas Centrais e Minas do Oeste. Esses complexos englobam mais de 15 minas, localizadas no Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.
Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm
 5mm<Sinter<50mm
 Em detalhe
6mm< Minério <40mm granulado
Ferro Primário
Pelotas são aglomerados de forma esférica formados pela pelotização de minérios finos com o auxílio de aditivos seguido por um endurecimento a frio ou a quente. 
Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes (calcário, dolomita), aglomerantes (bentonita, cal hidratada) e combustível sólido (antracito)
 Existem basicamente dois tipos de pelotas:
		 PAF: Pelotas para Alto Forno
		 PRD: Pelotas para Redução Direta
Processo de Pelotização
Processo de Pelotização
Sinteres são aglomerados de forma irregular e esponjosa formados por meio de uma combustão forçada (sinterização) de um combustível previamente adicionado à mistura (finos minério de ferro; fundentes – calcário, areia; combustível – finos de coque; aditivos – corretivo de características para aproveitamento de resíduos de recirculação).
Tecnologia criada com o objetivo de aproveitar minérios finos (quantidade crescente no mundo) e resíduos industriais. 
A sinterização atual visa basicamente elaborar uma carga de altíssima qualidade para o AF.
Processo de Sinterização
Máquina de sinterização
Processo de Sinterização
Processo de Sinterização – cont.
Zona de Combustão
Mistura Seca e Calcinada
	O coque é o produto sólido da destilação de uma mistura de carvões realizada a em torno de 1100oC em fornos chamados coquerias.
A destilação dá origem aos produtos carbo-químicos (gases, vapores condensáveis, benzol, alcatrão, etc) que são comercializados pelas siderúrgicas. O gás de coqueria e´um importante insumo para a própria usina.
O processo de coqueificação consiste no aquecimento do carvão mineral na ausência da ar. 
Coqueria
	Fornecer o calor necessário às necessidades térmicas do processo;
	Produzir e "regenerar" os gases redutores;
	Carburar o ferro gusa;
	Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores do forno onde o restante da carga está fundida ou em fusão.
O Papel do Coque no Alto Forno
Coqueria
Seqüência de operação
Coqueria
ALTO FORNO é um processo de redução em forno de cuba para a produção de metal líquido (gusa) a partir de pelotas, sinter, minério granulado e coque.
COREX® é um processo de redução em forno de cuba para produção de metal líquido a partir de pelotas, minério granulado e carvão não coqueificável.
FINMET® é um processo de redução direta em leito fluidizado utilizando finos de minério de ferro e gás natural, gerando um produto com 92% de metalização.
MIDREX® e HyL são processos de redução em forno de cuba utilizando gás redutor rico em CO para a produção de ferro esponja a partir de pelotas e minérios granulado.
Produção de ferro primário
O alto forno é um forno de cuba que operado em regime de contra corrente. 
No topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas. 
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente. 
Alto Forno
Alto Forno
A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo. 
Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado.
Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas. 
Alto Forno
Reações químicas típicas do Alto Forno
Alto Forno
		Processo
		Temperatura (°C) 
		H (kJ/Kmol)
		Evaporação da umidade
		100
		+ 6,490
		Remoção da água de hidratação
		120 - 300 
		+ 7,955
		Remoção do CO2: 3 MnCO3 ( Mn3O4+CO2+CO
 3 FeCO3 ( Fe3O4+CO2+CO
 FeCO3 ( FeO+CO2
		> 525
380 - 570
> 570
		+ 363,791
+ 236,973 
+ 112,206 
		Redução do Fe2O3 a Fe3O4: 3Fe2O3+CO ( Fe3O4+CO2
		400 - 550
		- 52,854
		Remoção do CO2: MgCO3 ( MgO+CO2
 MgCO3.CaCO3 ( MgO.CaO+CO2
		400 - 500
400 - 750 
		+ 114,718
+ 304,380
		Decomposição do CO: 2CO ( CO2+C
		450 - 600
		- 172,467
		Redução do Fe3O4 a FeO: Fe3O4+CO ( 3FeO+CO2
		570 - 800
		+ 36,463
		Remoção do CO2: CaCO3 ( CaO+CO2
		850 - 950
		+ 177,939
		Redução do FeO a Fe: FeO+CO ( Fe+CO2
		650 - Ts
		- 17,128
		Reação de Boudouard: CO2+C ( 2CO
		> 900
		+ 172,467
		Fusão da escória primária
		1100  
		+ 921,1 (kg slag)
		Dissolução do CaO na escória primária
		1250
		+ 1046,7 (kg Fe)
		Combustão do Ccoque: Ccoque+O2 ( CO 
 2Ccoque+CO2 ( 2CO 
 Ccoque+0.5O2 ( CO 
		1800 - 2000
2000 - 1450
1550
		- 406,120
+ 172,467 
- 116,83
Alto Forno
As condições termodinâmicas existentes no interior do reator promovem a incorporação de algumas impurezas ao gusa líquido e separa outras na fase escória e gás.
Alto Forno
FUNDENTES - COMPOSIÇÕES QUÍMICAS
CaO
CO2
SiO2
MgO
53%
42%
1,5%
2,5%
CALCÁREO
CAL
92%
2%
2,5%
3,0%
Pré-tratamento do gusa
De forma a maximizar a produtividade do Conversor LD ou Forno a Arco Elétrico (EAF) e minimizar os custos de refino é importante executar um pré-tratamento do gusa antes da fase de refino.
O pré-tratamento do gusa inclui: 
	- remoção de enxofre      
	- remoção de Silício      
	- remoção de fósforo      
	- processos para redução do teor de Va, Cr, Ti e Mn
A produção do aço líquido se dá através da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquido e na sucata. 
Este processo é denominado refino do aço e é realizado em uma instalação conhecida como aciaria.
O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:
	-	Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga 	predominantemente líquida).
	-	Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA 	(carga predominantemente sólida).
Produção do Aço Líquido
Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a produção de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade.
Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo.
Permite elaborar uma enorme gama de de tipos de aços, desde o baixo carbono
aos média-liga.
Conversor LD
3 x 220 t
REFINO DO CONVERSOR 
Conversor LD
Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e na temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o lingotamento contínuo na cadeia de produção de aço carbono.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço.
	- Forno de panela
	- Desgaseificação 
Metalurgia de Panela
As seguintes operações podem ser executadas:
- Homogeneização do calor;       
- Ajuste da composição;     
- Ajuste da temperatura do aço;       
Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço e cria condições termodinâmicas para a adição de elementos de liga (os desoxidantes mais comuns são ferro-ligas, escolhidos em função do aço a ser fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio. 
Desulfuração com escória sintética ou injeção de pós;
Desfoforação 
Forno de Panela
É uma operação que tem como objetivo a remoção de gases residuais do aço (hidrogênio, nitrogênio e oxigênio) e secundariamente auxilia na remoção de inclusões.
Na siderurgia, a desgaseificação é processada de duas maneiras:
	- Desgaseificação à vacuo
	- Desgaseificação com sopro de argônio
Desgaseificação
	A grande importância dos metais na tecnologia moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com que eles podem ser produzidos nas mais variadas formas, para atender a diferentes usos. 
	Os processos de fabricação de peças a partir dos metais no estado sólido podem ser classificados em: 
	-	Conformação Mecânica: volume e massa são 	conservados; 
	-	Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se 	material 	para se obter a forma desejada;
Conformação
	Os processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material:
	-	Compressão direta:	Forjamento, Laminação; 
	-	Compressão indireta:	Trefilação, Extrusão, 			Embutimento;
	-	Trativo: 	Estiramento;
	-	Dobramento: 	Dobramento;
	-	Cisalhamento: 	Corte.
Conformação
 Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçando-o a escoar através do orifício de uma matriz.
 Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.
Tipos de Conformação
 Forjamento: Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente).
 Laminação: Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.
Tipos de Conformação
Tipos de Conformação
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