Siderurgia: História, Produção e Empresas

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Siderurgia
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Histórico
•No atual estágio de desenvolvimento da sociedade, é impossível 
imaginar o mundo sem o uso de ferro fundido e aço.
•Há cerca de 4.500 anos, o ferro metálico usado pelo homem 
era encontrado in natura
•Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro 
no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 
a 4.000 anos a.C. 
•A exploração regular de jazidas começou em torno de 1.500 
a.C., provavelmente no Oriente Médio
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Histórico
•Século XIX por arqueólogos escandinavos, à Idade da Pedra 
se seguiu a Idade dos Metais. Primeiro, a do Bronze e, em 
seguida, a do Ferro
•A Idade do Bronze se desenvolveu entre os anos 4000 e 2000 
a.C.
•A Idade do Ferro começou por volta de 1200 a.C.
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O Ferro
O ferro não é encontrado puro na natureza. Encontra-se geralmente 
combinado com outros elementos formando rochas as quais dá-se o 
nome de MINÉRIO.
Os óxidos de ferro são os mais importantes sob o ponto de vista 
siderúrgico. Os principais óxidos são:
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Produção do Aço
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Produção do Aço
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Produção do Aço
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Os principais países:
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40 maiores empresas produtoras de aço 
1. 116.4 Mton ArcelorMittal (Global)
2. 35.7 Mton Nippon Steel (Japan)
3. 34.0 Mton JFE (Japan)
4. 31.1 Mton POSCO (South Korea)
5. 28.6 Mton Shanghai Baosteel Group Corporation (China)
6. 26.6 Mton Tata Steel (Global)
7. 23.6 Mton LiaoNing An-Ben Iron and Steel Group (China)
8. 22.9 Mton Shagang Group (China)
9. 22.8 Mton HeBei Tangshan Iron & Steel Group (China)
10. 21.5 Mton United States Steel Corporation (United States)
11. 20.2 Mton Wuhan Iron and Steel (China)
12. 20.0 Mton Nucor Corporation (United States)
13. 18.6 Mton Gerdau (Brazil)
14. 17.9 Mton Gruppo Riva (Italy)
15. 17.3 Mton Severstal (Russia)
16. 17.0 Mton ThyssenKrupp (Germany)
17. 16.2 Mton EvrazHolding (Russia)
18. 14.2 Mton Magang Group (China)
19. 13.9 Mton Steel Authority of India Limited (India)
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21. 13.3 Mton Magnitogorsk Iron and Steel Works (Russia)
22. 13.1 Mton Techint (Argentina/Italy)
23. 12.9 Mton Shougang (China)
24. 12.1 Mton ShanDong Jinan (China)
25. 11.7 Mton ShanDong Laiwu Steel (China)
26. 11.1 Mton Valin Steel Group (China)
27. 10.9 Mton China Steel (Taiwan)
28. 10.1 Mton Imidro (Iran)
29. 10.0 Mton Hyundai INI Steel (South Korea)
30. 9.7 Mton Novolipetsk (Russia)
31. 9.3 Mton ShanXi Taiyuan Iron and Steel Company (China)
32. 9.1 Mton Metalloinvest (Russia)
33. 9.0 Mton HeNan Anyang Iron & Steel (China)
34. 8.8 Mton Inner Mongolia Baotou Steel (China)
35. 8.7 Mton Usiminas (Brazil)
36. 8.3 Mton Hebei Handan Iron & Steel (China)
37. 8.1 Mton Celsa Group (Spain)
38. 8.1 Mton Kobe Steel (Japan)
39. 7.6 Mton Hebei Tangshan Jianlong (China)
40. 7.4 Mton Gansu Jiuquan Iron & Steel Group (China)
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Total world steel output in 2007: 1,344,3 
million metric tons (mmt)
Fonte(s):
World Steel Association baseado no ano de 2007
http://www.worldsteel.org/?action=storypages&id=28
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Ferro Primário
�Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<1
8mm
5mm<Pelotas<1
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5mm<Sinter<50
mm
5mm<Sinter<50
mm
6mm< Minério 
<40mm
granulado
6mm< Minério 
<40mm
granulado
Em 
detalhe
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Sinterização
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.
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Pelotização
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. 
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Matéria prima dos materiais ferrosos
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Matéria prima dos materiais ferrosos
� Minérios:
� Magnetita Fe3O4 coloração preta
� Hematita Fe2O3 coloração avermelhada principal minério 
no Brasil (itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.
� Carvão: (reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao 
ferro)
� Coque: destilação seca do carvão mineral à 1000 1100ºC, alta 
resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre 
(pior qualidade)
� Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao 
esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre 
(melhor qualidade)
� Fundentes:
� Calcário ou caliça . Baixam o ponto de fusão da ganga (o que não 
é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem 
com eles formando a escória
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O Coque é o produto sólido da destilação de uma mistura de 
carvões realizada a em torno de 1100o C 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 é um 
importante insumo para a própriausina.
O processo de coqueificação consiste no aquecimento do 
carvão mineral na ausência de ar. 
Coqueria
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Fornos em bateria que destilam o carvão mineral transformando-
o em coque
São vários fornos de 13 m x 4,5 m x 0,45 m postos lado a lado, 
intercalados com câmaras de aquecimento
Os fornos são hermeticamente fechados e possuem sistema de 
extração dos gases gerados no processo
O carvão é aquecido até 1000 o C de 15 a 18 horas
Coqueria
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� Detalhes do processo
Típica Bateria de 
coqueificação
Típica Bateria de 
coqueificação
Coque incandescente 
pronto para ser 
descarregado
Coque incandescente 
pronto para ser 
descarregado
Coqueria
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• Até 200o C se desprende metano, CO2 e vapor d´água
• Entre 200 e 400 o C desprende-se vapor d´água, CO2 e CO
• Entre 350 o e 450 o aumenta consideravelmente a quantidade 
de gás, e as primeiras frações de óleos leves (parafinas e 
olefinas)
• Aos 400 o Continua a decomposição química, o carvão entra 
no estado plástico
• Aos 450o ocorre a ressolidificação da massa do coque com 
evolução de gases e de alcatrão
• Acima de 520 o C iniciam as reações secundárias
• Entre 700 e 800 ocorre a decomposição dos naftalenos, 
compostos aromáticos e fenóis
• O que sobra depois do processo é uma massa sólida, porosa 
e com altas quantidades de carbono
Destilação do Carvão
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Após de 15 a 18 horas na célula da coqueria o coque é 
desfornado e imediatamente resfriado com água
Após o resfriamento, o coque é peneirado e 
granulometricamente classificado (tamanho ideal é de 50 a 60 
mm)
Produção do Coque
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O coque exerce duplo papel na fabricação do aço. Como 
combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 
1.500o Celsius) necessárias à fusão do minério. 
Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do 
minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. O 
processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao 
carbono chama-se redução.
Função do Coque no Alto Forno
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Sub Produtos do processo de 
coqueificação
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Fundentes
Calcário: É uma rocha constituída em sua maior parte 
por carbonato de cálcio (CaCo3).
O calcário tem origem na precipitação do carbonato de cálcio 
dissolvido nas águas da chuva ou dos rios ou ainda pela 
acumulação de conchas ou microorganismos marinhos
É utilizado no alto forno na formação de escórias fundidas para 
a eliminação de impurezas na produção do gusa
O Calcário acima de 725 o C se transforma em CaO e CO2 
formando uma escória fundida com composição média de 30% 
SiO2, 15% de Al2O3 e 45% de CaO
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Fabricação
Ferro Gusa
O ferro gusa no estado líquido é utilizado na aciaria para obtenção do aço. 
Ainda é utilizado no estado sólido como principal matéria-prima das 
fundições de ferro fundido. A composição do ferro gusa, de um modo geral, 
está compreendida na seguinte faixa:
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Alto forno
� Serve para produzir o ferro gusa, 
que é uma forma intermediária 
na produção dos aços
� Entra na parte superior do forno 
minério de ferro, coque (ou 
carvão vegetal) e fundente.
� É insuflado ar pelas ventaneiras
que queima o caque gerando CO
que faz a redução do minério de 
ferro a ferro mas esse ferro 
incorpora um percentual de 
carbono (ferro gusa).
� Ex. de reação de redução: ½ 
Fe2O3 + 3/2CO = Fe +3/2CO2
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Alto forno
Os Altos Fornos são 
aparelhos siderúrgicos 
com alturas superiores 
a 30 metros, 
construídos 
basicamente por dois 
cones truncados 
unidos pela base.
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Alto Forno
Reações químicas típicas do Alto 
Forno
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COQUEMINÉRIO
Fe2O3 MnO2 P2O5 K2O SiO2 CaO Al2O3
ESCÓRIA
GUSA
Fe3O4
FeO
FeO
Fe 
(99%)
Si 
(10%)
SiO2CaO Al2O3P2O
5
P 
(95%)
G
Á S
K2O
G
Á
S
C
C 
(12%)
G
Á
S
Mn 
(70%)
MnO
G
Á
S
Mn3O4
MnO
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
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Funcionamento do Alto Forno
Alto forno é um forno vertical destinado à redução (retirada de 
oxigênio) do minério de ferro e sua transformação em gusa. O 
processo ocorre da seguinte maneira:
Etapa 1: o carregamento deposita na parte superior do forno uma 
carga constituída de minério de ferro, coque ou de carvão vegetal 
e de um fundente (calcário),
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Funcionamento do Alto Forno
Etapa 2: esta carga fica disposta em camadas sucessivas, 
formando uma espécie de sanduíche. Na parte inferior do forno, 
logo acima do cadinho, é injetado ar quente por meio de ventaneiras 
para alimentar a combustão do carvão e melhorar o rendimento do 
forno.
Etapa 3: logo depois que os gases saem do alto forno e antes de 
serem destinados a qualquer fim, eles passam por uma instalação 
purificadora que retira sua poeira existente.
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Funcionamento do Alto Forno
Etapa 4: consiste no transporte do gusa, que pode ser feito por 
meio de caminhões dotados de caçambas especiais ou por meio de 
vagões tipo torpedo (homogenizadores), destinados aos fornos de 
refino.
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Fabricação do Aço
O ferro gusa é uma liga ferro-carbono em que o teor de carbono e as 
impurezas normais (Si,Mn, P e S) se encontram em valores elevados, e a 
sua transformação em aço, que é uma liga de baixos teores de C, Si, Mn, 
P e S, corresponde a um processo de oxidação, por intermédio do qual a 
porcentagem daqueles elementos é reduzida até os valores desejados. Os 
equipamentos responsáveis por este processo são denominados 
conversores.
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F Normalmente os aços são obtidos através dos seguintes
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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:
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aciaria
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Todos os processos de produção do aço apresentam fases 
comuns, que são:
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Tipos de conversores
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ConversorBessemer
•É constituído 
•Carcaça de chapas de aço 
•Revestida internamente com uma grossa camada de 
Material refratário 
•Fundo é substituível e é cheio de orifícios
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Ciclo do Conversor Bessemer
Dura, em média 20 minutos e o aço resultante desse 
processo tem a seguinte Composição : 
•0,10% (ou menos) de carbono
•0,005% de silício
•0,50% de manganês
•0,08% de fósforo 
•0,25% de enxofre.
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Conversor Thomas
Semelhante ao Bessemer
Diferença
Revestimento refratário dolomita, que resiste ao 
ataque da escória à base de cal e, por isso, esse 
material permite trabalhar com um gusa com alto teor 
de fósforo.
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desvantagens:
não elimina o enxofre do gusa e o revestimento 
interno do forno é atacado pelo silício. Assim,o gusa 
deve ter baixo teor de silício.
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Conversor LD 
Princípio da injeção do oxigênio. 
Diferença é que o oxigênio puro é 
soprado sob pressão na superfície 
do gusa líquido
A injeção do oxigênio é feita por 
meio de uma lança metálica 
composta de vários tubos de aço.
Zona de impacto
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Na zona de impacto, a temperatura chega a atingir 
entre 2.500 e 3.000°C.
Vantagens
•Nesse conversor, a contaminação do aço por 
nitrogênio é muito pequena porque se usa oxigênio 
puro. Isso é um fator importante para os aços que 
passarão por processo de soldagem, por exemplo, 
pois esse tipo de contaminação causa defeitos na 
solda.
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Desvantagens
•Impossibilidade de trabalhar com sucata
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SC
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60
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.
31
M
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61
Produto final dos conversores LD
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Conversor LD
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Conversor LD
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64
Aciaria Elétrica
� Processo industrial começou no início do século XX.
� Inicialmente, o forno elétrico era considerado sobretudo 
como um aparelho para a fabricação de aços especiais, 
inoxidáveis e de alta liga.
� Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado na 
fabricação de aço carbono.
� Processo reciclador de sucata por excelência; não há 
restrição para proporção de sucata na carga.
� A participação do aço elétrico no mundo vem crescendo 
substancialmente nas últimas décadas.
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65
Forno a arco elétrico
É constituído de uma carcaça de aço feita de chapas 
grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um 
recipiente cilíndrico com fundo abaulado. Essa 
carcaça é revestida na parte inferior (chama da 
soleira), por materiais refratários, de natureza 
básica (dolomita ou magnesita) ou ácida (sílica), 
dependendo da carga que o forno vai processar.
O restante do forno é revestido com tijolos 
refratários silicosos .Os eletrodos
responsáveis, juntamente com a carga metálica, 
pela formação do arco elétrico estão colocados na 
abóbada, parte superior do forno.
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Aciaria Elétrica
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68
Forno de indução
O conjunto que compõe esse forno é formado de um 
gerador com motor de acionamento, uma bateria de 
condensadores e uma câmara de aquecimento. Essa 
câmara é basculante e tem, na parte externa, a 
bobina de indução. O cadinho é feito de massa 
refratária socada dentro dessa câmara, onde a 
sucata se funde por meio de calor produzido dentro 
da própria carga.
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Munhão para 
basculamento
Bobina de 
indução
isolante
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Vantagens da produção do aço nos fornos elétricos 
são:
maior flexibilidade de operação;
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Desvantagens da produção do aço nos fornos 
elétricos são:
principais desvantagens são o custo operacional 
(custo da energia elétrica) e abaixa capacidade de 
produção dos fornos
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Oaçoproduzidonosfornoselétricospodesertransform
adoemchapas,tarugos,perfislaminadosepeçasfundi
das.
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74
Metalurgia de Panela
�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.
� -
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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.
Forno de Panela
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Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
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�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
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Desgaseficação a vácuo
Desgaseificação
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79
�Toda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É
necessário, pois, solidificá-lo de forma adequada em função
da sua utilização posterior.
�O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras
distintas:
Lingotamento
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Lingotamento Contínuo
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� O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço
fundido é solidificado em um produto semi-acabado, tarugo,
perfis ou placas para subseqüente laminação.
� Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos anos 50,
o aço era vazado em moldes estacionário (lingoteiras).
Lingotamento Contínuo
Seções 
possíveis no 
lingotamento 
contínuo (mm)
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82
Conformação
� 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:
�
-
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83
� Os processos de conformação mecânica podem ser
classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao
material:
� .
Conformação
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Pr
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� 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.
Tipos de Conformação
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85
� 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
Trefilação
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86
�Forjamento: Processo de transformação de metais por 
prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de 
conformação existente).
Tipos de Conformação
Forjamento
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� 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
Laminação
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Dobramento
Embutimento
Profundo
Estiramento
Matriz
Cisalhamento
τ
Tipos de Conformação
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Lingotamento e 
Laminação
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Siderurgia
Produtos siderúrgicos.
Os produtos siderúrgicos mais comuns são as ligas de ferro carbono, 
com teor de carbono compreendido entre 0 e 6,7%
Aços e Ferros Fundidos.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Vergalhão em barra CA-25.
Vergalhão em barra CA-50.
Semi-acabados
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Barra quadrada.
Perfil L de abas iguais.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Barra chata.
Barra redonda.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Perfil U.
Perfil I.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Produtos Planos
• Não revestidos, em "aços carbono".
-Bobinas e chapas finas laminadas a quente 
-Bobinas e chapas finas laminadas a frio 
• Revestidos, em "aços carbono".
- Bobinas e chapas eletro-galvanizadas
- Bobinas e chapas zincadas a quente
- Bobinas e chapas de ligas alumínio-zinco
- Bobinas e chapas pré-pintadas
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Em "aços especiais"
- Bobinas e chapas em aços ao silício
- Bobinas e chapas em aços inoxidáveis
- Bobinas e chapas em aços ao alto carbono (C >= 0,50%) e em outros 
aços ligados
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Produtos Longos
resultado de processo de laminação, cujas seções transversais 
têm formato poligonal e seu comprimento é extremamente superior 
à maior dimensão da seção, sendo ofertados em aços carbono e 
especiais.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
• Em aços carbono
- Perfis leves (h < 80 mm)
- Perfis médios (80 mm < h <= 150 mm)
- Perfis pesados (h > 150 mm)
- Vergalhões
- Fio-máquina (principalmente para arames)
- Barras (qualidade construção civil)
- Tubos sem costura
- Trefilados
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Em aços ligados / especiais
- Fio-máquina (para parafusos e outros)
- Barras em aços construção mecânica
- Barras em aços ferramenta
- Barras em aços inoxidáveis e para válvulas
- Tubos sem costura
- Trefilados
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Quanto ao tipo de aço
Aços Carbono
São aços ao carbono, ou com baixo teor de liga, de composição química 
definida em faixas amplas.
Aços Ligados / Especiais
São aços ligados ou de alto carbono, de composição química definida em 
estreitas faixas para todos os elementos e especificações rígidas.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Quanto ao tipo de aço
Aços construção mecânica:
São aços ao carbono e de baixa liga para forjaria, rolamentos, molas, 
eixos,peças usinadas, etc.
Aços ferramentas.
São aços de alto carbono ou de alta liga, destinados à fabricação de 
ferramentas e matrizes, para trabalho a quente e a frio, inclusive aços 
rápidos.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Ferro Fundido
Conforme mencionado no início da página, ferro fundido é uma 
liga de aço e carbono com teor deste último acima de 2,11%.
Cinzento: a superfície recém cortada tem aspecto escuro. O silício está
presente em proporção considerável e a estrutura contém carbono livre 
(grafita) em forma de veios ou lamelas.
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Produtos siderúrgicos semi-acabados.
Branco: a superfície recém cortada tem aspecto claro. Devido ao menor 
teor de silício, a proporção de carbono livre é bastante pequena.
Maleável: é o ferro fundido branco que sofre um tratamento térmico 
específico, formando grafita na forma de nódulos.
Nodular: No estado líquido, passa por um tratamento especial para 
produzir grafita em forma esférica, o que confere uma boa ductilidade.