Fundamentos da Siderurgia

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FUNDAMENTOS DA 
SIDERURGIA 
 
Marcelo Breda Mourão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cursos ABM – EAD 
 2013 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FUNDAMENTOS DA 
 SIDERURGIA 
 
Conteudista: Marcelo Breda Mourão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cursos ABM - EAD 
2013 
 
 
 
 
 
 
 
Arquivo: FundSiderurgiaEAD_2013 
Divisão Técnica: Todas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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SUMÁRIO 
 
Apresentação ....................................................................................................................... vii 
Coordenação ......................................................................................................................viii 
 
MÓDULO 1 – AÇO E SIDERURGIA ................................................................................. 9 
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 10 
2 O AÇO E SUAS APLICAÇÕES ......................................................................................................... 10 
2.1 O Aço .................................................................................................................................................... 10 
2.2 O Ferro .................................................................................................................................................. 10 
2.3 Obtenção do Aço ................................................................................................................................ 11 
3 SIDERURGIA. ....................................................................................................................................... 11 
3.1 Conceito. ............................................................................................................................................... 11 
3.2 Um Pouco de História. ....................................................................................................................... 12 
3.3 Etapas de Produção na Siderurgia. ................................................................................................... 12 
4 O PANORAMA ATUAL DA SIDERURGIA NO BRASIL E NO MUNDO. .......................... 13 
4.1 Produção Mundial. .............................................................................................................................. 13 
4.2 A Evolução da Produção de Aço. ..................................................................................................... 13 
4.3 Siderurgia Brasileira. ............................................................................................................................ 13 
5 CONCLUSÃO ........................................................................................................................................ 13 
 
MÓDULO 2 – MATÉRIAS-PRIMAS E REDUÇÃO ........................................................ 15 
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 16 
2 MATÉRIAS-PRIMAS E REDUÇÃO ................................................................................................ 16 
2.1 Matérias-Primas e Impurezas ............................................................................................................. 16 
2.2 Sinterização ........................................................................................................................................... 17 
2.3 Coqueria ................................................................................................................................................ 17 
2.4 Alto-Forno. ........................................................................................................................................... 18 
2.5 Descrição de um Alto-Forno. ............................................................................................................ 19 
2.6 Princípios de Funcionamento do Alto-Forno ................................................................................. 19 
2.7 As Eficiências de um Alto-Forno. ..................................................................................................... 20 
3 CONCLUSÃO. ....................................................................................................................................... 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO 3 – REFINO E LINGOTAMENTO ............................................................... 21 
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 22 
2 REFINO E LINGOTAMENTO ........................................................................................................ 22 
2.1 Ferro Gusa em Aço ............................................................................................................................. 22 
2.2 Processo de Refino Primário.............................................................................................................. 22 
2.3 Conversor .............................................................................................................................................. 23 
2.4 Operações de Refino no LD .............................................................................................................. 23 
2.5 Fabricação de Aço em Forno Elétrico a Arco ................................................................................. 24 
2.6 Operação de um Forno Elétrico a Arco. .......................................................................................... 25 
2.7 Acerto de Composição Química do Aço ......................................................................................... 27 
2.8 Instalações para Refino Secundário do Aço. ................................................................................... 27 
2.9 Lingotamento do Aço ......................................................................................................................... 28 
2.10 Descrição do Processo de Lingotamento Contínuo. .................................................................... 28 
2.11 Principais Componentes de Máquinas de Lingotamento ............................................................ 29 
3 CONCLUSÃO ........................................................................................................................................ 30 
 
MÓDULO 4 – LAMINAÇÃO ............................................................................................ 31 
1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................................................32 
2 ETAPA DE LAMINAÇÃO ................................................................................................................. 32 
2.1 Laminação de Produtos Planos e Longos ........................................................................................ 32 
2.2 Laminadores ......................................................................................................................................... 33 
2.3 Cilindros de Laminação ...................................................................................................................... 34 
2.4 Laminação a Quente ........................................................................................................................... 34 
2.5 Laminação de Tiras a Quente ............................................................................................................ 35 
2.6 Laminação de Tiras a Frio. ................................................................................................................. 36 
2.7 Laminação de Produtos Longos. ....................................................................................................... 37 
3 CONCLUSÃO. ....................................................................................................................................... 37 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO 5 – PRODUTOS SIDERÚRGICOS ................................................................ 38 
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 39 
2 PRODUTOS SIDERÚRGICOS ......................................................................................................... 39 
2.1 Produtos Siderúrgicos ......................................................................................................................... 39 
2.2 Produtos Planos ................................................................................................................................... 39 
2.3 Produtos Longos ................................................................................................................................. 40 
2.4 O Aço e suas Aplicações .................................................................................................................... 41 
2.5 Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades dos Aços .................................................... 42 
3 CONCLUSÃO ........................................................................................................................................ 43 
 
MÓDULO 6 – SIDERURGIA E MEIO-AMBIENTE ...................................................... 44 
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 45 
2 SIDERURGIA E MEIO-AMBIENTE .............................................................................................. 45 
2.1 Questões Globais ................................................................................................................................. 45 
2.2 O Efeito Estufa .................................................................................................................................... 45 
2.3 Chuvas Ácidas ...................................................................................................................................... 46 
2.4 Poluição Hídrica e o Ciclo da Água .................................................................................................. 46 
2.5 Poluição do Solo e Resíduos Industriais ........................................................................................... 47 
2.6 Energia .................................................................................................................................................. 47 
2.7 Resíduos Siderúrgicos e Reciclagem ................................................................................................. 47 
2.8 Escórias Siderúrgicas: Altos-Fornos e Aciarias ............................................................................... 48 
2.9 Sucatas ................................................................................................................................................... 48 
2.10 Aço, um Produto Ecológico? ........................................................................................................... 48 
3 CONCLUSÃO ........................................................................................................................................ 49 
 
 
 
 
 
 
 
 
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APRESENTAÇÃO 
Este curso é destinado a estudantes e profissionais que, mesmo não atuando diretamente na indústria 
siderúrgica, buscam informações relacionadas à siderurgia para fins de estudo e/ou profissionais. Seu objetivo é 
fornecer uma visão geral da siderurgia, seus processos produtivos, matérias-primas e insumos, suas relações 
com o meio ambiente, aplicação dos produtos siderúrgicos e tecnologias atuais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONTEUDISTA 
 
Prof. Dr. Marcelo Breda Mourão 
Possui graduação em Engenharia Metalúrgica pela Universidade de São Paulo (1976), mestrado em Engenharia 
Metalúrgica pela Universidade de São Paulo (1981), doutorado em Engenharia Metalúrgica pela Universidade 
de São Paulo (1988) e pós-doutorado pela Massachusetts Institute of Technology (1991). Atualmente é 
professor associado da Universidade de São Paulo, da CCP da Universidade de São Paulo e do Conselho da 
Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais; Revisor dos periódicos Ironmaking and Steelmaking, 
Tecnologia em Metalurgia e Materiais (São Paulo); e Coordenador de projetos da Fundação de Apoio a 
Universidade de São Paulo. Tem experiência na área de Engenharia de Materiais e Metalúrgica. Atuando 
principalmente nos seguintes temas: fusão-redução; redução em fase líquida. 
 
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO 1 
 
AÇO E SIDERURGIA 
 
Conteudista: Marcelo Breda Mourão 
 
 
 
 
 
 
 
            
 Aço e Siderurgia 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Você já parou para observar que o aço está presente em todas as áreas da atividade humana? Construção civil, 
transporte terrestre, naval e aéreo, alimentação, saúde, esportes; qualquer atividade que você imaginar tem a 
presença decisiva de peças, artefatos, equipamentos ou estruturas de aço viabilizando o funcionamento da 
sociedade. Neste módulo você conhecerá um pouco sobre o aço e suas aplicações, a siderurgia e o panorama 
atual da siderurgia no Brasil e no mundo. 
 
2 O AÇO E SUAS APLICAÇÕES 
 
2.1 O Aço 
 
O aço é a liga metálica mais utilizada pelo homem. Sua grande versatilidade e baixo custo possibilitam a sua 
utilização em uma ampla gama de aplicações. 
 
O aço é um dos dois tipos de ligas metálicas baseadasno elemento químico ferro. O outro é o ferro-fundido. A 
diferença entre eles é determinada pelo teor de carbono contido: ligas de ferro e carbono com mais de 2% de 
carbono são chamadas de ferro-fundido, enquanto aquelas com teor de carbono inferior a 2% em peso são os 
aços. Os ferros fundidos e os aços têm propriedades muito diferentes: ferros-fundidos são duros e frágeis, aços 
são maleáveis e resistentes. 
 
De acordo com a definição técnica da ABNT - 
Associação Brasileira de Normas Técnicas, o aço é “liga 
ferrosa passível de deformação plástica, em geral com 
teor de carbono entre 0,008 e 2%, podendo conter 
elementos de liga adicionados intencionalmente e 
elementos residuais; e geralmente o carbono se apresenta 
na forma combinada e/ou dissolvida”. 
 
De outra forma podemos explicar que os aços são ligas 
de ferro com pequenos teores de carbono, podendo 
conter ainda outros elementos adicionados 
propositadamente para alterar as propriedades dos aços. 
Estes elementos adicionados são chamados de elementos de liga (manganês, cromo, silício, nióbio, molibdênio, 
níquel e vários outros). 
 
Por outro lado, alguns elementos presentes nos aços são prejudiciais às suas propriedades, e são classificados 
como impurezas. As principais impurezas nos aços são os elementos fósforo e enxofre, bem como gases 
dissolvidos, como hidrogênio, nitrogênio e oxigênio. 
 
2.2 O Ferro 
 
O elemento fundamental dos aços é o ferro, e suas características únicas são responsáveis por tornar o aço o 
mais importante material utilizado pela humanidade, desde sua descoberta e difusão - a mais de 3.000 anos - até 
os dias de hoje. 
 
O ferro é o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, depois do oxigênio, silício e alumínio. Tem 
como característica apresentar comportamento mecânico muito variado em função de sua composição 
química, particularmente seu teor de carbono, e histórico de tratamento termo-mecânico. Dependendo de sua 
composição, pode passar por um tratamento térmico adquirindo propriedades mecânicas superiores. 
Você sabia que o aço é um material 
completamente reciclável? Na verdade, a 
reciclagem do aço foi sempre praticada em 
grande escala muito antes de se 
popularizar o conceito de reciclagem dos 
materiais. Assim, a sucata de aço (o 
popular ferro-velho) é matéria-prima para 
a siderurgia, que refunde e purifica o aço 
usado obtendo produtos de mesma 
qualidade que aqueles obtidos a partir do 
ferro virgem. 
10
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
Na natureza o ferro encontra-se combinado com oxigênio, na forma de óxidos, formando minerais. Os dois 
tipos principais de óxidos de ferro encontrados em minerais na natureza são: a hematita e magnetita. Os outros 
minérios dos quais o ferro é extraído são a goethita, a limoníta e os itabiritos. 
 
Para obter-se aço a partir do minério de ferro é preciso, em primeiro lugar, separar o ferro do oxigênio, etapa 
chamada de redução do minério de ferro. Esta etapa é feita quase sempre empregando-se o elemento químico 
carbono (pode-se empregar hidrogênio), na forma de carvão ou coque, em altos-fornos. Assim, obtém-se um 
produto intermediário, o ferro gusa, que deve ser refinado para tornar-se aço. Uma vez obtido o aço líquido, 
este deve ser conformado por solidificação (lingotamento) seguida de conformação mecânica, até a forma do 
produto encomendado pelo cliente. 
 
 
 
 
 
2.3 Obtenção do Aço 
 
Em uma moderna usina siderúrgica integrada, o processo que vai das matérias-primas ao produto final é 
constituído por quatro etapas principais: a extração do ferro de seu minério nos altos-fornos, a conversão do 
ferro gusa, produto intermediário, em aço, sua solidificação através do lingotamento e, finalmente, a 
conformação do metal na forma de produto, tipicamente placas ou então chapas em bobinas. 
 
Nos primórdios da metalurgia do ferro, a extração ocorria na maioria das vezes no estado sólido, e durante a 
conformação nas forjas ocorriam processos relacionados à extração e ao refino. Tanto hoje como no passado, 
a primeira etapa - extração do ferro de seu minério - tem forte influência no produto final; a grande diferença é 
que hoje esta influência é bem conhecida, bem como o processo foi suficientemente dominado de forma a ter-
se uma boa uniformidade no produto. 
 
3 SIDERURGIA 
 
3.1 Conceito 
 
Siderurgia é o ramo da atividade humana que tem como objetivo a obtenção de aço a partir de matérias-primas e a 
conformação deste aço em produtos que possam ser empregados por outros ramos industriais. 
 
Ou seja, siderurgia é o conjunto de processos físicos e químicos que levam à obtenção do aço. A siderurgia ocupa-se da 
obtenção de aços, enquanto que os ferros-fundidos são obtidos pela indústria de fundição. 
 
 
 
 
• Comportamento mecânico: Refere-se a propriedades como dureza, resistência mecânica (limite de 
resistência, isto é, a carga que o metal suporta antes de romper) e outras. 
• Coque: Durante séculos, a lenha e o seu derivado, o carvão vegetal, foram praticamente os únicos 
combustíveis conhecidos tanto para o consumo doméstico, como para a indústria. Em meados do 
século XVIII (1735), foi descoberto o coque metalúrgico, derivado das hulhas ou carvão de pedra 
(espécie de carvão mineral), que passou então, a substituir o carvão vegetal nas regiões de hulhas 
abundantes (Pensilvânia nos EUA, Ruhr na Alemanha, Inglaterra, Rússia e França. 
• Você sabia que o Brasil tem grandes reservas de minério de ferro de alta qualidade? Pois é, elas 
existem principalmente em Minas Gerais e no Pará, e fazem do Brasil um dos maiores produtores e 
exportadores mundiais. 
11
 
 
 
 
            
 Aço e Siderurgia 
 
 
3.2 Um Pouco de História 
 
Os primeiros contatos do homem com o metal ferro foram a partir do ferro meteorítico; aproximadamente um 
terço dos meteoritos que atingem a superfície da Terra é de ferro. Desde tempos remotos o homem os utiliza 
na fabricação de ferramentas, adornos e armas. 
 
Entre 3.000 AC e 1.500 AC, a Idade do Ferro espalhou-se pela Europa e a partir da grande utilização do ferro 
no mundo, a metalurgia passou a se dividir em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos. 
 
Nos seus 3000 anos “oficiais” de existência, o processo siderúrgico de transformação do minério de ferro em 
produtos de aço evoluiu junto com a civilização, mas sua essência ainda é a mesma: usa-se uma fonte de 
carbono (carvão vegetal ou coque) reagindo com um sopro de ar para extrair o ferro do minério e para 
fornecer a energia necessária ao processo. 
Para se reduzir um óxido de ferro por carbono, são necessárias altas temperaturas e ambiente com pouco 
oxigênio. Isto pode ser conseguido através de sopro de ar em uma mistura de minério e carvão contida em 
local isolado da atmosfera, o que pode ser um buraco no chão. Se a descoberta deste processo foi acidental ou 
consequência do desenvolvimento da tecnologia de queima de cerâmica ou obtenção de bronze é um ponto 
ainda não esclarecido. O fato é que existem evidências arqueológicas da aplicação deste processo na 
antiguidade em diferentes locais e por diferentes povos, com destaque para o Oriente Médio, no chamado 
Crescente Fértil, como também na China, Índia, norte da África. 
 
O aço original dos antigos é aquele que foi temperado, ou seja, que foi aquecido e resfriado rapidamente. A sua 
obtenção dependia da ocorrência de inúmeros fenômenos sobre os quais os antigos não tinham conhecimento 
suficiente para dominar; entre o fundidor e o ferreiro, como este último era o que obtinha o produto final, 
aquele que conseguia o bom produto ficava com o mérito e o prestígio. Com o surgimento da ciência moderna 
e seus instrumentos, surgiu também a divisão entre metalurgia extrativa, relacionada à primeira etapa do 
processo siderúrgico, e a metalurgia física, direcionada aoproduto. 
 
3.3 Etapas de Produção na Siderurgia 
 
As etapas de produção na siderurgia podem ser classificadas em 4 fases: 
 Redução do minério: o ferro é extraído do seu óxido, passando neste processo a ser ligado a um 
elevado teor de carbono e se liquefaz, passando a ser denominado de ferro gusa ou ferro de primeira 
fusão ou ainda, ferro fundido se for utilizado na fabricação de peças. O objetivo é a redução do minério 
de ferro, para eliminação de outros elementos em geral encontrados nesse minério, como silício, 
manganês, fósforo e enxofre; 
 Refino do aço: o ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em 
aço, através da redução do teor de carbono e de outros elementos, considerados como impurezas; 
 Lingotamento: solidificação do aço líquido em formas pré-definidas como lingotes, placas, tarugos, 
barras etc.; 
 Laminação do aço: transforma os produtos semi-acabados obtidos na etapa de refino em produtos 
siderúrgicos acabados utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, 
vergalhões, arames, perfis, barras, etc. 
 
Com a evolução tecnológica, essas 4 fases estão sendo integradas, visando atingir uma maior velocidade, maior 
rendimento do processo através da redução de descarte de material e, consequentemente, menores custos de 
produção. Em princípio, quanto maior for o grau de integração de uma usina, mais competitiva se tornam os 
seus produtos no mercado. 
 
Existem 3 rotas tecnológicas alternativas para a produção do aço: usinas integradas, usinas semi-integradas e 
usinas não-integradas. 
 
12
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
Usinas integradas são empresas de grande porte e que realizam as quatro etapas do processo produtivo: 
redução, refino, lingotamento e laminação. Utilizam como matéria-prima o minério de ferro. 
 
O processo produtivo das usinas semi-integradas compreende apenas as três últimas etapas, ou seja, refino, 
lingotamento e laminação, utilizando a sucata ferrosa como matéria-prima e tendo a eletricidade como fonte de 
energia preponderante. 
 
Usinas não-integradas operam apenas uma fase do processo: redução ou laminação. No primeiro caso estão os 
produtores de ferro gusa, os chamados guseiros, que têm como característica comum o emprego de carvão 
vegetal em altos fornos para redução do minério. No segundo, estão os relaminadores (são empresas que 
adquirem aço em placas, bobinas ou tarugos, e os relaminam), de placas e tarugos, adquiridos de usinas 
integradas ou semi-integradas e as empresas que relaminam chapas finas ou folhas a frio. 
 
4 O PANORAMA ATUAL DA SIDERURGIA NO BRASIL E NO MUNDO 
 
4.1 Produção Mundial 
 
A produção de aço é uma atividade de grande potencial para geração de crescimento econômico e social de 
uma região e de um país. 
 
A participação brasileira na produção de aço bruto vem crescendo ano a ano em relação à produção mundial, 
tanto que hoje somos o décimo maior produtor mundial e o primeiro da América Latina. 
 
4.2 Evolução da Produção do Aço 
 
Após a Segunda Guerra Mundial a siderurgia mundial, seguida pela siderurgia brasileira, experimentou um 
acelerado crescimento, interrompido nas décadas de 70 e 80 do século passado. Um novo ciclo de crescimento 
foi iniciado na segunda metade da década de 90. 
 
4.3 Siderurgia Brasileira 
 
A siderurgia brasileira tem elevada competitividade intrínseca, pois: 
 possui um parque produtor de aço de 25 usinas (11 integradas e 14 semi-integradas) administradas por 
13 empresas; 
 está presente em 9 estados da federação; 
 tem capacidade instalada de 37 milhões de t/ano de aço bruto; 
 tem minério de ferro abundante e de ótima qualidade (o Brasil é o maior exportador mundial deste 
produto); e 
 possui logística privilegiada. O sudeste brasileiro é atualmente uma das melhores localizações mundiais 
para uma usina siderúrgica. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Neste módulo você viu que o aço é uma liga de ferro com pequenos teores de carbono, podendo conter ainda 
outros elementos que modificam suas propriedades, sendo extremamente versátil em relação às propriedades 
que pode adquirir, e de fácil conformação, podendo assumir inúmeras formas. Estas características fazem com 
que o aço seja a liga metálica mais utilizada pelo homem, e suas inúmeras aplicações em praticamente todos os 
setores da sociedade o tornam fundamental no progresso da civilização. 
 
A obtenção de produtos de aço a partir do minério de ferro é feita em quatro etapas principais: redução do 
minério de ferro, que consiste na extração do ferro do minério, obtendo-se o ferro-gusa, produto intermediário 
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 Aço e Siderurgia 
 
 
com alto teor de carbono; refino, que é a transformação do ferro-gusa em aço líquido, seguida de purificação; 
lingotamento, que é a solidificação do aço em formas apropriadas, e laminação, que é a etapa que transforma 
o produto solidificado de aço em formas adequadas à indústria, por transformação mecânica. 
 
A siderurgia é o ramo da indústria que se ocupa da fabricação do aço. Tem como objetivo a obtenção de aço a 
partir de matérias-primas e a conformação deste aço em produtos que possam ser empregados por outros 
ramos industriais. 
 
As usinas siderúrgicas integradas realizam todas as etapas do processo produtivo, utilizando como fonte de 
ferro o minério de ferro, e como principal fonte de energia o carvão; usinas semi-integradas não realizam a 
etapa de redução, utilizando a sucata ferrosa como fonte de ferro e eletricidade como fonte de energia 
preponderante. 
 
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Fundamentos da Siderurgia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO 2 
 
MATÉRIAS-PRIMAS E REDUÇÃO 
 
Conteudista: Marcelo Breda Mourão 
 
 
 
 
 
 
            
 Matérias-Primas e Redução 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
No módulo 1 você viu que em usinas integradas o ferro necessário para a fabricação de aço é obtido a partir do 
minério de ferro, enquanto que em usinas semi-integradas a fonte de ferro é a sucata e o ferro gusa, ou seja, 
ferro já na forma metálica. 
 
Neste módulo você irá descobrir como o ferro é extraído do seu minério através do processo de redução, e 
quais as principais matérias-primas empregadas para isto. 
 
Para fins didáticos, pode-se considerar que a fase do processo de produção denominada redução é 
compreendida pelos seguintes setores básicos: 
 pátios de matérias-primas; 
 pelotização e sinterização; 
 coqueria; e 
 fornos de obtenção de ferro primário - alto-fornos. 
 
2 MATÉRIAS-PRIMAS E REDUÇÃO 
 
2.1 Matérias-Primas e Impurezas 
 
A principal matéria-prima da siderurgia é o minério de ferro. Como visto no módulo 1, o ferro é muito 
abundante na crosta terrestre, mas para ser aproveitado deve estar concentrado em alguns locais, que são as 
minas de minério de ferro. 
 
Os dois tipos mais comuns de minérios são os hematíticos, onde o ferro está na forma de hematita, de fórmula 
Fe2O3, e os magnetíticos, onde o ferro está na forma de magnetita, Fe3O4. Em ambos o ferro está combinado 
com oxigênio, o que o torna um óxido de ferro. 
 
Uma hematita pura pode conter 70% de ferro e 30% de oxigênio. Os minérios 
contêm sempre algumas impurezas, de modo que a porcentagem de ferro é sempre 
menor que 70%. O Brasil tem grandes reservas de minério de ferro hematítico que 
são considerados, em qualidade, um dos melhores do mundo, pois possuem altos 
teores de ferro, pouca ganga e pureza em geral bem superior a de outros países. A 
ganga dos minérios de ferro é composta principalmente de óxido de silício (sílica, 
SiO2) e óxido de alumínio (alumina, Al2O3), contendo ainda pequenas quantidades 
de diversos outros óxidos (manganês, titânio, magnésio, cálcio, sódio, potássio,etc.), bem como fósforo, que é uma importante impureza nos aços cuja origem é o 
minério de ferro. 
 
As impurezas contidas nas matérias-primas devem ser eliminadas durante os processos de redução ou fusão e 
refino. Durante a etapa de refino (purificação), a maioria das impurezas (silício, carbono e manganês), menos 
nobres que o ferro, contidas no metal líquido, são eliminadas por oxidação seletiva. As mais críticas são as 
impurezas mais nobres que o ferro, tais como o cobre e o fósforo. O enxofre é uma das impurezas especiais 
indesejáveis. O fósforo e o enxofre são considerados os “inimigos” do aço pela dificuldade (altos custos) na 
sua eliminação, e por serem também os elementos que afetam negativamente nas propriedades do aço, mesmo 
em quantidades muito pequenas. 
 
Chama-se de 
ganga a parte do 
minério que não 
contém ferro; 
quanto menos 
ganga, mais puro 
o minério. 
16
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
2.2 Sinterização 
 
Para extração do ferro do minério, o reator mais empregado é o alto-forno (reator metalúrgico empregado na 
produção de ferro-gusa). Como ele não pode ser carregado com material fino, pois seria levado pelos gases 
ascendentes, o minério é carregado na forma de minério granulado (também chamado de bitolado), medindo 
entre 8 e 50 mm cada pedaço, ou então por material mais fino produzido nas minas, mas que deve ser 
aglomerado para carregamento no alto-forno. 
 
Existem dois tipos principais de aglomeração de minérios de ferro: a pelotização, realizada em geral pelas 
próprias mineradoras, que produzem um aglomerado chamado pelota, e a sinterização, efetuada em geral pelas 
siderúrgicas, que produzem um aglomerado chamado sinter. Estes aglomerados apresentam vantagens em 
relação ao minério bitolado, melhorando a operação dos altos-fornos. 
 
As siderúrgicas integradas podem empregar até os três tipos de materiais. Compram das mineradoras o minério 
bitolado e pelotas, e também o minério na granulometria (especificações quanto ao tamanho e distribuição das 
partículas ou materiais) apropriada para produzir o sinter, chamado de sinter feed. Estes materiais são 
armazenados em grandes pátios de matérias-primas antes de sua utilização. O minério granulado e as pelotas 
podem ser carregados diretamente nos altos-fornos, enquanto o sinter feed é encaminhado para a unidade de 
sinterização. 
 
A sinterização é um processo de aglomeração de minério que forma o sinter a partir de queima de combustível 
sólido (coque) misturado ao minério. As siderúrgicas fabricam o sinter auto-fundente: na mistura a sinterizar 
adiciona-se, além do minério e do combustível, os fundentes (substâncias que alteram a composição das 
escórias para adequá-las ao processo) necessários ao alto-forno. 
 
A outra matéria-prima essencial para o funcionamento dos altos-fornos é o combustível e redutor, fonte de 
carbono para geração de calor e para redução do minério de ferro. Os grandes altos-fornos empregam coque 
com esta finalidade; no Brasil, também existe uma importante produção em altos-fornos a carvão vegetal. 
 
O carvão vegetal é obtido através da carbonização da madeira, sendo, portanto, um recurso natural renovável, 
ao contrário do coque que é obtido do carvão fóssil. No entanto, para que seja sustentável, o carvão vegetal 
deve ser produzido a partir de reflorestamento, preservando as matas nativas. 
 
No Brasil, existe importante setor produtor de ferro gusa em altos-fornos a carvão vegetal. 
 
2.3 Coqueria 
 
O coque é o mais importante insumo energético da siderurgia. É obtido através da destilação do carvão fóssil 
em grandes instalações chamadas de coqueria. 
 
Na coqueificação o carvão fóssil é aquecido acima de 1.000°C em câmaras vedadas. Durante o aquecimento, o 
carvão torna-se fluido e desprende matéria volátil (gases leves e hidrocarbonetos condensáveis), 
ressolidificando ao fim do processo. Obtém-se assim um material enriquecido em carbono e com grande 
resistência mecânica, capaz de suportar o peso da carga nos grandes altos-fornos. O gás gerado na 
coqueificação (chamado de gás de coqueria, GCO) tem alto poder calorífico e é recolhido em gasômetros para 
ser usado como combustível em outras operações na própria siderúrgica. 
 
O coque é britado e classificado no tamanho adequado para o alto-forno e armazenado em silos (reservatório 
de matéria-prima). 
 
 
 
 
17
 
 
 
 
            
 Matérias-Primas e Redução 
 
 
Para que o alto-forno possa operar de maneira eficiente também é imprescindível, além da fonte de ferro e do 
combustível/redutor, a adição de uma fonte de óxido de cálcio (CaO), a cal, principal fundente siderúrgico. Ela 
tem a importante missão de reagir com a ganga do minério (principalmente o óxido de silício (sílica)) para 
formar uma escória separada do ferro no forno. A cal pode ser adicionada na forma de calcário (carbonato de 
cálcio, CaCO) diretamente no forno, onde este será calcinado a CaO pelas altas temperaturas, ou então 
misturado na carga da sinterização do minério, formando um sinter auto-fundente, que já contenha a cal 
necessária ao alto-forno. 
 
2.4 Alto-Forno 
 
O processo de redução de minério de ferro é efetuado no principal equipamento da siderurgia, o alto-forno. 
 
O alto-forno é considerado o reator mais complexo da metalurgia. No seu interior ocorrem centenas de 
reações e estão presentes os 3 estados da matéria: sólidos, líquidos e gases. 
 
O objetivo do alto forno é produzir ferro gusa em estado líquido com a qualidade e em quantidade necessárias 
para o bom andamento dos processos produtivos subsequentes. Para isto, o alto-forno utiliza como matérias-
primas básicas a carga metálica (sínter, pelotas, minério granulado) e o combustível sólido (coque ou carvão 
vegetal), além de fundentes e injeções auxiliares pelas ventaneiras (gás natural, carvão pulverizado, óleo 
combustível, plásticos picotados etc.). 
 
Existem outros processos de redução de minério de ferro, além do alto-forno. São chamados de processos de 
redução direta. Nele ferro é produzido no estado sólido por redução do minério por gases (derivados do gás 
natural) ou por carvão. Estes processos trabalham em escala menor que o alto-forno e produzem em torno de 
5% do total de ferro produzido no mundo. No Brasil existe apenas uma usina que emprega redução direta. 
 
O alto-forno é um equipamento destinado a extrair o ferro de seu minério por reação do mesmo com o 
carbono contido no carvão ou coque, reação esta denominada redução. O material que contém o carbono é 
chamado de redutor. Esta reação ocorre apenas em alta temperatura, que é obtida pela combustão de parte do 
carbono carregado. Deste modo, é necessário injetar ar no alto-forno para queimar o carbono do carvão ou do 
coque. Assim, o ferro produzido pela redução é obtido na forma líquida e absorve um pouco do carbono do 
redutor, formando uma liga líquida composta de ferro (92% a 95% em peso), carbono (3,5% a 5,0%) e 
quantidades menores de alguns elementos contidos no minério ou no redutor que passam para a liga, como 
silício, manganês, fósforo e enxofre. Esta liga é chamada de ferro gusa e sai do forno a temperaturas próximas 
de 1.500ºC. 
 
Por serem menos densas, algumas substâncias contidas na ganga do minério e nas cinzas do redutor formam 
uma mistura de óxidos e silicatos que se separa do ferro gusa. Esta mistura é chamada de escória, e também é 
vazada do alto-forno na forma líquida. Cada tonelada de ferro gusa produzida forma de 200 kg a 350 kg de 
escória, que pode ser utilizada na fabricação de cimento. 
 
Outro produto do alto-forno além do ferro gusa e da escória são os gases produzidos pela combustão do 
carbono com o ar e pelas reações de redução. Este gás, denominado gás de alto-forno (GAF), sai pela parte 
superior do forno e é armazenado em gasômetros para ser usado como combustível.18
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
2.5 Descrição de um Alto-Forno 
 
O alto-forno é um forno vertical de secção circular cujo raio varia com a altura, formando diferentes regiões: 
 Goela é a parte cilíndrica superior, onde é feito o carregamento do alto-forno; 
 Cuba ocupa a maior parte do alto-forno, tendo o formato de um tronco de cone, devido à necessidade 
de compensar o aumento de volume da carga devido à elevação da temperatura e também para 
possibilitar a descida da carga de forma suave; 
 Ventre é a parte cilíndrica de união entre a cuba e a rampa. É uma das partes mais solicitadas do forno 
devido à intensa oscilação de temperatura; 
 Rampa é a região tronco-cônica, com o maior diâmetro na parte superior, sendo que este formato 
ajuda a sustentação da carga e o gotejamento de gusa e escória para o cadinho através dos interstícios 
das partículas de coque; 
 Cadinho é a parte inferior do alto-forno na qual o ferro gusa a e a escória formados são recolhidos e 
armazenados; de tempos em tempos é aberto um furo na parte inferior do cadinho, denominado furo 
de gusa, por onde o gusa e a escória são drenados do interior do forno; e 
 Ventaneiras: ficam posicionadas na parte superior do cadinho. É onde é feita a injeção do ar quente 
soprado e de combustíveis auxiliares. As ventaneiras são peças de cobre refrigeradas a água, que 
penetram até 500 mm no interior do forno e, por isto, são submetidas às mais altas temperaturas e ao 
ataque das partículas de coque incandescente e gotejamento de gusa e escória. O número de ventaneiras 
aumenta com o tamanho dos fornos, podendo alcançar mais de 40 nos grandes altos-fornos. 
 
2.6 Princípios de Funcionamento do Alto-Forno 
 
A operação do alto-forno consiste do carregamento periódico de sólidos pelo topo, drenagem contínua ou 
periódica de líquidos pela parte inferior, contínua injeção de ar quente e hidrocarbonetos através das 
ventaneiras e remoção de gás e poeira pelo topo. 
 
1- As matérias-primas para o processo de redução são carregadas pelo topo através de sistemas especialmente 
projetados. O carregamento é feito em camadas alternadas de coque e de minério (sinter, pelota ou minério 
bitolado). 
 
2- Simultaneamente, ar quente é soprado na região inferior através das ventaneiras. O ar quente queima o 
carbono do coque, gerando altas temperaturas e um gás rico em monóxido de carbono (CO) que sobe pelo 
forno, aquecendo a carga e reagindo com o minério de ferro, formando dióxido de carbono (CO2) e separando 
o ferro do minério, através das reações de redução. 
 
3- O ferro formado é aquecido, absorve carbono e eventualmente se funde, depositando-se no cadinho. As 
substâncias contidas no minério e no redutor que não reagem com o carbono formam a escória, que também 
se funde e, por ser mais leve, permanece acima do ferro-gusa no cadinho. Os gases gerados saem pelo topo, 
passam por sistemas de limpeza e são direcionados ao gasômetro. 
 
4- Combustíveis auxiliares são também injetados pelas ventaneiras junto com o ar quente, de forma a permitir 
um menor consumo de redutor sólido, que em geral é a matéria-prima mais cara. O mais comum é a injeção de 
carvão pulverizado, mas pode-se também injetar gás natural ou hidrocarbonetos líquidos. 
 
5- Para a retirada do gusa e da escória do forno, é feita abertura de um furo no cadinho, com uma perfuratriz 
hidráulica ou pneumática, até alcançar o gusa líquido, dando início à corrida de gusa. Após algum tempo a 
escória passa a ser drenada em paralelo com o gusa. Ao final da corrida o furo é novamente fechado com 
massa à base de carbono por meio do canhão de lama, e um outro furo de gusa deverá ser aberto, ou já estar 
aberto, em outra casa de corrida, de modo a manter uma drenagem contínua do alto-forno. 
 
19
 
 
 
 
            
 Matérias-Primas e Redução 
 
 
6- O gusa direcionado para os carros torpedos - vagões ferroviários na forma de torpedo revestidos com 
material refratário - que irão transportar o ferro gusa líquido para a aciaria, onde o mesmo será transformado 
em aço. 
 
7- A escória recebe um jato de água para solidificá-la na forma de grânulos; a escória granulada será vendida 
para produção de cimento ou outros usos em construção civil. 
 
2.7 A Eficiência de um Alto-Forno 
 
A operação de um alto-forno com eficiência é de fundamental importância na siderurgia, pois é neste 
equipamento que incidem os principais custos da produção do aço. Um alto-forno eficiente deve apresentar as 
seguintes características: 
 Vida útil elevada: a vida útil média dos altos-fornos, conhecida como campanha, está atualmente na 
faixa de 12 a 18 anos, porém existem altos-fornos em operação com campanhas acima de 20 anos; 
 Alta produtividade: o critério de avaliação da produtividade mais aceito é a relação entre a produção 
média diária e o volume interno do alto-forno (toneladas/dia/m3). A produtividade média dos altos-
fornos brasileiros em operação fica na faixa entre 1,80 a 2,80 t/dia/m3, dependendo da idade do forno e 
das condições particulares de cada usina; 
 Baixo consumo de combustível: no caso brasileiro, os principais combustíveis utilizados no processo 
são o coque metalúrgico e o carvão pulverizado injetado pelas ventaneiras. No caso de usinas não-
integradas de médio e pequeno porte e produtores de ferro-gusa o carvão vegetal é o principal 
combustível utilizado. O consumo de combustível é medido em quilogramas de combustível 
consumido para a produção de uma tonelada de ferro gusa. Atualmente, com os diversos 
desenvolvimentos das últimas décadas, para produzir uma tonelada de ferro-gusa os altos-fornos 
consomem menos da metade do combustível que era consumido há 60 anos atrás; e 
 Qualidade adequada: a qualidade do ferro gusa deve estar dentro dos padrões exigidos pelo processo 
seguinte, que é a transformação do ferro gusa em aço. Isto implica no atendimento de requisitos de 
composição química e de temperatura cada vez mais restritivos. A escória também deve ter uma 
composição adequada à sua utilização mais frequente, que é a indústria cimenteira. 
 
3 CONCLUSÃO 
 
Nesse módulo você aprendeu que a principal matéria-prima da siderurgia é o minério de ferro. Que os dois 
tipos mais comuns de minérios são os hematíticos (onde o ferro está na forma de hematita) e os magnetíticos 
(onde o ferro está na forma de magnetita) e que eles sempre contêm impurezas que devem ser eliminadas 
durante os processos de redução ou fusão e refino. 
 
Para extração do ferro de seu minério, o reator mais empregado é o alto-forno que deve ser carregado com 
minério granulado ou aglomerado. Existem dois tipos principais de aglomeração de minérios de ferro: a 
pelotização que produz um aglomerado chamado pelota e a sinterização que produz um aglomerado 
chamado sinter. 
 
O coque é o mais importante insumo energético da siderurgia. Ele é obtido através da destilação do carvão 
fóssil em grandes instalações chamadas de coqueria. Para ser considerado adequado para o alto-forno, o 
coque é britado e classificado. 
 
O processo de redução de minério de ferro é realizado no alto-forno através da extração do ferro de seu 
minério por reação do mesmo com o carbono contido no carvão ou coque. O objetivo do alto-forno é 
produzir ferro gusa em estado líquido com a qualidade e em quantidade necessárias para o bom andamento dos 
processos produtivos subsequentes. 
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Fundamentos da Siderurgia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO 3 
 
REFINO E LINGOTAMENTO 
 
Conteudista: Marcelo Breda Mourão 
 
 
 
 
 
 
            
 Refino e Lingotamento 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
No módulo 2 você viu que a área de Redução de uma grande usina siderúrgica produz o ferro gusa líquido, quecontém, além do ferro, outros elementos como carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. Para que este 
ferro-gusa possa ser transformado em aço é preciso alterar a sua composição, diminuindo ou eliminando 
elementos contidos. Aços têm teor de carbono muito menor que o gusa. O fósforo e o enxofre são impurezas 
muito prejudiciais aos aços, e sua quantidade deve ser diminuída tanto quanto possível 
 
Após a obtenção do ferro gusa, ele é utilizado em usinas integradas como a principal matéria-prima para 
fabricação do aço na Aciaria e a geração de semiprodutos por lingotamento contínuo. É sobre estas duas etapas 
do processo que iremos tratar agora. Além disto, você verá também que é característico das usinas semi-
integradas o aço ser fabricado em fornos elétricos a partir, principalmente, de sucatas. 
 
2 REFINO E LINGOTAMENTO 
 
2.1 Ferro-Gusa em Aço 
 
A transformação do ferro-gusa em aço se dá 
basicamente pela diminuição da quantidade de carbono 
contido no metal. Para isto, é necessário fazer com que o 
carbono dissolvido no gusa reaja com oxigênio, 
transformando-se em monóxido de carbono que é 
separado na forma de gás. Durante muito tempo as 
fontes de oxigênio mais empregadas para o refino eram 
o ar ou o próprio óxido de ferro do minério. Mas desde 
a década de 50 do século XX emprega-se essencialmente 
oxigênio puro. O processo mais usado de conversão por 
oxigênio é conhecido como processo LD. 
 
2.2 Processo de Refino Primário 
 
O processo de refino primário consiste basicamente em injetar oxigênio gasoso em alta velocidade sobre o 
ferro-gusa líquido, de modo que o oxigênio injetado reaja com o carbono do gusa eliminando o mesmo na 
forma de monóxido de carbono gasoso, ao mesmo tempo em que o calor gerado pela reação de queima do 
carbono aquece o aço formado, pois este tem temperatura de fusão superior ao ferro gusa. 
 
Durante o processo, outros elementos contidos no gusa também reagem com o oxigênio: 
 o silício é totalmente oxidado formando óxido de silício (sílica) que é menos denso que o ferro, mas 
tem uma viscosidade muito alta. É então necessário adicionar cal (óxido de cálcio) para reagir com a 
sílica e formar uma escória de boa fluidez e temperatura de fusão mais baixa, e que não reaja com o 
revestimento refratário do reator; 
 o fósforo é parcialmente oxidado e um pouco vai para a escória enquanto que outro tanto permanece 
como impureza no metal; e 
 o manganês também distribui-se entre o metal e a escória, mas não é considerado impureza nos aços já 
que praticamente todos os aços necessitam de teores variáveis de manganês. 
 
É muito comum, inclusive no Brasil, tirar grande parte do enxofre do aço, antes mesmo da Aciaria, em um 
processo chamado pré-tratamento de gusa. Para isto as usinas integradas utilizam estações de dessulfuração nas 
quais o teor de enxofre do gusa é diminuído através da injeção de agentes químicos, à base de cal e magnésio, 
em carros torpedo ou mesmo em panelas de gusa. (Figura). 
O processo LD foi desenvolvido na década 
de 50 nas cidades austríacas de Linz e 
Donawitz, daí o nome LD. Baseado em 
concepção do inglês Bessemer, o processo 
utilizou pela primeira vez oxigênio puro 
gasoso injetado por lança apropriada sobre 
o ferro gusa, como reagente principal do 
refino. Nos EUA, o processo de conversão 
a oxigênio é chamado de BOP (Basic Oxygen 
Process), e o conversor ou convertedor de 
BOF (Basic Oxygen Furnace). 
22
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
2.3 Conversor 
 
O conversor LD é o reator no qual é realizada a 
transformação do gusa em aço. Consiste em uma 
carcaça de aço revestida de material refratário 
(resistente a altas temperaturas) e apoiada em 
estrutura especial que permite o seu basculamento. 
 
Como as reações do oxigênio com o carbono e o 
silício produzem muito calor, o conversor não 
precisa de nenhum outro combustível para efetuar 
a conversão de gusa em aço. Pelo contrário, o calor 
produzido é maior que o necessário para aquecer o 
metal acima da temperatura de fusão do aço, em 
torno de 1540ºC. Isto permite que este calor seja 
utilizado para fundir sucata de aço. Assim, de 5% a 
25% da carga metálica em um conversor pode ser sucata de aço sólida, que é então reciclada para fazer aço 
novo. 
 
As principais matérias-primas do processo de refino são: 
 Gusa líquido, que vem do alto forno em carros torpedo; 
 Sucatas de aço (pode-se também carregar gusa sólido); 
 Cal para formar escória conveniente com a sílica formada; e 
 Oxigênio para realizar as reações de refino com o carbono, silício, manganês e fósforo do ferro gusa. 
 
Outras matérias-primas com funções específicas são usadas com frequência como, por exemplo, fluorita e 
dolomita para formar escória mais fluida e menos agressiva ao refratário, e minério de ferro e ferro silício para 
ajustar temperatura. 
 
2.4 Operações de Refino no LD 
 
O ciclo de operações de refino primário no LD envolve seis etapas: 
a) Carregamento de carga sólida: para o carregamento o conversor é basculado para uma posição 
inclinada. O carregamento da carga sólida é realizado por calhas de sucata manuseadas por pontes 
rolantes; 
b) Carregamento do gusa líquido: o gusa líquido é transferido da panela de gusa para o conversor através 
de uma ponte. A panela tem dispositivo que permite o seu basculamento pelo gancho auxiliar da ponte, 
durante a operação de carregamento; 
c) Sopro: Terminado o carregamento o conversor volta à posição vertical. A lança de oxigênio é baixada 
até pouco acima do nível do metal, e o sopro de oxigênio é iniciado já durante a descida da lança. Após 
alguns segundos se produz uma chama que caracteriza o início das reações de refino. A duração do 
sopro depende da vazão específica de oxigênio e dos recursos do conversor, variando entre 12 e 22 
minutos. As adições de Cal e fundentes (fluorita, dolomita) são realizadas em geral no início do sopro. 
A altura da lança e vazão de oxigênio podem permanecer constantes ou sofrerem modificações durante 
o sopro, de acordo com o padrão de sopragem previamente definido. As adições de minério de ferro 
ou sucata para controle da temperatura devem ser realizadas na etapa final do sopro; 
d) Medição de temperatura e retirada de amostras: assim que o sopro é interrompido o conversor é 
basculado para posição horizontal, a fim de se medir a temperatura e retirar amostras de aço e escória. 
Se a composição química e a temperatura correspondem ao especificado, o conversor é basculado no 
sentido contrário para vazamento da corrida na panela de aço. Se a temperatura estiver abaixo do 
previsto e/ou o teor de carbono acima do especificado, o conversor retorna à posição vertical, a lança é 
No conversor há dois tipos de revestimentos 
superpostos: o permanente, que é um 
revestimento de segurança, e o de trabalho, 
trocado periodicamente de acordo com o seu 
desgaste. Os tijolos utilizados no conversor LD 
são fabricados normalmente empregando-se a 
magnesita (óxido de magnésio) aglomerada com 
um tipo especial de alcatrão. A duração do 
revestimento depende de numerosos fatores 
operacionais bem como da qualidade dos tijolos 
utilizados 
23
 
 
 
 
            
 Refino e Lingotamento 
 
 
baixada e a corrida ressoprada, fazendo-se as necessárias adições. No caso da temperatura estar acima 
do previsto a corrida pode ser resfriada com adição de minério de ferro, calcário ou ainda aparas de 
sucata; 
e) Vazamento do aço: estando a temperatura do aço e sua composição química de acordo com a 
especificação, ele é vazado do conversor para a panela de aço através do furo de vazamento. Durante o 
vazamento, adiciona-se desoxidantes - principalmente alumínio ou silício - que devem reagir com o 
excesso de oxigênio que dissolve no aço durante a conversão. Também são adicionadas ferro-ligasde 
elementos que irão conferir ao aço as propriedades desejadas. Existem dispositivos especiais que evitam 
a passagem da escória do conversor para a panela, o que poderia introduzir impurezas no aço; e 
f) Vazamento de escória: após o vazamento o conversor é basculado para o lado de carregamento e a 
escória é vazada no pote de escória, pela sua boca, e ele volta à posição inicial de carregamento, 
reiniciando o ciclo. A panela de aço é encaminhada para as operações de metalurgia secundária ou 
diretamente para o lingotamento contínuo. 
 
2.5 Fabricação de Aço em Forno Elétrico a Arco 
 
Outra forma de fabricação de aço, principalmente em usinas semi-integradas, é por meio de Fornos Elétricos a 
Arco (FEA) que empregam como matéria-prima sucata de aço (processo de reciclagem) e a fundem a alta 
temperatura, obtendo o aço líquido que será posteriormente refinado. No Brasil, aproximadamente 24% da 
produção de aço é feita em fornos elétricos. 
 
No forno elétrico a arco, a energia necessária para a fusão da sucata de aço é fornecida através de arco elétrico. 
Este arco atinge altas temperaturas, suficientes para fundir o aço. Energia adicional é também fornecida através 
da injeção de oxigênio, que reage com a carga fornecendo calor. 
 
O forno elétrico tem como principais componentes o transformador, a carcaça, a abóbada e os eletrodos de 
grafite. 
 
Os transformadores dos fornos elétricos a arco vêm aumentando de potência com o aumento da produtividade 
e tecnologia. São projetados para operar em condições mais rigorosas do que aquelas utilizadas em outras 
aplicações, devido, principalmente, aos elevados esforços mecânicos decorrentes do início de fusão da carga 
metálica. 
 
O operador pode mudar a potência de operação com o forno em funcionamento, o que minimiza os tempos 
mortos. 
 
A carcaça, estrutura cilíndrica com fundo abaulado (arredondado), possui duas aberturas: a bica de vazamento, 
por onde sairá o metal em estado líquido de dentro do forno; e a porta de escória, ou porta de trabalho, por 
onde se realizam adições de matérias-primas, retira-se escória, injeta-se oxigênio, verifica-se temperatura e 
outros. 
 
A abóbada é uma tampa com orifícios, em geral em número de três, através dos quais os eletrodos são 
introduzidos para fusão da sucata metálica que se encontra no interior do forno A carcaça e a abóbada do 
forno elétrico constituem um recipiente em cujo interior ocorrerá o processo de fusão da carga metálica. 
 
A parte inferior de dentro da carcaça é revestida com material refratário e a parte do fundo do forno é chamada 
de soleira, estando diretamente em contato com o metal líquido. 
 
Os eletrodos são de grafite, e constituem um dos principais itens de custo do aço produzido em fornos 
elétricos. 
 
Os fornos atuais têm partes refrigeradas a água, os chamados painéis refrigerados, porque se tornou necessário 
o desenvolvimento de um revestimento que suportasse os severos efeitos da radiação térmica sobre os 
24
 
 
 
 
 
Fundamentos da Siderurgia 
 
 
refratários. O desenvolvimento de painéis refrigerados a água instalados nas laterais dos fornos elétricos a arco 
resolveu em grande parte o consumo excessivo de refratários. O emprego de abóbada refrigerada tem se 
expandido tanto no Brasil como no exterior. 
 
Os fornos elétricos possuem um sistema hidráulico de movimentação dos eletrodos através do qual é possível 
alterar o comprimento do arco entre os eletrodos e o metal líquido, portanto, controlar o consumo de energia 
elétrica e de eletrodo. 
 
O consumo dos eletrodos em operação pode ser causado por erosão, (causada pela projeção de metal nos 
eletrodos), por sublimação (passagem do carbono sólido para gasoso, a 3.800°C, temperatura que pode ser 
atingida na região do arco elétrico), por oxidação (reação da grafita com oxigênio), ou por quebras. 
 
2.6 Operação de um Forno Elétrico a Arco 
 
Inicia-se primeiro com o carregamento de sucata no forno, realizado com o auxílio de cestões de sucata. O 
forno é ligado, abre-se o arco entre os eletrodos e a carga metálica, furando a carga metálica até o fundo, 
formando então a primeira poça de aço líquido. Continuamente essa poça de aço é aumentada até que a maior 
parte de carga metálica seja derretida. Ainda com alguma sucata dentro do forno, faz-se o segundo 
carregamento e dá-se prosseguimento ao término da fusão. Quando a sucata estiver toda derretida com 
temperatura do aço líquido por volta de 1.570°C, inicia-se o período de refino. Conhece-se por refino o 
trabalho com o aço líquido onde se objetiva a limpeza do aço em termos de inclusões e o acerto de 
composição química, com remoção parcial das impurezas; esse período é acompanhado pela elevação de 
temperatura no forno e formação de escórias que ajudam a proteger o forno contra a radiação térmica. Essas 
escórias também colaboram na limpeza e purificação do aço. 
 
Neste estágio as reações exotérmicas com o oxigênio que é injetado provocam energia excessiva, e o 
superaquecimento do banho é evitado pela adição de agentes refrigerantes. A lança de oxigênio, após a 
descarburação, é substituída pelos eletrodos, sendo a partir desse instante possível adicionar todos os 
elementos sólidos necessários para se chegar ao peso da corrida. No processamento da corrida, quando a 
temperatura estiver ajustada, o metal é vazado na panela previamente preparada. 
 
Pode-se diminuir o consumo de energia elétrica com o aumento da energia química no processo. Isto pode ser 
feito através da injeção de oxigênio no período de fusão e refino ou também através de maçaricos com 
utilização de gás natural direcionados nos pontos frios no interior do forno, entre o eletrodos. O mais usual são 
lanças supersônicas que utilizam, no período de fusão, gás natural, e quando a sucata já estiver derretida, as 
lanças passam a injetar apenas oxigênio. 
 
2.6.1 Refino secundário de aço 
Como já vimos no módulo 2, impurezas são elementos ou compostos prejudiciais para as propriedades 
mecânicas e/ou características desejadas no aço. 
 
O refino secundário de aços objetiva eliminar as impurezas principais do aço bruto: oxigênio (O), enxofre (S), 
nitrogênio (N), hidrogênio (H) e fósforo (P). Chama-se refino secundário porque é realizado fora do 
equipamento de fabricação de aço bruto (Forno Elétrico a Arco ou Conversor LD). Como é feito nas panelas 
de aço, é também denominado de metalurgia de panela. 
 
Além das operações de refino secundário, outras operações também podem ser realizadas na panela, com 
eficiência maior do que nos equipamentos de fusão, são elas: 
 acerto de composição química do aço; 
 descarburação ou remoção do carbono (C); e 
 alteração da morfologia das inclusões remanescentes. 
 
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 Refino e Lingotamento 
 
 
2.6.2 Principais operações do refino secundário 
As principais operações do refino secundário são: 
 Desoxidação: tem como objetivo a remoção do oxigênio dissolvido no aço para evitar que este forme 
compostos (as inclusões) que possam prejudicar as propriedades do aço; e 
 a desoxidação do aço líquido é realizada pela adição dos seguintes elementos que têm afinidade pelo 
oxigênio maior que a do ferro: Al, Si e Mn, na presença de uma escória com baixas quantidades de 
óxidos de ferro, manganês e silício. 
 
A desoxidação também pode ser feita utilizando-se o seguinte equilíbrio químico: C + O = CO (gás) 
 
Essa reação é favorecida com a redução do teor de CO na atmosfera, que pode se dar pela diluição constante 
do CO em outros gases, como o argônio, ou pela constante remoção do CO gerado, caso do processamento 
sob vácuo. 
 
Dessulfuração: a dessulfuração em panela, ou diminuição do teor de enxofre, se dá pela adição de óxido de 
cálcio e de um elemento desoxidante, que pode ser alumínio ou o próprio carbono. Oenxofre é transferido à 
escória na forma de sulfeto de cálcio. 
 
Desgaseificação: a remoção de gases do aço líquido, principalmente hidrogênio e nitrogênio, se dá pela redução 
dos teores de H2 e N2 na atmosfera; pela diluição constante dos mesmos em outros gases, como o argônio ou 
pela constante remoção dos gases gerados, caso do processamento sob vácuo, condições que também 
favorecem a desoxidação por carbono. 
É importante ressaltar que a remoção do nitrogênio é sempre muito mais difícil do que a remoção do 
hidrogênio. Enquanto que até 70% do hidrogênio pode ser removido em um tratamento normal do aço sob 
vácuo, apenas 25% do nitrogênio pode ser removido sob o mesmo tratamento. 
 
Desse modo, o nitrogênio deve ter sua absorção limitada na fase anterior do processamento do aço, ou seja, na 
fusão e vazamento. A absorção se dá pelo contato com o nitrogênio do ar. 
 
Controle de morfologia de inclusões: o oxigênio, o enxofre, o fósforo e o nitrogênio formam compostos 
chamados de inclusões (óxidos, sulfetos e nitretos), que na maior parte dos casos são prejudiciais para as 
propriedades dos aços. Nem todas as inclusões podem ser absorvidas pela escória durante o refino secundário. 
Para que as inclusões remanescentes no aço sólido sejam neutralizadas, é necessário um processo que altere sua 
forma de modo que a mesma seja menos prejudicial. 
 
Uma das mais comuns alterações de morfologia visa tornar inclusões duras e angulosas de alumina em 
inclusões de cantos arredondados de aluminato de cálcio, que apresenta comportamento muito melhor durante 
a posterior conformação mecânica do aço. Tal alteração é obtida pela adição de Ca no aço líquido já 
desoxidado, que também é importante para neutralizar o efeito negativo das inclusões de sulfeto de manganês 
MnS. 
 
Desfosforação: a remoção do fósforo do aço líquido para a escória é favorecida por escória contendo alto teor 
de óxido de ferro. Deste modo, a desfosforação é mais favorecida no equipamento de refino primário, onde a 
escória tem alto teor de óxido de ferro, do que na metalurgia de panela. É também necessário que a escória 
tenha uma porcentagem de 35% a 40% de CaO (óxido de cálcio) para fixação do fósforo na escória. 
 
Durante o refino secundário o aço líquido é agitado por borbulhamento de gás argônio, que é inerte, por meio 
de um plug poroso instalado no fundo da panela. O objetivo é obter uma massa homogênea do ponto de vista 
térmico e químico. 
 
 
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Fundamentos da Siderurgia 
 
 
2.7 Acerto de Composição Química do Aço 
 
Além da remoção de impurezas, no refino secundário é feito o acerto da composição química do aço de modo 
a atender a especificação do cliente. Isto é feito pela adição de elementos químicos no aço líquido, 
principalmente por meio dos chamados ferro-ligas. Os principais ferro-ligas utilizados nas operações de refino 
secundário ou acerto de composição química são: ferro-manganês; ferro-cromo; ferro-silício; ferro-níquel; 
ferro-molibdênio; ferro-vanádio; ferro-titânio, ferro-nióbio; ferro-boro; etc. São também adicionados alumínio, 
cálcio-silício, grafite, cobre e outros. 
 
2.8 Instalações para Refino Secundário do Aço 
 
Existem diversas instalações que podem ser utilizadas para o refino secundário. A escolha do tipo de instalação 
depende das necessidades específicas de refino para cada tipo de aço, da produtividade desejada, do volume de 
aço a ser processado e do valor do investimento que se pode fazer e seu retorno. 
 
Os principais equipamentos são: forno panela, tanque de vácuo - instalação ASEA-SKF, VAD (Vacuum Arc 
Degassing), VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) - e desgaseificadores DH e RH - processo CAS (Composition 
Adjustment by Sealed Argon Bubling) e IR-UT (Injection Refining-Up Temperature). 
 
A seguir serão descritas algumas instalações e os processos que cada uma permite realizar. 
 
Forno Panela: a mais popular instalação para refino secundário dos aços. O reduzido investimento necessário 
fez com que o Forno Panela se tornasse quase que uma instalação obrigatória para a fabricação de aços, pois 
além de permitir que grande parte dos processos de refino secundário fossem realizados com maior 
flexibilidade, liberou as instalações de fusão para se dedicarem apenas a derreter e elaborar o aço bruto com a 
maior eficiência possível. Neste equipamento pode-se realizar os seguintes processos: 
 controle de temperatura; 
 acerto de composição química; 
 controle de morfologia de inclusões; 
 desoxidação; e 
 dessulfuração. 
 
Tanque de Vácuo: a panela é posicionada dentro de um tanque que tem sua pressão reduzida para permitir 
que alguns processos sejam levados a cabo com maior eficiência ou mesmo viabilizados. 
 
Os processos efetuados no tanque de vácuo são: 
 desgaseificação; 
 desoxidação; 
 dessulfuração; 
 descarburação (em condições específicas); e 
 acerto de composição química. 
 
Desgaseificador a vácuo RH: a instalação RH (Ruhrstahl – Heraeus) permite submeter porções do aço à ação 
do vácuo por meio de um vaso posicionado sobre a panela, mantendo o contato entre o vaso e o aço na panela 
por meio de dois canais de comunicação. O borbulhamento de gás inerte (argônio) por um dos canais provoca 
um movimento contínuo de aço para dentro do vaso - o que permite um tratamento mais homogêneo. Em 
algumas configurações, é utilizada a oxidação do alumínio para a manutenção/controle da temperatura do 
processo. 
 
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 Refino e Lingotamento 
 
 
Os processos que podem ser efetuados são: 
 controle de temperatura; 
 desgaseificação; 
 desoxidação; 
 dessulfuração; 
 descarburação; e 
 acerto de composição química. 
 
A instalação de um tanque de vácuo é recomendada nos casos em que a panela possui uma grande capacidade. 
No entanto é uma instalação muito dispendiosa. 
 
2.9 Lingotamento do Aço 
 
O processo de lingotamento do aço é o último estágio em aciaria onde se trabalha com metal ainda no estado 
líquido. O objetivo é solidificar o aço em uma forma desejável, de tal maneira que possa ser utilizado nas etapas 
seguintes da cadeia produtiva. 
 
Nos últimos anos o lingotamento contínuo substituiu o lingotamento convencional, que consistia em colocar o 
aço líquido em moldes individuais onde eram resfriados até sua completa solidificação. O resultado era um 
produto denominado lingote, que, por sua vez, seria aquecido e laminado na forma de placas, tarugos ou perfis. 
 
2.10 Descrição do Processo de Lingotamento Contínuo 
 
O princípio básico do processo de solidificação do aço em máquina de lingotamento contínuo compreende o 
vazamento do aço líquido verticalmente a partir de uma panela, que está depositada em uma torre de panela a 
caminho de um distribuidor para dentro de um molde de cobre refrigerado, aberto no topo e na base. 
 
O calor é extraído do aço líquido e transportado através da parede do molde, por onde circula água, 
solidificando imediatamente o aço em contato com o molde, formando uma pele solidificada. Levado pelo 
movimento de extração da máquina, o invólucro formado pela pele aumentará em espessura. Durante este 
estágio, dois princípios são fundamentais para garantir o sucesso do processo: 
1º O movimento de oscilação do molde: o molde oscila, alternando movimentos de subida e descida. 
2º A lubrificação da pele solidificada: é necessário um lubrificante, também chamado de fluxante, a fim de 
 evitar a aderência da pele formada sobre a superfície do molde. 
 
A pele sólida é suficientemente forte para conter o aço líquido. Ela deixa o molde, formando uma espécie de 
bolsa (ou invólucro), contento em seu interior aço líquido que será arrastado para o interior da máquina de 
lingotamento. A pele formada continua a aumentar em espessura e passa a sofrer a ação da força criada pela 
colunade aço à medida que deixa o molde. Sob a ação desta força a pele solidificada tende a expandir 
provocando um fenômeno denominado de abaulamento (ver figura anterior). Nesta fase a pele solidificada irá 
encontrar um sistema suporte de pares de rolos, que a manterá pressionada, impedindo a sua expansão. 
 
Para que a solidificação avance, após o material deixar o molde, o resfriamento é feito por um conjunto de 
chuveiros de água (sprays), distribuídos uniformemente ao longo da extensão da máquina, por entre os pares de 
rolos. O avanço da solidificação significa que ocorre um aumento gradativo da espessura da pele, até que se 
complete toda a solidificação do aço líquido existente no interior do invólucro. 
 
A condução do veio se dá por entre os pares de rolos existentes na máquina continua até a parte final do 
equipamento, que é onde está posicionado o último par de rolos, fixado em sua estrutura. Neste ponto da 
máquina toda a solidificação do veio obrigatoriamente deverá ter ocorrido. 
 
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Fundamentos da Siderurgia 
 
 
Em toda a extensão da máquina, tem-se a formação de uma placa de grande comprimento em peça única, de 
comprimento equivalente à altura do nível de aço no molde até a máquina de corte, podendo chegar a 
aproximadamente 50 m, dependendo do projeto de cada equipamento. Esta placa gigante (aqui denominado de 
veio) será então secionada em comprimentos definidos, conforme a aplicação final do produto. 
 
Depois de cortada, placas, blocos e tarugos são devidamente identificados, conforme critérios específicos 
adotado por cada fábrica. Seguem o fluxo de produção indicado para cada tipo de aço produzido pela máquina. 
Podem, em situações especiais definidas pelo fabricante de aço, ser levados diretamente para a linha de 
laminação, sem a necessidade de uma inspeção prévia. Ou então, como normalmente acontece, são resfriados 
até a temperatura ambiente, para em seguida sofrer inspeção segundo padrão próprio de cada usina. 
 
2.11 Principais Componentes de Máquina de Lingotamento 
 
Torre de Panela: grande estrutura metálica que permite a transferência da panela contendo o aço líquido 
tratado, proveniente da ala de refino secundário, para a ala de lingotamento. 
 
Panela: recipientes metálicos revestidos interiormente por refratários. Sob sua base está localizado um 
dispositivo capaz de controlar a vazão do aço líquido que sai do seu interior, denominado de válvula gaveta. As 
temperaturas de trabalho no interior da panela podem atingir aproximadamente 1700°C. Possui em sua base 
um sistema por onde se injeta gás argônio para promover a homogeneização térmica do aço líquido (plug 
poroso). 
A quantidade de aço possível de ser armazenada em uma panela varia entre 160 a 300 toneladas para o caso de 
lingotamento de placas, e entre 50 até 100 toneladas para o caso de tarugos. 
 
Distribuidor: recipiente metálico revestido internamente por material refratário, para suportar temperaturas 
elevadas imposta pelo aço líquido proveniente da panela. O distribuidor tem a função de servir como 
reservatório intermediário de aço líquido - entre a panela e o molde -, com a finalidade de permitir a troca da 
panela sem que haja a interrupção da operação da máquina. Dentro do distribuidor também é possível eliminar 
parte das impurezas do aço na forma de inclusões, pois em seu interior são dispostos sistemas de barragens e 
diques capazes de direcionar o fluxo de aço líquido para a superfície do aço, fazendo com que as inclusões 
fiquem aprisionadas na escória e não retornem ao banho metálico. 
Para evitar que o aço se resfrie no distribuidor, são adicionados sobre a sua superfície produtos capazes de 
promover isolação térmica como, por exemplo, a palha de arroz. Também é comum a adição de escória 
sintética, produtos a base de cal, alumina, sílica e magnésia, a fim de conseguir valores de impurezas e inclusões 
mais baixos. A cada 12 horas, em média, deve-se trocar de distribuidor, devido ao desgaste de seu revestimento 
refratário, que deve então ser refeito. 
 
Molde: esta é a parte mais importante da máquina de lingotamento contínuo, onde tem início a solidificação 
do aço líquido. É no molde que se define o perfil do produto, ou seja, espessura e largura no caso de placa e 
bloco, e a seção, redonda ou quadrada, no caso de tarugo. 
As placas de molde são fabricadas em cobre - por possuir excelente condutividade térmica. Na parte posterior 
da placa de cobre circula água de resfriamento com velocidade controlada para garantir uma remoção de calor 
segura. O molde oscila para prevenir o agarramento da pele formada na solidificação do aço líquido em suas 
placas. 
O controle de nível de aço líquido no molde é muito importante. Para que seja estável, são colocados sensores 
que indicam a posição do aço líquido no interior do molde. Usa-se também fluxantes à base de sílica (SiO2) e 
Cal (Cão) adicionados ao molde durante o lingotamento. Estes penetram entre o molde e a pele de aço 
solidificada, com o objetivo de evitar o seu agarramento. 
 
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 Refino e Lingotamento 
 
 
Sistema Suporte do Veio: a pele que deixa o molde apresenta pequena espessura, em torno de 10 a 30 mm, e 
não possui resistência mecânica suficiente para suportar todo o peso da coluna de aço que carrega. Por essa 
razão, as máquinas de lingotamento dispõe de um sistema de rolos dispostos em sequência, cujo diâmetro 
aumenta à medida que se posicionam mais próximos da região horizontal da máquina. Além de suportarem o 
veio, têm também a função de conduzi-lo para fora da máquina, dando lugar ao novo aço que por ela entra. O 
movimento de extração do veio é conseguido com alguns poucos rolos que podem girar acionados por 
motores. 
Os rolos são refrigerados internamente. Além disso, logo abaixo do molde, na região de suporte de rolos, 
encontram-se bicos de spray, dispostos entre os rolos, fornecendo água ao veio formado. A região da máquina 
que possui bicos de spray denomina-se de zona de resfriamento secundário ou resfriamento direto, pois a água 
está em contato direto com o veio no processo de solidificação do aço. A grande maioria das máquinas de 
lingotamento contínuo possui curvas em sua configuração. O processo de encurvamento e de endireitamento 
do veio deve ser ameno, afim de não provocar tensões sobre o produto formado, gerando defeitos que 
comprometam a sua aplicação final. 
 
Máquina de Corte: após estar completamente solidificado, o veio formado chega até às máquinas de corte 
trazido pelos rolos extratores da máquina, conforme figura a seguir. Nesta etapa do processo o veio será 
fatiado em comprimentos a fim de atender à necessidade do cliente. 
 
3 CONCLUSÃO 
 
Neste módulo você viu que o aço pode ser obtido por refino primário de ferro-gusa, no processo LD de 
conversão a oxigênio, e também por fusão de sucata de aço em fornos elétricos a arco. O primeiro processo é 
usado nas usinas integradas, e o forno elétrico é empregado principalmente em usinas semi-integradas. Estes 
processos produzem o chamado aço bruto, que tem baixo teor de carbono, e pode conter elementos 
dissolvidos prejudiciais ao produto final. Para que o aço tenha a composição química e o teor de impurezas 
exigido pelo cliente final, deve ser submetido ao processo de refino secundário. No refino secundário, através 
de operações realizadas em diferentes equipamentos, o aço é purificado e tem sua composição química 
controlada pela adição de elementos de liga, de acordo com o especificado para o produto a que se destina. Os 
principais equipamentos de refino secundário são o forno-panela e os desgaseificadores a vácuo. 
 
Após as operações de refino secundário, o aço líquido, mantido a altas temperaturas (acima de 1.600°C) em 
panelas especiais, está pronto para se solidificado. Para isto, deve ser vazado em molde apropriado,