OBTENÇÃO DOS AÇOS

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OBTENÇÃO DOS AÇOS
Prof. Clésio Melo
INTRODUÇÃO
• Os metais encontrados no estado nativo são o ouro, a prata, a platina, 
o cobre, o arsênico e o bismuto.
• Não há um registro preciso de quando o homem começou a produzir 
ferro pela redução de seus minérios. 
• Os povos antigos só dispunham de três fontes de ferro: ferro de 
meteoritos, ferro nativo (telúrico) e os minérios ferrosos reduzidos 
pelo homem.
• As duas primeiras fontes são muito raras e indicam que a maioria dos 
artefatos antigos foi produzida pela extração do ferro a partir dos 
minérios de ferro.
Ferro meteorítico
• primeiros metais ferrosos usados pelo homem foram obtidos de 
fragmentos de meteoritos. Três fatos corroboram com esta evidência:
• nomes antigos do ferro, quando traduzidos significam: “pedra (ou 
substância dura ou metal) do céu”, “metal das estrelas”, ou 
significados similares que indicam que o metal veio do espaço;
• amostras arqueológicas demonstram que estas apresentam 
quantidades consideráveis de Ni (entre 7 e 15%, mas em alguns casos 
30%) que é a composição típica de meteoritos de ferro. 
• artefatos produzidos pelo homem antigo apresentam Ni. 
Ferro nativo ou telúrico
• O ferro encontrado na forma nativa (metálico) é muito raro. 
• no nordeste da Groenlândia, onde nódulos ou grãos de ferro ocorrem 
em basalto (uma rocha vulcânica que contem ferro) que passou por 
veios de carvão mineral. Adicionalmente, existem duas formas 
minerais de Fe e Ni, a awaruita (FeNi2) e a josephinita (Fe3Ni5). 
Minérios ferrosos reduzidos pelo homem
• minérios de ferro misturados com carvão sob temperaturas elevadas 
são reduzidos para ferro metálico. 
• processos mais antigos eram conduzidos em diversas variedades de 
fornos, alguns deixados para receber um suprimento natural de ar e 
outros equipados com sopradores para a obtenção de temperaturas 
maiores. 
• algumas representações destes fornos e apresentada na figura 1.
Fornos primitivos empregados na produção de ferro.
• em fornos de temperaturas mais elevadas, os grânulos ficavam pastosos e 
aglomeravam-se em uma massa, conhecida como ferro-esponja. 
• a esponja, era martelada a quente com o objetivo de sinterizar os poros e 
expelir a maior parte da escória, até formar um pedaço sólido de ferro.
• ferro reduzido mantido em contato com carvão em altas temperaturas e na 
ausência de ar, ocorre a difusão de carbono da atmosfera para o metal.
• fornos do tipo chaminé continha teores de C de até 1% e possui 
propriedades muito superiores ao ferro puro produzido e capacidade deste 
material ser endurecido por processos similares à têmpera e ao 
revenimento.
• quanto maior a temperatura em fornos do tipo chaminé, maior a 
quantidade de carbono no ferro e menor a temperatura de fusão da liga, 
sendo possível a obtenção de ferros fundidos no estado líquido com teores 
de carbono entre 3% e 4%.
• atualmente, a maior parte das siderúrgicas do mundo segue o 
fluxograma de processo apresentado na figura 2.
• materiais à base de ferro beneficiados (minério de ferro, pelotas e 
sinter) são reduzidos e transformados em ferro gusa no alto forno 
empregando o carbono do coque como agente redutor.
• o ferro gusa apresenta de 3% a 4,5% de C e os aços modernos 
apresentam teores de C de até 1,5%.
• excesso de carbono deve ser removido por um processo de 
conversão, cujos equipamentos mais comuns são os conversores LD e 
Bessemer.
• a carga dos conversores é composta por uma mistura de ferro fusa, 
aço líquido e sucata de aço, é submetida a uma oxidação controlada 
para reduzir o teor de carbono e impurezas, produzindo os aços ao 
carbono.
• elementos de liga como o Cr, Mn, Ni, Mo e etc. são adicionados ao 
aço líquido em uma panela após a conversão, processo denominado 
metalurgia de panela e produz aços ligados ou refinados.
• aço líquido, de composição química especificada, é solidificado de 
duas maneiras:
• fundição convencional de lingotes
• fundição contínua de blocos, ou tarugos ou placas
5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério 
<40mm
granulado
6mm< Minério 
<40mm
granulado
• Processos de redução de minério de ferro
• Processos de conformação mecânica
Óxidos de Ferro
• os óxidos de ferro são as fontes minerais mais importantes de ferro, 
entre eles destacam-se:
• Magnetita (Fe3O4) - estequiometricamente possui 72,36% de Fe e 
27,64% de oxigênio. A coloração varia de cinza escura para a negra e a 
densidade de 5,16 a 5,18 g/cm3. É fortemente magnética que é 
importante nos processos de beneficiamento, pois possibilita sua 
separação da ganga.
• Hematita (Fe2O3) - estequiometricamente possui 69,94 % de Fe e 30,06 
de O. A coloração varia do cinza para vermelho e a densidade é de 5,26 
g/cm3. A hematita é o óxido de ferro de maior importância comercial.
• o beneficiamento dos minérios de ferro, envolve uma série de operações 
processamento do minério que melhoram suas características físicas e 
químicas, visando a produção de uma carga mais homogênea e eficiente 
para os fornos de redução.
• operações desde a moagem, classificação, concentração e aglomeração.
• altos-fornos atuais requer o minério de ferro em tamanhos menores 
que 50 mm e superiores a 6 mm.
• os finos (partículas inferiores a 6 mm) produzidos na moagem requerem 
aglomeração que é realizada por meio da sinterização e da pelotização.
• aspecto típico dos materiais à base de ferro alimentados no alto forno.
Figura 3- Aspecto típico dos materiais à base de ferro alimentados no alto-forno.
Coque
• os carvões fósseis são os combustíveis sólidos mais importantes na 
siderurgia.
• os carvões fósseis apresentam-se como turfa e linhito, cuja formação é a 
mais recente, as hulhas (betuminosas e sub-betuninosas) e o antracito. 
Um comparativo entre os tipos de carvões fósseis é apresentado na 
tabela 1:
Tabela 1 – Comparativo entre os tipos de carvões minerais
• aquecimento das hulhas em ambiente fechado, fora do contato do ar
• carbonização ou decomposição térmica do carvão, faz com que ocorra o 
desprendimento das matérias voláteis, deixando um resíduo fixo ou o 
coque
• conforme o produto desejado, a coqueificação do carvão se processa 
com carvões diferentes e em temperaturas finais diferentes, apesar do 
processo ser praticamente o mesmo.
• produto final a ser obtido é o coque metalúrgico utilizado na siderurgia 
na redução do minério de ferro.
• caracterizado por sua resistência a compressão e elevada porosidade.
• o coque deve queimar com relativa facilidade, apresentar elevado poder 
calorífico e ter grande reatividade com o CO2 para a produção de CO, 
que é o responsável pela redução do óxido de ferro.
• facilidade de combustão e a reatividade com o CO2 são melhoradas pela 
alta porosidade, enquanto que a resistência à compressão e o poder 
calorífico são diretamente proporcionais à densidade absoluta.
• propriedades antagônicas (porosidade e densidade) que condicionam as 
características do coque, devendo-se determinar um equilíbrio entre 
elas para os maiores rendimentos do processo.
• deve apresentar pouca umidade, pois sua presença reduz o poder 
calorífico, baixo teor de cinzas e baixos teores de P e S que são 
impurezas no processo de produção de aços.
• carbonização é realizada em temperatura entre 1100ºC e 1300°C. O gás 
de coqueificação , produzido como sub-produto é empregado como 
combustível para os próprios fornos de coqueificação e para 
aquecimento do ar para o alto-forno.
Figura –Detalhes construtivos de um forno de coqueificação fabricado pela Koppers-Becker.
Fluxantes
• minério de ferro e o coque metalúrgico apresentam impurezas não 
metálicas que devem ser separadas do metal reduzido.
• fluxantes ou fundentes tem como objetivoa aglutinação destas 
impurezas para a forma de uma escória de baixo ponto de fusão e que 
ficará separada do metal líquido no alto-forno.
• fluxantes, o calcário (CaCO3) e a dolomita (CaCO3.MgCO3).
• algumas siderúrgicas empregam a cal (CaO) e a magnésia (MgO), como 
fluxantes principais.
• As reações envolvidas na calcinação do calcário e da dolomita são:
• CaCO3 → CaO + CO2 e
• CaCO3.MgCO3 → MgO +CaO + CO2
• a relação entre os óxidos ácidos (SiO2) contida na ganga do minério de 
ferro e os óxidos básicos (CaO e MgO) é cuidadosamente controlada 
para preservar a viscosidade ideal da escória e o seu poder 
dessulfurante.
Alto-forno
• é um reator do tipo chaminé no qual a carga sólida é descendente e os 
gases redutores ascendentes. 
• equipamento de funcionamento contínuo, é ininterrupto por anos.
• materiais contendo ferro (minério de ferro, sinter, pelotas), o coque e os 
fundentes são continuamente alimentados pelo topo.
• ar aquecido entre 900°C e 1350°C, muitas vezes com adições de 
combustíveis líquidos, sólidos ou gasosos, é insuflado pelas ventaneiras
posicionadas na parte inferior do forno.
• combustão do coque previamente carregado e/ou do combustível 
injetado pelas ventaneiras, fornece o calor necessário ao processo e o 
gás para a redução dos óxidos.
• ferro reduzido absorve carbono é fundido e escorre para o cadinho na 
parte inferior do forno.
• o fluxo combina-se com as impurezas do minério e com as cinzas do 
coque e forma uma escória que sobrenada o metal líquido do cadinho.
• o metal líquido, chamado de ferro-gusa, e a escória do alto-forno são 
vazados do cadinho pela casa de corrida.
• para produzir uma tonelada de ferro-gusa são necessários, em média, 
1700 kg de minério de ferro (na forma de sinter, pelota ou do próprio 
minério),400 a 600 kg de coque ou outro combustível à base de C, 140 
kg de cal (CaO) ou magnésia (MgO) e 1600 a 2000 kg de ar.
Tabela 2- Composição química típica do ferro-gusa
Tabela 3- Composição da escória de alto-forno
Figura ilustra a representação esquemática de um alto-forno
Equipamentos auxiliares do alto-forno
Afigura ilustra uma representação esquemática dos equipamentos auxiliares do alto-forno
• A - transportador de minério. D- casa de silos. E- Carro “skip”. F-
recuperador de finos. I- sistema de elevação do carro. J- Alto-forno. K- pote 
de escória. L- casa de corrida. M- carro-torpedo. N- coletor de pó. P- duto 
dos gases do alto-forno. Q- duto com ar aquecido para as ventaneiras. R-
sistema de resfriamento dos gases do alto-forno. O- coletor de poeira. U-
regenerador (cowper). W- duto com o ar frio vindo do soprador.
Casa de silos
• estoque das matérias primas necessárias à produção de ferro-gusa.
• sinter, minério de ferro bitolado, coque, pelotas, e fluxantes (dolomita, 
calcário ou CaO e MgO).
Sistema de transporte ao topo do alto-forno
• o tipo de sistema transportador depende da quantidade de matérias 
primas e,consequentemente, da produção de gusa. 
• são empregados três tipos: caçambas, carros (“skips cars”) ou correias 
transportadoras.
• caçambas são empregadas em altos-fornos com produção diária de até 200 
toneladas
• carros (“skips”) são destinados aos altos-fornos com produção diária entre 
200 e 3500 toneladas. 
• funciona com dois carros tracionados por cabos de aço.
Figura - Sistema de alimentação do alto-forno por meio de carros (“skip cars”).
• correias transportadoras são empregadas em altos-fornos cuja produção 
diária é superior a 3500 toneladas. 
• ângulo deste sistema é de 12º e implica em uma maior distancia entre a 
casa de silos e o alto-forno.
Topo do alto-forno
• função de permitir a entrada de matérias primas sem que o gás de alto-
forno seja descarregado na atmosfera.
Alto forno
Aciaria
• A composição do gusa está longe da 
composição típica dos aços devendo 
ser reduzido os teores de carbono 
enxofre fósforo manganês entre 
outros.
• Processos ácidos ou básicos.
• O princípio químico é a oxidação dos 
elementos envolvendo a injeção 
controlada de O2 ou de ar saindo na 
forma de gases ou passando para a 
escória.
• Ferro gusa refinado, maior 
temperatura de fusão.
• Conversores “Bessemer” (processos 
pneumáticos): ar ou O2 é soprado durante 
15 a 20 min, através ou sobre 100 a 150 
ton. de carga, sendo a fonte de calor a 
própria oxidação dos elementos das 
impurezas, carbono, silício e manganês 
(reações são exotérmicas)
• Tipos de conversores: “Thomas” ar 
insuflado por baixo. Bessemer Ar 
insuflado por baixo, e LD O2 insuflado com 
lança ( em geral adiciona-se sucata junto 
para baixar a temperatura), (MAIS 
USADO)
• Fornos elétricos: Utiliza arco elétrico 
entre 3 eletrodos de grafite e a carga. Em 
geral utiliza sucata como carga, tempo de 
corrida 2 horas (em geral usado para aços 
especiais).
Produção do Aço Líquido-métodos mais usados atualmente
A produção do aço líquido se dá através da oxidação
controlada das impurezas presentes no gusa líquido
e na sucata.
Este processo é denominado refino do aço e é
realizado em uma instalação conhecida como
aciaria.
O refino do aço normalmente é realizado em
batelada pelos seguintes processos:
- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga
predominantemente líquida).
- Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA
(carga predominantemente sólida).
Conversor LD
Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano)
da produção de aço líquido mundial, a tecnologia
continua a ser a mais importante rota para a
produção de aço, particularmente, chapas de aço de
alta qualidade.
Processo industrial teve início em 1952, quando o
oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir
daí o crescimento foi explosivo.
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de
aços, desde o baixo carbono aos média-liga.
Conversor LD
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.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser
liberado, maximizando a produção de aço.
- Forno de panela
- Desgaseificação
Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
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:
- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira pela sua base;
- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para
um molde de cobre refrigerado à água.
Lingotamento
Lingotamento Contínuo
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)
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:
- Conformação Mecânica: volume e massa são
conservados;
- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material
para se obter a forma desejada;
 Os processos de conformação mecânica podem ser
classificados de acordo com o tipo de força aplicada
ao material:
- Compressãodireta: Forjamento, Laminação; 
- Compressão indireta: Trefilação, Extrusão, 
Embutimento;
- Trativo: Estiramento;
- Dobramento: Dobramento;
- Cisalhamento: Corte.
Conformação
 Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem 
reduzida sua seção transversal pela aplicação de 
pressões elevadas, forçando-o a escoar através do 
orifício de uma matriz.
 Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal 
através de uma matriz, por meio de uma força de 
tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.
Tipos de Conformação
 Forjamento: Processo de transformação de metais por 
prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de 
conformação existente).
 Laminação: Processo de deformação plástica no qual o 
metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. 
É o de maior uso em função de sua alta produtividade e 
precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.
Tipos de Conformação
Dobramento
Forjamento
Laminação
Trefilação
Embutimento
ProfundoEstiramento
Matriz
Cisalhamento

ExtrusãoExtrusão
Tipos de Conformação
Lingotamento e Laminação