Processo de Produção do Aço

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FACULDADE NORTE CAPIXABA SÃO MATEUS
ENGENHARIA MECÂNICA 
ARTUR BENSO 
JUAN NASCIMENTO PEREIRA 
RAISSA DA SILVA CIDADE 
WALCYMARA FONSECA CAVALCANTI PINHA
PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
SÃO MATEUS
2017 
ARTUR BENSO 
JUAN NASCIMENTO PEREIRA 
RAISSA DA SILVA CIDADE
WALCYMARA FONSECA CAVALCANTI PINHA
PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Trabalho apresentado à disciplina Automação Industrial do curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Norte Capixaba de São Mateus, como requisito para obtenção da avaliação bimestral. 
Professor: Victor Firmes.
SÃO MATEUS
2017 
RESUMO
O aço tem tamanho impacto em nossas vidas, que está quase em tudo a nossa volta, basta parar para reparar sobre o número de vezes que encostamo-nos a algo que contenha aço em um período de 24hs. Esse material pode levar avião às nuvens, como também conservar alimentos. Suas aplicações são inúmeras e variadas, um material fantástico com muita flexibilidade, o único limite da utilização e designer é a imaginação da mente humana. Ao início, procurou-se retratar a evolução deste material, do que se trata a tecnologia do processo, as vantagens e desvantagens em relação a outras tecnologias, aspectos mecânicos dos equipamentos usados, automação usada nesses projetos, manutenção e operação. Essencialmente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O minério de ferro é encontrado na natureza, aliado à sílica e ao oxigênio. O óxido de ferro é associado com uma fina areia. O minério e o carvão são antecipadamente preparados para o aprimoramento do rendimento, economia e qualidade no processo, antes de serem transportados ao alto forno, setor do processo onde ocorre a redução e o ferro se liquefaz, chamando-se ferro gusa. Na próxima etapa a gusa vai para a aciaria em estado líquido, sendo transformado em aço, queimando as impurezas e adições. O refinamento se faz através fornos a oxigênio ou elétricos. Chegando até a fase clássica do processo que é a laminação, que é feito com o aço em processo de solidificação, que vem a ser deformado se transformando em produtos siderúrgicos utilizados pelas indústrias.
PALAVRAS-CHAVE: Minério de Ferro. Laminação. Tecnologia. Carvão. 
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Coqueificação	10
Figura 2 - Alto Forno	11
Figura 3 - Aciaria	12
Figura 4 - Laminação a quente	13
Figura 5 - Fluxograma do Processo de Produção do Aço	13
1 INTRODUÇÃO 
O aço é uma liga de ferro e carbono e é encontrado por todo o globo terrestre na forma de minério de ferro. 
A produção de ferro começou com os hititas aproximadamente 1700 A.C utilizando buracos no solo para derretimento do mineral junto ao carvão vegetal. Depois do derretimento eles retiravam a massa metálica e batiam para retirar impurezas e depois forjar ferramentas e armas. Após os hititas vieram os fornos semienterrados, neles eram colocadas camadas de mineral de ferro e carvão. Já presente o sopro de ar que auxilia na queima do carvão e na obtenção da pasta de ferro e na retirada de oxigênio do material, por redução.
Depois de anos veio outra revolução. A cubas acima do solo com sopradores de ar movidos a energia hidráulica e martelos para separação das impurezas movidos pela mesma energia hidráulica. 
Após todos esses processos foram apresentados ao mundo a trefilação e a laminação. A laminação veio para facilitar transporte e armazenamento do ferro e aço. O processo atual de obtenção do ferro gusa utiliza um combustível chamado de coque jogado junto do minério de ferro nos altos fornos ele facilita a interação entre o carbono e a separação do oxigênio do ferro. 
2 DO QUE SE TRATA O PROCESSO
O tema em questão mostra como o processo de fabricação do aço é feito, quais são as vantagens e desvantagens e todo o sistema de automação que envolve a produção. O aço é produzido na indústria siderúrgica, que se dedica a fabricação e tratamento dos mesmos e do ferro fundido. O aço é uma variante do ferro que tem uma concentração ligeiramente inferior de carbono na sua composição, e esta concentração de carbono gera uma liga de ferro com maior maleabilidade e dureza do que o ferro puro. O aço é fabricado a partir da "purificação" do ferro gusa e consiste em minério de ferro, coque e cal.
3 VANTAGENS E DESVANTAGENS 
3.1 AUTO FORNO
Uma das grandes vantagens do alto forno é a saída do ferro em estado líquido, o que facilita o transporte e o processo de usinagem do mesmo em outra fabrica para lingotamento e outros processos. A utilização de combustíveis como fonte de calor foi reduzida devido a injeção de ar aquecido na parte inferior do alto forno. 
Algumas das desvantagens da utilização do auto forno são que os funcionários são expostos a altas temperaturas, ele ocupa uma área muito grande para operação, o operador deve utilizar uma gama de EPI`s para não sofrer com a exposição ao calor excessivo e qualquer acidente desse tipo de operação pode ser fatal e catastrófico. 
3.2 LINGOTAMENTO CONTINUO 
Podemos citar como vantagens na utilização do lingotamento continuo, o auto rendimento na produção, economia de energia, melhorias na qualidade e consistência do produto, menores emissões nocivas ao meio ambiente e funcionários e a flexibilidade operacional.
As desvantagens desse processo são os altos riscos de acidentes, sobras de material ao longo do setor de corte, disponibilidade de grande espaço para armazenamento das barras quentes, e se não for feita corretamente o vazamento para lingotamento, a barra pode solidificar antes do previsto e acabar gerando transtornos ao fabricante. 
3.3 LAMINAÇÃO DE TIRAS A QUENTE
Já no processo de laminação de tiras a quente, as vantagens são: alta produtividade, controle de dimensionamento do produto e acabamento do produto. E, temos como desvantagens, a utilização do material quente possibilita a quebra do produto e vários tipos de produtos a serem feitos dependem de maquinários diferentes.
4 PROCESSO DE PRODUÇÃO
4.1 SINTERIZAÇÃO
É um processo de aglomeração a quente de uma mistura de finas de minérios, coque, fundentes, e adições, onde o produto resultante é o sínter, apresentando características químicas, físicas e metodologias apropriadas para operação dos altos-fornos. 
O processo inicia-se na dosagem de todas as matérias-primas de fina granulometria no misturador, adicionando à água, e formando micro pelotas. Esse material é distribuído na esteira da máquina de sínter, pelos silos de estocagem, a mistura a sintetizar é carregada e aposta alta temperatura a partir do forno de ignição, a aproximadamente 1200ºC iniciando o processo de sinterização testa massa, que sofre combustão de ar succionado de cima para baixo ao longo do leito. A frente de sinterização termina no final da máquina de sínter, onde a massa de sínter passa ainda em um resfriador. Ao sair da máquina o bolo de Sinter passa pelas etapas de britagem e peneiramento, que prepara o material para ser enviado para os altos-fornos. Após o processo forma-se um material aglomerado, sólido e poroso denominado sínter.
 As partículas superfinas geradas do processo são succionadas e direcionadas para o precipitador eletrostático, o pó coletado é reaproveitado no processo. A sinterização é uma unidade que exerce importante papel no Controle Ambiental, pois é a maior consumidora de rejeitos gerados nos processos de produção da Usina esses rejeitos retornam como matérias-primas no processo de sinterização.
4.2 COQUEFICAÇÃO
Consiste em submeter uma mistura de carvão de características adequadas a destinação, em fornos com temperaturas elevadas, e ausência de oxigênio, dando origem a produtos voláteis. 
A coqueria é suprida pelos pátios de carvão que são abastecidos por carvão mineral, recebido através do terminal portuário proveniente de diversos países no exterior, o carvão estocado nos pátios e dosado britado até atingir a granulometria ideal para o processo de coqueficação. O carvão é carregado pelo topo da bateria, através docarro de carregamento em fornos verticais que são aquecidos indiretamente, através das paredes laterais compostas de tijolos refratários, entre as paredes dos fornos são localizadas nas câmaras de combustão que mantem as paredes a uma temperatura da ordem de 1100ºC a 1300ºC. Após 16hs o carvão é transformado em coque, o coque é desinformado, resfriado e conduzido até os silos dos altos-fornos, os gases gerados no processo de coqueficação são conduzidos para área de carboquímicos que gera diversos coprodutos para o consumo interno e externo. Toda partícula fina de carvão é capturada pelos coletores de pó e precipitadores eletrostáticos sendo reaproveitados no processo. 
Figura 1 - Coqueificação
4.3 ALTO FORNO
Encerram as atividades da área de produção de Gusa, e também conhecida como redução, nome dado a reação de retirada do oxigênio da matéria-prima, o seu produto ferro gusa é a matéria prima principal para a fabricação do aço na aciaria. Após dosagem das matérias-primas, minérios ferro granulados, sinter, pelotas, fundentes, e coque. 
O alto forno é carregado através da correia transportadora que conduz as matérias-primas até as tremonhas do topo do equipamento através do sistema de carregamento, coque e matérias-primas ferrosas são distribuídos alternadamente no interior do forno, enquanto as matérias-primas são carregadas o ar aquecido nos regeneradores é soprado pelas ventaneiras na parte inferior do forno, denominada zona de combustão.
No interior do alto forno na zona de combustão, o carvão pulverizado é injetado juntamente com o coque e entra em contato com o ar aquecido, gerando gases a elevadas temperaturas, esses gases gerados que sobem, em contato com a carga metálica que desce, reagem reduzindo e fundindo a carga metálica que se torna pastosa originando o ferro gusa e escória, que são vazados pelos furos localizados na base do alto forno. 
O ferro gusa vazado conduzido através de canais refratários na região da casa de corrida até os carros torpedos. A escoria é separada do gusa por diferença de densidade, e conduzida também através de outro canal refratário até os granuladores de escoria. Todo o processo é controlado e monitorado pela sala de controle. 
Figura 2 - Alto Forno
4.4 ACIARIA
É a área responsável pela transformação do ferro-gusa no aço, além do refino, adição de ligas e a conformação do aço em chapas. O ferro-gusa dos altos-fornos, depois de passar pelo processo de dessulfuração, é transferido do carro torpedo para a panela de ferro-gusa na aciaria. Após pesagem, amostras de ferro gusa são coletadas para análise química e, em seguida, a transferência para skimmer é realizada, onde a escória restante é removido. Neste estágio também é realizada a medição de temperatura do material para análise térmica e então o ferro gusa é transportado para o carregamento do ferro gusa dos convertedores.
O convertedor é o equipamento responsável pela transformação do ferro gusa em aço. Inicialmente, é feita a forragem do convertedor e, em seguida, a sucata metálica sólida é carregada com a ajuda dos canais que são basculadas no convertedor e finalmente o gusa líquido é carregado. Após o carregamento da carga metálica, sopra-se o oxigénio e, após a fase de descarburação máxima, realiza-se o sopro por baixo, onde ocorre o fluxo de gás inerte, argônio e hidrogénio, para aumentar a interação entre carbono e oxigénio, reduzindo os níveis de carbono. Momentos antes do final do sopro, a substância desce no conversor e faz amostras do aço determinando se ajustes são necessários.
O aço passa para a etapa de refinação secundária responsável pelas características finais dos vários aços fabricados em uma usina. A panela de aço é transferida para os tratamentos de desgaseificação a vácuo, onde o aço sofre uma série de ajustes de composição química e temperatura antes de serem moldados. O lingotamento é responsável pela transformação do aço líquido em placas.
O processo começa no recebimento do aço líquido nas torres giratórias. Após a torre ter sido girada, a válvula da panela é aberta e o aço líquido passa para o distribuidor. Após o lingotamento, as placas são cortadas e depois robotizadas, e então as placas deslocam-se para a área da rebarbação onde as barbas geradas no processo de corte são removidas. Na linha da mesa de lingotamento continuo, as placas são pesadas, depois transportadas pelas pontes rolantes para os vagões e empilhadas sobre os mesmos. As placas são encaminhadas para a área de laminação a quente ou para clientes finais.
Figura 3 - Aciaria
Figura 4 - Laminação a quente
Figura 5 - Fluxograma do Processo de Produção do Aço
5 MANUTENÇÃO
A manutenção de uma usina siderúrgica deve ter como objetivo estabilidade e melhorias em sua planta de produção, que por toda via é completamente automatizada. Por ser um setor industrial com grau de risco 4 em praticamente todas as áreas, qualquer falha pode acarretar em perdas, tanto fatais, quanto não fatais. 
Uma equipe de manutenção bem qualificada deve trabalhar sempre em conjunto com a equipe de produção e sendo assim vice e verso, tendo como foco a confiabilidade da operação de seus equipamentos. Metodologias como: Inspeção de equipamentos, programas, planejamentos e controles, executam ações dessa manutenção por conjunto. 
Por tanto, muito importante estar buscando sempre novas tecnologias para aprimorar as metodologias voltadas para a prevenção, que por sua vez quando planejadas e executadas corretamente, os resultados tanto financeiros como os resultados de segurança e meio ambiente em geral serão sempre positivos.
 
6 ASPECTOS MECÂNICOS DOS EQUIPAMENTOS
Na fabricação do aço, e como todo processo industrial da atualidade, é necessário o uso de diversos equipamentos mecânicos para se obter o produto final, neste caso o aço. Nesse contexto, serão abordados os aspectos mecânicos dos equipamentos, que são usados neste processo de fabricação: 
Esteira Transportadora: É composta duas ou mais polias, que movimentam uma correia, fazendo assim o transporte do minério de ferro, do carvão mineral até o setor de sinterização. 
Ponte Rolante: É composto por um carro talha que faz movimentação horizontalmente, e por um guindaste, responsável por fazer a elevação das cargas. Nesta podem ser acoplados outras peças, para transporte de materiais específicos. 
- Acoplado o Cestão: É usado para o transporte da sucata até o forno.
- Acoplado a Panela: Transporta o aço líquido para o lingotamento.
Triturador: Usado para triturar e separar da sucata ferrosa, o plástico, o metal, a borracha e outros elementos.
Alto Forno: É composto de metal por fora, e material refratário por dentro, o local onde ocorre a transformação do minério ou da sucata, em aço liquido.
Carro Torpedo: É um veiculo que transportar o ferro gusa, do alto forno para o setor de aciaria. Possui um tanque feito de material refratário, onde é armazenado o ferro gusa para o transporte.
Distribuidor: Faz a distribuição do aço liquido por veios, direcionando para a máquina de lingotamento.
Maquina de Lingotamento: Transforma os lingotes de aço de alta temperatura, em tarugos, blocos ou placas.
Esteira de Rolos: Transporta o aço sólido para o forno de reaquecimento, e para as gaiolas de desbaste, intermediarias, e a gaiola de acabamento.
Forno de Reaquecimento: Local onde o aço sólido é reaquecido a uma alta temperatura, para que possa ser direcionada a etapa de laminação.
Gaiolas: Compostas por dois ou mais cilindros, lisos ou ranhurados, posicionados na horizontal e na vertical, onde estes cilindros giram fazendo com que o material passe entre eles, e assim dando as dimensões necessárias ao produto.
- Desbaste: Onde ocorrem as primeiras deformações nos tarugos de aço, até chegar à laminação. 
- Intermediarias: Os tarugos de aço começam a ter as conformações necessárias.
- Acabamento: Dá as dimensões finais ao material.
Tesoura de Pontas: Faz o corte das chapas no tamanho requerido.
Bloco Acabador: Reduz as dimensões do tarugo de aço, casoqueira produzir rolos ou bobinas.
Formador de espiras: Transforma o aço de pequena espessura, em vergalhão ou fio maquina. 
Trefila: Através do pressionamento dos rolos, ocorre redução das dimensões do fio maquina, para assim produzir os arames.
7 AUTOMAÇÃO NA PRODUÇÃO DO AÇO
No processo de produção do aço, a automação é extremamente importante. As empresas vêm investindo cada vez mais nessa tecnologia para a melhoria na produção, na qualidade do produto final e na diminuição dos riscos de acidente com os trabalhadores, uma vez que o processo do aço trabalha com altas temperaturas. A seguir, veremos como é aplicado a automação no alto forno e na laminação do aço. 
As operações no alto forno são feitas por procedimentos operacionais, sendo alguns deles: carregamento, injeção de ar quente, controle de pressão, etc. que são executados e monitorados pela sala de controle. Os funcionários que trabalham na sala de controle são responsáveis por monitorar mais de 300 variáveis através de um sistema supervisório. Esses sistemas permitem o acompanhamento dessas variáveis tanto na forma gráfica, quanto na forma de valores operacionais. Todo o processo no alto forno é continuo, ele não para, com a exceção de algumas paradas ocasionais para manutenção dos equipamentos. 
Assim como no alto forno, no processo de laminação do aço a automação também está presente. Nos laminadores de desbaste e nos de acabamento, existem os sistemas óticos que são baseados em câmeras digitais ou raio laser, que são para evidenciar os defeitos em tempo real. Também são feitas algumas medidas na peça, como a temperatura da tira metálica (quando a laminação é feita a quente), a força que os cilindros exercem sobre a tira e as velocidades dos mesmos. Para cada uma dessas medições, existe um tipo de sensor, os pirômetros vão medir as temperaturas, as células de carga as forças e os tacogeradores as velocidades. Todas essas informações são enviadas para computadores, que analisam se o processo está como programado, caso algo esteja errado, o computador enviará as ordens para os controladores. 
As variáveis desses processos de produção do aço estão diretamente ligadas umas às outras, caso uma delas mude, as outras também mudará. Como esse é um processo que não pode ocorrer falha - pois a mesma pode ocasionar prejuízos nas máquinas e instalações e também por em risco a vida dos funcionários - existe mais de um computador com a mesma função, assim se um deles ocasionalmente falhar, os demais continuam a desempenhar a tarefa.
8 CONCLUSÃO
O desenvolvimento do presente trabalho nos permitiu compreender de forma mais ampla, como ocorre o processo de fabricação do aço, desde a sua produção até os aspectos mecânicos de seus equipamentos, além disso, nos permitiu observar as diferentes etapas que ocorrem até chegar a produto final, o aço.
De modo geral, por se tratar de um processo que requer um trabalho minucioso, pois qualquer falha pode ocasionar prejuízos imensos, além de riscos eminentes a vida dos colaboradores, a automação industrial é extremamente importante. E devido a essa importância as empresas vêm investindo cada vez mais em automação, por se tratar de um dos pilares desse processo. 
Diante de tudo que nos foi mostrado, concluímos que a fabricação do aço é um processo complexo, mas muito bem divido em suas etapas, e tem a tecnologia de automação como grande aliada para o seu desenvolvimento, seja na parte de controle de temperatura do alto forno, ou até mesmo na parte de manutenção.
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
Instituto Aço Brasil, Processo Siderúrgico. Disponível em: 
<http://www.acobrasil.org.br/site2015/processo.html>. Acesso em 18 de Abril de 2017. 
Instituto Federal da Bahia, Fabricação do Ferro Gusa e do Aço. Disponível em: 
<http://www.ifba.edu.br/metalografia/arq/gusa.pdf>. Acesso em 18 de Abril de 2017. 
Esquadrão do Conhecimento, A fabricação do Aço. Disponível em: 
<https://esquadraodoconhecimento.wordpress.com/ciencias-da-natureza/quim/a-fabricacao-do-aco/>. Acesso em 20 de Abril de 201. 
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC, Siderurgia. Disponível em: 
<http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/unfer/materiais/Siderurgia.pdf>. Acesso em 20 de Abril de 2017. 
Novo Telecurso, Alto Forno. Disponível em: 
<https://www.youtube.com/watch?v=2prt00WglAY&feature=youtu.be>. Acesso em 20 de Abril de 2017