Produtos-siderurgicos

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AULA 01
PRODUTOS SIDERÚRGICOS
CONCEITOS BÁSICOS
METALURGIA: é a arte de extrair do(s) minério(s) o(s) metal(is),elaborá-lo(s) e conformá-lo(s) com o fim de produzir os objetos necessários à humanidade.
DIVISÃO DA METALURGIA: A metalurgia pode ser dividida em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos.
SIDERURGIA: É a metalurgia do ferro e suas ligas.
METALURGIA DOS NÃO FERROSOS: É a metalurgia dos outros metais, como do alumínio e suas ligas, do cobre e suas ligas, do ouro, etc.
PRINCIPAIS PRODUTOS SIDERÚRGICOS
Os produtos siderúrgicos se dividem em duas famílias principais, os aços e os
ferros fundidos.
A melhor maneira de se entender a diferença entre aços e ferros fundidos é
fazermos uma rápida análise do diagrama ferro-carbono.
OBTENÇÃO
Carbonatos (siderita ou siderose) – combinação de ácido carbônico com ferro(30 a 42%). Cor cinza com matizes amarelos;
Óxidos
Hematita – 50 a 60% de ferro puro e cor escura.
Magnetita – propriedades magnéticas, grande densidade e cor preta.
Limonita – 20 a 60% de ferro, cor parda com manchas.
Sulfetos (Pirita) – é um minério de enxofre onde o ferro é subproduto.
Produtores
O maiores são Brasil, Austrália, Rússia, França e Suécia.
O Brasil tem 22% das reservas mundiais conhecidas do minério divididas em Minas Gerais, Mato Grosso, Amapá, Goiás e Bahia. A reserva de Minas Gerais é suficiente para abastecer o mundo durante 150 anos.
Mineração do Ferro
Extração a céu aberto
Concentração por britadeira
Lavagem com água
Sintetização ou Pelotização
Alto Forno
Dois troncos de cone unidos pela base: um maior na parte de cima chamado cuba e o inferior chamado rampa
 a zona intermediária se chama ventre
Abaixo de todos fica a câmara e o cadinho
O minério entra pela goela (parte superior)
Gases são recolhidos da goela até os regeneradores, estes servem para pre-aquecer os gases que servirão de combustíveis entrando através do algaravizes já com temperatura elevada
A – Alto forno
Goela
Cuba
Ventre
Rampa
Câmara
Cadinho
Saída de gusa
Saída de escória
Saída dos gases para os recuperadores
Anel de vento
Algaravizes
B – Regenerador
12. saída do ar depois de aquecido
13. entrada de ar frio
14. câmara de combustível
15. câmara de aquecimento 
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Alto Forno
A paredes das cubas são compostas de tijolos refratários e aluminosos interna e externamente respectivamente
O forno é carregado pela goela e o produto sai pelo cadinho e o ferro é retirado por abertura inferior
A carga é constituída do combustível, do mineral e dos fundentes.
A – Alto forno
Goela
Cuba
Ventre
Rampa
Câmara
Cadinho
Saída de gusa
Saída de escória
Saída dos gases para os recuperadores
Anel de vento
Algaravizes
B – Regenerador
12. saída do ar depois de aquecido
13. entrada de ar frio
14. câmara de combustível
15. câmara de aquecimento 
Marcha da Operação
Queima de lenha por duas semanas no forno
Carregamento, proporção maior de coque
Dentro do forno,
Fe2Od + CO  2FeO + CO2
No início da rampa completa-se a reação
FeO + CO Fe + CO2
O ar quente vem dos algaravizes reagindo com o coque: 
C + O2 2CO


A – Alto forno
Goela
Cuba
Ventre
Rampa
Câmara
Cadinho
Saída de gusa
Saída de escória
Saída dos gases para os recuperadores
Anel de vento
Algaravizes
B – Regenerador
12. saída do ar depois de aquecido
13. entrada de ar frio
14. câmara de combustível
15. câmara de aquecimento 
Ferro Gusa
É obtido diretamente do alto forno, impuro e com alto teor de carbono.
Conforme o teor de carbono e a velocidade de resfriamento pode ser:
Ferro branco duro e quebradiço – utilizado no preparo de peças resistentes ao desgaste.
Ferro cinzento ou grafilítico – serve para peças grandes submetidas a esforços de compressão
Quando inoculado com magnésio, obtém-se ferro fundido Nodular, maior tenacidade e semelhante ao aço.
Aços e Ferro doce
Ferro fundido - 1,7 a 6,7% de carbono
Aço - 0,2% a 1,7% de carbono
Aço doce ou ferro ARMCO <0,2% de carbono
O aço pode ser obtido diretamente do minério pela redução direta ou descarbonetando-se o ferro gusa líquido, ou refundindo-se sucata com gusa sólido.
Fornos de indução, fornos de arco.
Moldagem
Transporte à lingoteira (ferro fundido ou comum nodular);
Podem ser: 
efervescentes – têm uma bolha de ferro, elevada plasticidade(produção de chapas, arames)
Acalmados – seu oxigênio é combinado com os elementos desoxidantes adicionados, ao se solidificar reduzem de volume.
Semi-acalmados (carbono entre 0,15 e 0,25%) esse carbono se combina com o oxigênio residual ainda existente. Usados em chapas grossas, peças laminadas e forjadas.
Moldagem
A moldagem pode ser por:
Extrusão: o lingote é refundido e forçado a passar, sob pressão, por orifícios com a forma desejada, e esfriado;
Laminação: o metal é levado ao rubro e forçado a passar entre cilindros giratórios com espaçamento cada vez menor.
Trefilamento ou estiramento: o metal é forçado a passar por orifícios de moldagem. É o processo das fieiras de arame.
Fundição
Utiliza-se a madeira para dar forma à peça desejada;
Esse modelo é então calcado sobre a terra de fundição em uma caixa, dando o molde.
Antes era utilizada a areia da praia com molde mais econômico possível, mas ela secava e desmoldava antes da solidificação do metal.
Terra de fundição: areia, argila e carvão.
Também utilizam-se moldes refratários, metálicos, de plástico e areia para produção em série;
O dimensionamento dos moldes deve ser cuidadoso, para que a solidificação seja uniforme.
O método centrífugo é usado na fabricação de tubos de ferro fundido
Forjamento
Significa moldar a peça pela ação de martelos e prensas sobre o metal a quente ou a frio;
Pode ser também por estampado a quente ou a frio;
Constituição
Classificação tradicional do ferro e suas ligas:
Ferro fundido - 1,7 a 6,7% de carbono
Aço ao carbono- 0,2% a 1,7% de carbono
Aço doce <0,2% de carbono
O ferro juntamente com o carbono, variando as dosagens e temperaturas geram vários cristais, cada um com uma característica.
CRISTAIS 
Alotropia do Ferro.
Na temperatura ambiente, o ferro puro apresenta estrutura cristalina cúbica de corpo centrado (CCC), denominada ferrita alfa (α) estável até 912°C. 
A austenita (CFC) é estável entre 912 e 1394° C. 
A ferrita delta (δ) CCC é estável até a temperatura de 1538°C, que é a temperatura de fusão do Fe puro.
Acima de 1538°C a estrutura cristalina CCC da ferrita δ torna-se amorfa, sem ordenação cristalina, caracterizando o estado líquido.
O ferro líquido (L) é estável.
O ferro puro é pouco resistente à tração, pouco duro e tem alta ductibilidade.
CRISTAIS 
Cementita
O carbono puro = grafita, durante a solidificação não fica livre e se combina formando o carboneto de ferro ou cementita Fe3C, de natureza muito dura, característica que dá natureza aos aços.
CRISTAIS 
Perlita
Aumentando o teor de carbono, mas sem aumentar a temperatura, verifica-se que cada grão de ferrita só aceita 0,9% de carbono, nessas condições o grão é então chamado de perlita, por apresentar propriedades particulares.
CRISTAIS 
Lebedurita
Após preenchidos os 0,9% de carbono total nos cristais de ferro, como este não recebe mais cementita, o excesso deposita-se no contorno intercristalino e passa a se chamar de lebedurita.
CRISTAIS 
Carbono Puro
Até 1,7% de carbono, é formada somente a cementita. No entanto, a partir desse valor e observando-se a classificação geral das ligas de Fe e C. O carbono começa a aparecer puro sob a forma de grafita misturado aos cristais de ledeburita, a partir daí mudam-se novamente a propriedade e passa-se a ter ferro fundido.
CRISTAIS
 Austenita
Todo esse processo ocorre a temperaturas abaixo de 723°C, porque acima dela a cementita se dissolve no ferro circunvizinho, formando um novo tipo de cristal, a austenita, esse cristal é importantíssimo e por isso essa temperatura é chamada crítica.
DIAGRAMA FERRO-CARBONO
 
g
g+líquido
g+d
g+líquido
d
a+g
a
Líquido+cementita
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS
Definição e Objetivos
Tratamento térmico é o conjunto de operações de aquecimento e resfriamento a que são submetidas as ligas metálicas, sob condições controladas de temperatura, tempo, atmosfera e velocidade de resfriamento, com o objetivo de alterar as suas propriedades ou conferir-lhes características determinadas.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS METAIS
OBJETIVOS
remoção de tensões,
aumento ou diminuição da dureza,
aumento da resistência mecânica,
melhora de ductilidade,
melhora da usinabilidade,
melhora da resistência ao desgaste,
melhora das propriedades de corte,
melhora da resistência à corrosão,
melhora da resistência ao calor,
modificação das propriedades elétricas e magnética.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS
RECOZIMENTO
Elimina tensões internas da oriundas da fundição;
Resulta um aço mais macio e menos quebradiço (menos dureza e maior limite de escoamento)
Eleva-se a temperatura do aço até acima da crítica e depois esfria-se lentamente, controlando a temperatura.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS
NORMALIZAÇÃO
Elimina tensões internas da oriundas da laminação;
No estado normalizado os índices de dureza e limite de escoamento são maiores que no estado recozido;
Eleva-se a temperatura do aço até acima da crítica, espera-se transformação total em austenita e depois esfria-se lentamente ao ar livre.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS
TÊMPERA
Consiste no aquecimento do metal até a temperatura de formação da austenita, permanece algum tempo nessa temperatura, depois resfria-se bruscamente com uso de azeite, salmoura, água, etc.
Permite o aumento da dureza, limite de elasticidade, resistência à tração, diminui o alongamento e a tenacidade.
TRATAMENTO TÉRMICO DOS AÇOS
REVENIDO
É semelhante ao recozimento, porém é feito a temperaturas abaixo da crítica e tem a finalidade de corrigir defeitos aparecidos durante uma têmpera. Esses defeitos podem ser: excesso de dureza, tensões internas.
O resultado depende da temperatura alcançada e da velocidade de esfriamento ulterior.
TRATAMENTO A FRIO (Encruamento)
Quando o metal é submetido a esforços que tendem a deformá-lo a frio, os seus grãos (cristais), que geralmente têm tamanho uniforme tendem a se reagrupar (orientar) no sentido da deformação.
Esse evento eleva a resistência à tração e a dureza, diminuindo a dutibilidade e o alongamento.