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1 Reflorestamento e carvoaria; Carvoaria é um local onde se produz o carvão vegetal para utilização na siderurgia, e para sempre ter carvão, é necessário o reflorestamento para sempre se ter este combustível, onde os vegetais plantados para virar carvão são as árvores de eucalipto entre outras. 2 Jazida de carvão mineral. O carvão mineral é um combustível de origem fóssil resultante da transformação química do soterramento de troncos, raízes, galhos e folhas de árvores, sendo que esse processo leva milhões de anos para se desenvolver. O tempo e as condições (pouco oxigênio, pressão da terra, altas temperaturas, etc.) que esses vegetais ficam depositados, favorecem a formação de uma massa negra homogênea, denominada jazida de carvão mineral. Figura 1 - Jazida de carvão mineral 3 Pátio de matérias-primas: pilhas de minérios, calcários e outros minerais, com misturadores e correias transportadoras, sucata; As matérias primas essenciais para siderúrgicas integradas são: Minérios, redutores, combustíveis, fundentes, sucatas, ferros-liga, desoxidantes, desulfurantes e refratários além de água, oxigênio e energia elétrica. 4 Silos de estocagem: carvão mineral, carvão vegetal e finos; A estocagem em vagões ferroviários não é prática usual no Brasil, embora seja comum nos EUA. A estocagem em silos se aplica a quantidades moderadas para o consumo de, no máximo, alguns dias. É, pois, no campo da mineração, o caso característico é Fonte: Site Brasil Escola de estoques intermediários ou de estoques de material em processamento durante o beneficiamento. 5 Atividades de apoio: sinterização, calcinação, coqueria, planta de carvão, aquecimento de ar; 5.1. Sinterização: No auto forno os principais componentes da carga sólida são o minério de ferro, coque e fundente. O uso do sinter autofundente com propriedades físico-qúimicas e metalúrgicas definidas, contribui para seu aumento de produtividade, diminuindo consideravelmente, o consumo de coque e melhorando a qualidade do gusa. A sinterização consiste em misturar e homogeneizar finos de minérios de ferro (sinter feed), finos de carvão ou coque, finos de fundentes e umidade e fazer a combustão do carvão, de modo que a umidade evapore e as partículas da carga se unem por caldeamento, obtendo-se um material resistente e poroso denominado sinter. 5.2. Calcinação: Calcinação é a unidade que transforma calcário em cal pelo seu aquecimento acima de 1200°C, onde o cal tem grande importância na aciaria, pois durante o refino do aço ele pode atuar como fundente, dessulfurante, desfosforante e refrigerante. 5.3. Coqueria: É a unidade industrial que transforma mistura de carvões minereis com coque, onde o coque metalúrgico é empregado nos altos fornos, podendo atuar como combustível, redutor, fornecedor de carbono ao gusa e permeabilizador da carga. 6 Alto forno: equipamento, gusa em lingotes sólidos e na forma líquida, escória e gases do topo do alto forno; 6.1. O alto forno é um tipo de forno de cuba empregado na produção de ferro gusa, pela fusão redutora de minérios de ferro em presença de carvão vegetal ou coque e fundente, os quais são carregados no topo e, na descida, são transformados pela ação dos gases ascendentes, provenientes da combustão do carvão com oxigênio soprado pelas ventaneiras, obtendo-se escória e ferro gusa líquido pelo cadinho e poeiras e gases do topo. O corpo do alto forno se divide em goela, cuba, ventre, rampa e cadinho. O alto forno é construído de tijolos e envolvido chaparia de aço extradoce, protegida internamente com uma grossa camada de refratários dotadas de camisas de refrigeração a água. 6.2. O Ferro-gusa: É dividido em gusa para a aciaria (onde é processado para se transformar em diversos tipos de aço), gusa para fundição e gusa para ligas. Sub produtos: 6.3. Gás de alto forno: Contem de 21 a 25% de CO, 18 a 22% de CO2 e 2 a 5% de H2 possuindo de 700 a 800 Kcal/Nm³ de poder calorífico, e por isso ele é recuperado e usado como combustível. Este gás é limpo (no sistema de limpeza de gases), sendo utilizado para diversos fins tanto puro como em mistura com gás de coqueria ou gás de convertedor. 6.4. Pó de alto forno: Este pó é recolhido no sistema de limpeza de gases, e é formado pelo pó recolhido no balão de pó (dust catcher) e pelo pó úmido colhido nos “Venturi scrubber” e/ou preciptadores eletrostáticos. 6.5. Escória: Importante papel na industria cementeira pois é utilizada como matéria prima na produção de cimento 7 Estação intermediária: dessulfuração, desfosforação; O ferro gusa gerado nos altos fornos possuem elevado teores de enxofre, elemento indesejado na maioria dos aços e de difícil eliminação nos convertedores, onde é feito a dessulfuração que é o processo de remoção de enxofre a partir de algum dispositivo para evitar esta contaminação. Para que ocorra este processo é necessário uma escória bastante básica (rica em CaO) e uma atmosfera redutora (Rica em CO), onde nem o alto forno e nem a aciaria possui condições ideais para a dessulfuração. Por esta razão, o ferro gusa deve ser dessulfurado, ainda nos carros torpedos, antes de seguir para a aciaria, numa estação de dessulfuração onde se cria as condições ideais. A mistura de dessulfurante, na média é composta por 50% de carbureto, 38% de calcário e 12% de coque, onde o coque tem a função de garantir a atmosfera redutora necessária para que as reações ocorram. Figura 2 - Esquema mostrando uma estação de dessulfuração de gusa no carro torpedo Fonte: Slideshare: Siderurgia para não siderurgistas O processo de desfororação busca diminuir a quantidade de fósforo no aço por causa das características deletérias deste elemento, traduzido como fragilidade ao frio. A desfoforação é realizada com auxilia de escórias. Na escória, o fósforo se encontra oxidado. 8 Aciaria: panelas, convertedores, forno elétrico O aço vindo da aciaria é vazado na panela, onde são adicionados ferro-ligas de acordo com as especificações, onde é feito o acerto das composições químicas. Figura 3 – Panela da aciaria Fonte: Site Info Escola O processamento na aciaria divide-se em refino primário e refino secundário, o refino primário acontece no convertedor. O convertedor é um equipamento que é um tipo de forno, revestido com tijolos refratários e que transforma o ferro gusa e a sucata em aço, a principal reação química no convertedor ocorre entre o oxigênio injetado por lanças e o carbono presente no gusa, gerando gases que são eliminados no convertedor. Este gases se combinam e retiram o carbono do gusa, dando origem ao aço. Nesta fase são removidos o silício, o manganês, e principalmente o carbono. Existe 3 tipos de convertedores. Convertedor a Oxigênio. Convertedor LD – KGC Convertedor K-BOP e Q-Bop Forno elétrico a Arco Tem como objetivo fundir sucata metálica, convertendo-a em aço líquido utilizando energia elétrica comvertida em calor pela radiação de arcos elétricos criado entre os eletrodos e as peças sucatas. 9 Metalurgia na panela: acertos de composição, desgaseificação etc O acerto na panela define a composição final do aço e condiciona a qualidade do produto final. Deve-se notar que o acerto de temperatura e composição no final de sopro está intimamente ligado à produtividade. Quando o aço é sangrado para uma panela, podendo em simultâneo ocorrer algumas adições de ferro-ligas ou de agentes desoxidantes (como o alumínio ou o ferro-silício), respectivamente para acerto da composição química ou diminuiçãodo teor em oxigénio. 10 Lingotamento: convencional e contínuo; 10.1. Lingotamento contínuo: Neste processo é evidente os ganhos de produtividade de fabricação do aço em larga escala industrial. O lingotamento contínuo transforma o aço líquido em formas sólidas de aço, em dimensões apropriadas ao seu manuseio e transformação mecânica por laminação ou Forjamento. O aço é moldado e solidificado de maneira progressiva da superfície para o núcleo do veio. A forma é cortada em comprimentos pré-definidos em função da faixa de peso dos produtos finais, buscando-se maximizar a produtividade dos processos subsequentes Figura 4 - Vista esquemática da máquina de lingotamento contínuo Fonte: Site Demet – Adriano Sheid 10.2. Lingotamento convencional: O aço é vazados em lingoteiras (formas) e pode ser de duas formas: Direto: o aço é vazado diretamente na lingoteira; Indireto: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base; É um processo pelo qual o aço fundido é solidificado dentro da lingoteira respeitando um tempo de resfriamento conforme a sua qualidade, tempo esse dividido em duas etapas: Tempo padrão e alternativo, nunca sendo retirado da lingoteira em tempo intermediário, visto que há uma curva de resfriamento a ser respeitada e o não atendimento a este requisito pode implicar em trincas no lingote. 11 Laminação: forno poço, trem a quente, trem a frio 11.1. Forno poço é onde os lingotes são reaquecidos para posterior laminação. 11.2. Trem a quente: As placas, ao saírem do Lingotamento Contínuo, vão para a Laminação de Tiras a Quente que, após reaquecimento, são laminadas, produzindo bobinas a quente e chapas grossas. 11.3. Laminação a quente: Etapa inicial do processo de laminação no qual o material é aquecido a uma temperatura elevada para que seja realizado o chamado desbaste dos lingotes ou placas fundidas. Quando o aço é lingotado convencionalmente, a primeira operação de laminação ocorre em um laminador desbastador (“blooming”, “slabbing mill”), que é usualmente um duo reversível cuja distância entre os rolos pode ser variada durante a operação. Na operação de desbaste utiliza-se também laminadores universais, o que permite um melhor esquadrinhamento do produto. Os produtos desta etapa são blocos (“blooms”, seção quadrada) ou placas (“slab”, seção retangular). As placas são laminadas até chapas grossas (material mais espesso) ou tiras a quente. Na laminação de chapas grossas utiliza-se laminadores duos ou quádruos reversíveis, sendo este último o mais utilizado. Na laminação de tiras, comumente utilizam laminadores duos ou quádruos reversíveis numa etapa preparadora e um trem contínuo de laminadores quádruos. O material, após a laminação é então, bobinado a quente, decapado e oleado indo a seguir para o mercado ou para a laminação a frio. Figura 5- Esquema do aço na laminação a quente Fonte: Site MMBorges Figura 6 - Produtos obtidos pela laminação a quente Fonte: Site MMBorges 11.4. Laminação a frio: Etapa final do processo de laminação que tem por objetivo o acabamento do metal, no qual o mesmo, inicialmente recebido da laminação a quente como chapa grossa, tem sua espessura reduzida para valores bem menores, normalmente à temperatura ambiente. A laminação a frio é empregada para produzir folhas e tiras com acabamento superficial e com tolerâncias dimensionais superiores quando comparadas com as tiras produzidas por laminação a quente. Além disso, o encruamento resultante da redução a frio pode ser aproveitado para dar maior resistência ao produto final. Os materiais de partida para a produção de tiras de aço laminadas a frio são as bobinas a quente decapadas. A laminação a frio de metais não ferrosos pode ser realizada a partir de tiras a quente ou, como no caso de certas ligas de cobre, diretamente de peças fundidas. Trens de laminadores quádruos de alta velocidade com três a cinco cadeiras são utilizados para a laminação a frio do aço, alumínio e ligas de cobre. Normalmente esses trens de laminação são concebidos para terem tração avante e a ré. Figura 7 - Produtos obtidos pela laminação a frio Fonte:Site MMBorges Figura 8 - Laminação a frio de barras e perfis Fonte: Site MMborges 12 Controle da qualidade: análise química, propriedades mecânicas, dimensional, acabamento e ensaios não destrutivos; 12.1. Análise química: controle e inspeção de todas as etapas de produção do material (aço) Todas as transformações sofridas pelo minério de ferro desde sua extração até os produtos finais necessitam de conhecimentos químicos de amplitude. Esta análise visa assegurar as propriedades químicas do material e consequentemente as propriedades mecânicas; Propriedades mecânicas: 12.2. Deformação elástica: Todo material quando submetido a solicitações externas deforma-se, o comportamento elástico de um material é a capacidade que o mesmo tem em retornar sua forma e dimensões originais quando retirado os esforços externos sobre ele. 12.3. Deformação plástica: O material já não consegue recuperar sua forma e dimensões originais pois o mesmo é submetido a tensões que ultrapassam um certo limite (chamada de limite elástico) no qual o material sofre um deformação permanente. 12.4. Ductibilidade: É a capacidade que um material tem em deforma-se plasticamente até sua ruptura. Um material que se rompe sem sofrer uma quantidade significativa de carga no regime plástico é denominado de frágil. 12.5. Tenacidade: É a capacidade que um material tem em absorver energia ate a sua ruptura. Também pode ser definida como a energia mecânica necessária para levar um material a ruptura 12.6. Resiliência: É a capacidade que o material tem em absorver energia no regime elástico (quando é deformado elasticamente). 12.7. Ensaios mecânicos: Anteriormente avaliava-se a qualidade de um objeto através do seu uso contínuo, um desgaste rápido que levasse algum defeito da ferramenta era o método para avaliar a sua adequação ao uso. A avaliação era feita depois que o produto estivesse pronto. Nesse ponto entra os chamados “ensaios mecânicos”. As propriedades mecânicas de um material são determinado a partir de ensaios mecânicos. Esses ensaios são realizados a partir de CP (corpos de prova) com dimensões e forma especificadas em normas técnicas. Os ensaios mecânicos simulam esforços que os materiais iram sofrer sobre condições reais de “trabalho”. As normas técnicas mais comuns que são utilizadas nos ensaios são: ABNT (Associação Brasileira de Normas técnicas) ASTM (American Society for Testing and Materials) Todo ensaio mecânico pode ser classificado em: Ensaios Mecânicos Destrutivos: A amostra testada (corpo de prova) é deformada permanentemente até sua fratura, ou sejam deixam algum sinal no CP, mesmo que não fique inutilizado. Alguns Ensaios Mecânicos Destrutivos estão listados abaixo; Tração Compressão Fluência Dobramento Dureza Ensaios Mecânicos não Destrutivos: são ensaios que não provocam nenhum tipo de alteração nas propriedades do CP. Alguns Ensaios Não-Destrutivos estão listados abaixo: Líquido Penetrante Emissão Acústica Exame Visual Partículas magnéticas Ultrasom 12.7.1. Líquido penetrante: O ensaio por líquidos penetrantes consiste em fazer penetrar na abertura da descontinuidade um líquido; após a remoção do excesso de líquido da superfície, faz- se o líquido retido sair da descontinuidade por meio de um revelador. A imagem da descontinuidade fica então desenhada sobre a superfície.Figura 9 - Ensaio de líquido penetrante Fonte: Site Metal Chek 12.7.2. Ensaio de emissão acústica A técnica de inspeção por Emissão Acústica consiste na detecção de descontinuidades através de ondas acústicas emitidas pelo material quando aplicada uma tensão sobre a sua estrutura. O ensaio nos oferece uma opção de verificação da integridade física do equipamento com muito pouca intervenção no seu processo produtivo, uma vez que o ensaio pode ser realizado com o equipamento em operação e com o seu próprio produto de processo, diminuindo em muito o custo da inspeção. Como parte integrante de um completo plano de inspeção, a técnica tem se mostrado altamente eficaz quando utilizada com critério e seriedade na avaliação de integridade de equipamentos que trabalham pressurizados. 12.7.3. Partículas magnéticas O ensaio por partículas magnéticas é usado para detectar descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagnéticos. São detectados defeitos tais como: trincas, trincas em soldagem, junta fria, inclusões, gota fria, dupla laminação, falta de penetração, dobramentos, segregações, etc. O método de ensaio está baseado na geração de um campo magnético que percorre toda a superfície do material ferromagnético. As linhas magnéticas do fluxo induzido no material desviam-se de sua trajetória ao encontrar uma descontinuidade superficial ou subsuperficial, criando assim uma região com polaridade magnética altamente atrativa a partículas magnéticas. No momento em que se provoca esta magnetização na peça, as partículas magnéticas são aplicadas sobre a peça; esta, por sua vez, será atraída à localidade da superfície que contiver uma descontinuidade, formando assim uma clara indicação de defeito. 12.7.4. Ensaio de ultrassom Os sons produzidos em um ambiente qualquer refletem-se ou reverberam nas paredes que constituem o ambiente, podendo ainda ser transmitidos a outros ambientes. Este fenômeno constitui o fundamento do ensaio por ultrassom de materiais. Assim como uma onda sonora reflete ao incidir num anteparo qualquer, a vibração ou onda ultrassônica também reflete quando percorre um meio elástico; do mesmo modo, a vibração ou onda ultrassônica refletirá ao incidir numa descontinuidade ou falha interna de um meio considerado. Através de aparelhos especiais, é possível detectar as reflexões provenientes do interior da peça examinada, localizando e interpretando as descontinuidades. O teste ultrassônico de materiais é feito com o uso de ondas mecânicas ou acústicas colocadas no meio em inspeção, ao contrário da técnica radiográfica, que usa ondas eletromagnéticas. O ensaio por ultrassom caracteriza-se por ser um método não destrutivo com o objetivo de detectar descontinuidades internas, presentes nos mais variados tipos ou formas de materiais ferrosos ou não ferrosos. As descontinuidades são caracterizadas pelo próprio processo de fabricação da peça ou por componentes, como por exemplo, bolhas de gás em fundidos, dupla laminação em laminados, micro-trincas em forjados, escórias em uniões soldadas e muitos outros. Portanto, o exame ultrassônico, assim como todo exame não destrutivo, visa a diminuir o grau de incerteza na utilização de materiais ou peças de responsabilidade. Aplicação O ensaio por ultrassom constitui uma ferramenta indispensável para garantia da qualidade de peças de grandes espessuras, com geometria complexa de juntas soldadas e chapas. É aplicado na indústria moderna, principalmente nas áreas de caldeiraria e estruturas marítimas. Na maioria dos casos, os ensaios são aplicados em aços carbono e em menor porcentagem nos aços inoxidáveis. Figura 10 - Ensaio de ultrassom Fonte: Site metal Check 12.8. Controle dimensional: é um método capaz de verificar de maneira eficiente as características dimensionais ou conjuntos completos, com o principal objetivo garantir a devida montagem, ajuste, tolerâncias de peça e bom funcionamento de equipamentos. Baseado em conhecimentos de profissionais como engenheiros mecânicos, civil, técnicos em edificação, mecânica ou eletromecânica e metrologia, o controle Dimensional assume uma aplicação dos conceitos fundamentais de confiabilidade metrológica aos elementos que compõem as construções de plantas industriais de petróleo e gás, papel e celulose, petroquímica, mineração e siderúrgicos. Controle Dimensional de caldeiraria e tubulação: Aplicando normas e medidas específicas para o segmento conforme suas necessidades, tendo em vista suas peculiaridades, já que os equipamentos desta modalidade têm uma enorme possibilidade de combinações geométricas e consequentemente há uma dificuldade de padronização em seus processos de controle Dimensional por conta de projetos específicos que ternam os equipamentos fabricados quase únicos, exigindo dessa maneira um controle Dimensional exclusivo. Controle Dimensional de mecânica: Têm em sua aplicação equipamentos e componentes do ramo da mecânica, como bombas, roscas, buchas e engrenagens. Este tipo de controle e usualmente a plicado a linhas de produção de processos de fabricação como critério de tolerâncias e de maneira amostral na maioria dos casos. 12.9. Acabamento superficial: Acabamento é um termo coloquial largamente usado para designar a qualidade geral de uma superfície usinada. A Figura 1 esquematiza a classificação de acabamento. Figura 11 - Classificação de acabamento Fonte: Site Metal check A textura está relacionada com as irregularidades presentes na superfície de materiais sólidos e com as características dos instrumentos de medição; é definida em termos de rugosidade, ondulação, marcas e falhas. A integridade é a característica através da qual podem ser relacionadas ou identificadas as diversas exigências ou alterações metalúrgicas que poderão se desenvolver devido à usinagem como: transformações de fases, distribuição e tamanho de grão, recristalização, inclusões no material etc. O objetivo da usinagem é obter uma superfície técnica que apresente fatores superficiais e sub-superficiais apropriados, a fim de garantir segurança, confiabilidade e longa vida ao componente fabricado – principalmente quando vidas humanas estão em jogo. Por esse motivo, a importância do estudo do acabamento aumenta à medida que crescem as exigências do projeto. Por exemplo, as superfícies dos componentes deslizantes, como eixos de um mancal, de vem ser lisas para que o atrito seja o menor possível. Já as exigências de acabamento das superfícies externas da tampa e da base do mancal são menores. A produção de superfícies lisas exige, em geral, custo de fabricação mais eleva do. O acabamento não está especificamente ligado à textura ou padrão característico da superfície técnica, nem a valores específicos de rugosidade. Contudo, um “bom” acabamento implica baixos valores de rugosidade, e vice-versa. Assim, a aptidão de um processo de usinagem em produzir um acabamento específico depende das características da ferramenta, da peça, da máquina e da operação. Os diferentes processos de fabricação mecânica determinam acabamentos diversos nas superfícies. As superfícies por mais perfeitas que sejam, apresentam irregularidades. E essas irregularidades compreendem dois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros microgeométricos Os erros macrogeométricos em usinagem são desvios geométricos (ondulação, ovalização, retilineidade, planicidade, circularidade etc.) que afetam as dimensões nominais das peças e podem ser ocasionados por diversos fatores, principalmente: • Material da peça: usinabilidade, conformação ou dureza; • Máquina-ferramenta:ferramenta de corte, defeitos nas guias, erros de posicionamento; • Método: processo de fabricação para obtenção da peça, parâmetros de corte. • Medição: incerteza de medição, adequação do instrumento ao mensurando; • Mão de obra: erros de interpretação, falta de treinamento; • Meio ambiente: variação de temperatura, limpeza do local de trabalho. Estes erros são verificados por meio de instrumentos convencionais de medição tais como micrômetros, relógios comparadores, projetores de perfis etc. Os erros microgeométricos são conhecidos como rugosidade. Rugosidade é o conjunto de irregularidades, ou seja, pequenas saliências e reentrâncias que caracterizam uma superfície 13 Centro de pesquisa; Os Centros de pesquisas é também responsável pelo desenvolvimento de novas ligas metálicas, com propriedades físicas, químicas e metalúrgicas adaptadas a usos diversos. 14 Fundição: matéria-prima: sucata, fundentes, etc A fundição é o processo pelo qual os metais ou ligas metálicas em estado líquido (fundido) são vazadas em um molde para a fabricação dos mais variados tipos de peças, objetos decorativos, joias/bijuterias, carcaças de máquinas, lingotes e outros. Em muitos casos, a fundição é o processo mais simples e econômico de se produzir uma peça, principalmente quando esta é de grande porte, de geometria intrincada ou com canais internos e cavidades. A fundição pode dar origem a peças acabadas, já em seu formato final, ou não. Nesse caso, elas podem passar por processos de conformação mecânica (por exemplo, forja), ajustes dimensionais, soldagem ou usinagem (para peças que serão usinadas é comum deixar um sobremetal). Mas, de modo geral, as peças fundidas passam por processos de acabamento como corte de canais, usinagem, e rebarbação. Quando necessário, as peças também podem passar por tratamento térmico para conferir maior resistência já que as peças fundidas apresentam menor resistência mecânica do que as peças produzidas por processos de conformação. Existem vários processos diferentes para se produzir peças fundidas, os mais comuns são: fundição por gravidade, por centrifugação, sob pressão e de precisão. Cada um se ajusta a determinadas exigências de qualidade, custo e tempo. Mas, basicamente, o início do processo, é a produção de um modelo ou de um molde. A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelas ligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e não-ferrosas (ligas de cobre, alumínio, zinco e magnésio) 15 Fornos de fusão: cubilô, por indução ou por aquecimento a gás; 15.1. Forno cubilô: O forno cubilô ou forno de cúpula é um equipamento de fusão empregado para a produção de ferros fundidos, por meio da refusão de materiais metálicos ferrosos e funciona baseado no princípio de contra corrente, ou seja, a carga metálica e o combustível possuem um fluxo contrário ao do comburente que é o oxigênio do ar. No forno cubilô, a combustão se processa mais intensamente na região situada logo acima do cadinho, onde a oxidação do coque é efetuada pelo oxigênio do ar soprado. Nesta zona, que é chamada “zona de oxidação”, os gases são altamente oxidantes e nela ocorre a oxidação do silício e do manganês que é acompanhada por uma liberação adicional de calor, que superaquece o ferro fundido que goteja no cadinho. 15.2. Forno por indução: Para o um típico engenheiro, a indução é um método fascinante de aquecimento. Assistindo a um pedaço de metal em uma bobina aquecendo até atingir uma coloração vermelho cereja em questão de segundos pode ser surpreendente para aqueles não familiarizados com aquecimento por indução. Equipamentos de aquecimento por indução requerem uma compreensão da física, eletromagnetismo, eletrônica de potência e controle de processos, mas os conceitos básicos por trás de aquecimento por indução são simples de entender. 16 Modelagem, moldagem, vazamento e acabamento 16.1. Confecção do modelo - Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas dimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal para posterior usinagem da peça. Ele é feito de madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor. 16.2. Confecção do molde - O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de material refratário composto de areia e aglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida. Confecção dos machos - Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido. 16.3. Fusão - Etapa em que acontece a fusão do metal. 16.4. Vazamento - O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido. 16.5. Acabamento: Após as desmoldagem é feito a rebarbação onde é retira dos canais de alimentação, massalotes e rebarbas que se formam durante a fundição. Ela é realizada quando a peça atinge temperaturas próximas às do ambiente e após feito a limpeza da peça porque a mesma apresenta uma série de incrustações da areia usada na confecção do molde. Geralmente ela é feita por meio de jatos abrasivos. 17 Soldagem A Soldagem é o processo de união de materiais (particularmente os metais) mais importante do ponto de vista industrial sendo extensivamente utilizada na fabricação e recuperação de peças, equipamentos e estruturas. Outro conceito muito utilizado: é a operação que visa a união de duas ou mais peças, assegurando na junta, a continuidade das propriedades físicas e químicas do material. Existe um grande número de processos de soldagem diferentes, sendo necessária a seleção do processo (ou processos) adequado para uma dada aplicação. A soldagem não ocorre tão facilmente pois a aproximação das superfícies a distâncias suficientes para a criação de ligações químicas entre os seus átomos é dificultada pela rugosidade microscópica e camadas de óxido, umidade, gordura, poeira e outros contaminantes existentes em toda superfície metálica. 18 Tratamentos térmicos Tratamento térmico tem o objetivo de alterar a propriedade do aço em vários processos que são aquecidos e resfriados em diferentes condições. 18.1. Carbonitretação: A carbonitretação é um processo de tratamento térmico onde se utiliza em camadas de pequenas a médias profundidades(Eht). Além de carbono recebe nitrogênio na camada. Este processo é utilizado em aços não ligados ou de baixo carbono. Em alguns casos de aços com maior porcentagem de manganês a risco da formação de austenita retida. 18.2. Têmpera: Têmpera é um processo de tratamento térmico de aços para aumentar a dureza e a resistência dos mesmos. A têmpera tem duas etapas: aquecimento e esfriamento rápido. O aquecimento tem como objetivo obter a organização dos cristais do metal, numa fase chamada austenitização. O esfriamento brusco visa obter a estrutura martensita. 18.3. Cementação: A cementação é um tratamento termico em que se promove enriquecimento com carbono da superficie de um aço de baixo carbono. O objetivo é que a dureza após a têmpera e revenimento, esta camada apresente uma dureza mais elevada do que a do núcleo 18.4. Alívio de tensão: Alívio de tensões é um processo que tem como objetivo obter um rearranjo nas discordâncias causadas por algum processo anterior. Exemplos- soldas, usinagem, processos que causam modificações na microestruturado aço, que rompem o equilíbrio das macrotensões de natureza elástica. Que pode a peça empenar, torcer ou até trincar. 18.5. Normalização: A Normalização é o processo de tratamento térmico que tem como objetivo diminuir a granulação do aço, é um tratamento que refina a estrutura do aço, dando propriedades melhores que as conseguidas no processo de recozimento. Esse processo pode ser feito no final ou pode ser um processo intermediário. 18.6. Recozimento: Recozimento é um processos de tratamento térmicos dos aços. O processo se da pelo aquecimento das peças, e o tempo em temperatura é calculado em função do tamanho da peça ou do lote, e o resfriamento em velocidades e condições adversas. 18.7. Revenimento: É aplicado nos aços para corrigir a tenacidade e a dureza excessiva, conseguindo o aumento da tenacidade dos aços. Revenimento é o reaquecimento das peças temperadas, a temperaturas abaixo da linha inferior de transformação do aço. Dependendo da temperatura resulta em pequena ou grande transformação da estrutura martensítica.. 18.8. Nitretação: Nitretação é um tratamento termoquímico da metalurgia em que se promove enriquecimento superficial com nitrogênio, usando-se de um ambiente nitrogenoso à determinada temperatura, buscando o aumento da dureza do aço até certa profundidade 19 Forjaria, trefilação, extrusão e sinterização 19.1 Jorjamento: É o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho. A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio. Figura 12 - Esquema de forjamento em matrizes Fonte: Site MMBorges 19.2. Trefilação: É uma operação em que a matéria-prima (por exemplo, o fio máquina resultante de um processo de laminação) é estirada através de uma matriz em forma de canal convergente(FIEIRA ou TREFILA) por meio de uma força de tração aplicada do lado de saída da matriz. O escoamento plástico é produzido principalmente pelas forças compressivas provenientes da reação da matriz sobre o material. Forma resultante: a simetria circular é muito comum em peças trefiladas, mas não obrigatória.Condições térmicas: normalmente a frio. Figura 13 - Esquema da trefilação 19.3. Extrusão: na extrusão o material é forçado através de uma matriz, de forma similar ao aperto de um tubo de pasta de dentes. Formas resultantes: Praticamente qualquer forma de seção transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extrusão. Como a geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados têm seção transversal constante. dependo da ductilidade do material a extrudar o processo pode ser feito a frio ou a quente, em altas temperaturas. O produto é essencialmente uma peça semi- acabada. Figura 13 - Esquema de extrusão 19.4. Sinterização: No processo de metalurgia do pó parte-se de um pó, que geralmente é metálico ou cerâmico. Esse pó é compactado em uma matriz e aquecido, produzindo a peça. Não existe fusão. No processo de metalurgia do pó a primeira etapa é a produção do pó. Esse pó pode ser produzido de várias formas e com diferentes características. A etapa final do processo de metalurgia do pó é a sinterização. A sinterização consiste em aquecer em temperatura, abaixo da temperatura de fusão do metal ou liga. Figura 2 - Esquema do processo de sinterização 20 Proteção de superfícies metálicas (galvanização) A galvanização é o processo de revestimento de um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão ou melhorar sua aparência. Trata-se de um processo de revestimento de superfícies por meio da eletrólise onde o metal a ser revestido funciona como cátodo e o metal que irá revestir a peça funciona como o ânodo. No caso do ferro, a proteção contra corrosão mais comum é feita pela deposição de zinco metálico. O zinco possui a característica de oxidar mais rápido que o ferro. Assim, se em uma placa de ferro galvanizado1ocorrer uma rachadura ou desplacamento, deixando o ferro exposto, o zinco irá oxidar mais rápido que o ferro. Então, enquanto houver zinco, o ferro não será oxidado. 21 Materiais Poliméricos A palavra polímero é originada do grego, cujo significado é ’’muitas partes’’ (poli: muitas, mero: partes). Usualmente o termo “plástico” é utilizado para designar os materiais poliméricos. Todavia, seu uso de maneira genérica, não é apropriado. Os polímeros são capazes de adquirirem condições plásticas, por ação de calor e pressão. Quimicamente, os “POLÍMEROS” são: materiais naturais ou sintéticos, geralmente de origem orgânica, compostos por cadeias com altos pesos moleculares Obtenção dos Polímeros: São obtidos através de reações químicas de polimerização, que formam estruturas moleculares que consistem na repetição de pequenas unidades, chamadas meros. O tamanho e a estrutura da molécula do polímero determinam as propriedades do material plástico 22 Materiais Cerâmicos Materiais cerâmicos são compostos químicos e soluções envolvendo elementos metálicos e não metálicos. Variedade de propriedades mecânicas e físicas permitindo a aplicação em camós distintos: Tijolos, louças, refratários, materiais magnéticos, dispositivos eletrônicos, fibras, abrasivos, componentes aeroespaciais e etc. Características: Resistência mecânica aumenta quando o produto é aquecido em altas temperaturas, tem alta dureza, alta fragilidade, estrutura cristalina complexa. Elevado ponto de fusão, bom isolante térmico e elétrico e matéria prima de custo relativamente baixo. 23 Carbonáceos Carbonáceo é a definição de uma substância rica em carbono. Particularmente, os hidrocarbonetos carbonáceos são bem insaturados, com hidrocarbonetos de grande massa molecular, tendo uma elevada proporção entre carbono e hidrogênio. O metamorfismo do material carbonáceo é expressa no processo de grafitização. Contudo, a grafitização pode ser acelerada ou retardada dependendo dos vários fatores metamórficos ou litológicos. 24 Outros assuntos pertinentes sugerido pelo aluno interessado. 25 Defina, caça palavras; 25.1 Água industrial : A água destinada ao uso industrial requer maiores cuidados, no que se refere a determinados elementos. Nem sempre uma água considerada potável para consumo humano e animal pode servir para fins industriais. A presença de materiais de diferentes características na água exige que antes do uso industrial seja feito um tratamento que visa ao atendimento das especificações adequadas a cada tipo uso. As principais propriedades que determinam a qualidade das águas são: Turbidez, cor, odor, alcanilinidade, salinidade, dureza, teor em sílica, gases envolvidos e oxidabilidade. 25.2 Amolecimento: É uma fase do processo de fundição do metal, onde o mesmo passa do estado sólido, se “amolecendo” e passando para o estado líquido ou pastoso. 25.3 Análise química: Uma análise química é um processo que fornece informações químicas ou físicas sobre uma amostra. É o conjunto de técnicas de laboratório utilizadas na identificação das espécies químicas envolvidas em uma reação química, bem como da quantidade dessas espécies. 25.4 Aquecimento: Elevação da temperatura de acordo com o ideal (no caso do metal) para transformá-lo de estados, formas físicas, para realizar tratamentos térmicos, conformações mecânicas, fundição,soldagem e etc. 25.5 Ar: No ar temos o elemento químico oxigênio que é utilizado na formação do metal líquido, onde o mesmo reage com outros elementos químicos dos metais, acelerando o processo de fundição. 25.6 Ariamento: 25.7 Calcário: é o Fundente mais comum no caso do ferro e do aço utilizados no alto forno. 25.8 Calor: O calor é a energia térmica que passa de um corpo com maior temperatura para outro com menor temperatura. Quando não há diferença de temperatura entre dois corpos, não existe calor. Sendo uma energia necessária para o aquecimento do metais. 25.9 Carros torpedo: Os carros-torpedo são equipamentos fabricados em aço estrutural e revestidos internamente com refratários, tendo como função básica o transporte de ferro gusa do alto-forno para a aciaria. Nas grandes siderúrgicas mundiais são revestidos com tijolos do sistema Al2O3-SiC-C. 25.10 Carvão vegetal: O carvão mineral é um combustível de origem fóssil resultante da transformação química do soterramento de troncos, raízes, galhos e folhas de árvores, sendo que esse processo leva milhões de anos para se desenvolver. 25.11 Coletor de pó: O coletor de pó industrial é utilizado para limpeza do ar retendo o contaminante no interior do coletor para posterior descarte em lixo industrial ou para reutilização. O pó retirado é proveniente de lixamento de superfície metálica, madeira, ou qualquer outro material, proveniente também de máquinas, cabines de jateamento por granalhas ou abrasivos. 25.12 Combustão: A combustão é uma reação exotérmica que ocorre entre um combustível e um comburente, que é o oxigênio. Alguns exemplos são as queimas de madeira, papel, gasolina, entre outros. 25.13 Coque: O coque é um tipo de combustível derivado da hulha (carvão betuminoso) 25.14 Cowepers: São regeneradores de calor, onde a temperatura do ar soprado chega a 1200°C quando se utiliza "Cowpers". 25.15 Distribuição: Distribuição é a acção e o efeito de distribuir (dividir algo entre várias pessoas, dar a algo o destino conveniente, entregar uma mercadoria). O termo, que deriva do latim distributĭo, é bastante habitual no comércio para fazer referência à repartição de produtos. 25.16 Dolomita: é um mineral de carbonato de cálcio e magnésio CaMg(CO3)2, muito abundante na natureza na forma de rochas dolomíticas, utilizado como fonte de magnésio, sobretudo para a fabricação de materiais refratários. 25.17 Engaiolamento: Engaiolamento do forno é quando eventualmente o gás força passagem por um caminho de menor resistência, uma chaminé, e a carga perde sustentação e desaba sobre as camadas de metal líquido no cadinho, sendo este tratado como fenômeno do transporte. 25.18 Enriquecimento: 25.19 Escória: A escória é o subproduto da fundição de minério para purificar metais. Pode ser considerada uma mistura de óxidos metálicos mas também podem conter sulfitos metálicos e átomos de metais na sua forma elementar. 25.20 Finos: 25.21 Fluorita: A fluorita ou fluorite é um mineral comum, cujo nome vem do latim devido à sua fácil fusão; é composto basicamente de fluoreto de cálcio (CaF2) usualmente encontrada em cristais cúbicos (sendo frequente também o hábito octaédrico), transparentes a translúcidos, de cor muito variável, com clivagem perfeita. 25.22 Fundentes: Substância adicionada ao conteúdo de, por exemplo, um alto-forno com os propósitos de retirar as impurezas existentes no metal (por exemplo óxidos) e de tornar a escória mais fluida. No caso do ferro e do aço o fundente mais comum é o calcário 25.23 Fusão: O ponto de fusão designa a temperatura à qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido. 25.24 Ganga: São as impurezas contidas nos minérios, sendo a parte mão aproveitada da fragmentação de minérios. Os principais tipos de gangas encontrados são microinclusões de silício, enxofre, fósforo e óxidos globulares, onde essas impurezas são responsáveis pela perda de qualidade do produto da exploração de minérios, sendo que esta afeta nas propriedades mecânicas e químicas do metal. 25.25 Gás: É utilizado como combustível para fornecimento de calor, geração de eletricidade e de força motriz. Também é utilizado como matéria-prima nos setores químicos e petroquímicos. 25.26 Glendons: Os "Glendons" são regeneradores de calor de menor eficiência, mas com um investimento também inferior, variando de 500 a 850°C. 25.27 Granulometria: É um estudo da distribuição das dimensões dos grãos de um solo. Ou seja, é a determinação das dimensões das partículas do agregado e de suas respectivas percentagens de ocorrência. 25.28 Gusa: É o produto imediato da redução do minério de ferro pelo coque ou carvão e calcário num alto forno. O gusa normalmente contém até 5% de carbono, o que faz com que seja um material quebradiço e sem grande uso direto. 25.29 Hematita: É um mineral muito comum, sendo constituído por 70% de Ferro e 30% de Oxigênio.sendo o principal constituinte do minério de ferro, possui brilho metálico e coloração preta, cinza, marrom, marrom avermelhado ou vermelho. A hematita ocorre em rochas ígneas, metamórficas, sedimentares, como granitos, sienitos, traquitos, andesitos, hematita quartzitos (em camadas com grande espessura) e ambiente hidrotermal. 25.30 Minérios: Os minérios de ferro são rochas a partir das quais pode ser obtido ferro metálico de maneira economicamente viável. O ferro encontra-se geralmente sob a forma de óxidos, como a magnetita e a hematita ou ainda como um carbonato, a siderita. 25.31 Oxigênio: É um gás incolor (azul em estado líquido e sólido), inodoro e insípido, comburente, não combustível e pouco solúvel em água. Devido à sua reactividade química, o oxigénio não pode permanecer na atmosfera terrestre como elemento livre sem que seja constantemente reabastecido pela acção fotossintética dos organismos que utilizam a energia solar para produzir oxigênio. 25.32 Pelota: Processo de aglomeração de finos de minério de ferro (com granulometria e superfície específica controladas) com emprego de um processamento térmico a elevadas temperaturas (1300-1350° C) em atmosfera oxidante, objetivando: Aproveitamento econômico de partículas ultrafinas (< 0,150 mm) geradas nas minas; Ajuste da qualidade química e física e agregação de valor às cargas metálicas de altos fornos e reatores de redução direta. Os aglomerados formados são chamados pelotas. Podem ser utilizados ou não aglutinantes. 25.33 Peneiramento: A tamisação (peneiramento) trata da separação de uma mistura de materiais sólidos granulados de diversos tamanhos em duas ou mais porções, cada uma delas mais uniformes em tamanho que a mistura original. É uma operação mecânica que ocorre por separação através de uma superfície perfurada. Objetivo do peneiramento: Separar o material alimentado na peneira em finos e grossos. O peneiramento é utilizado principalmente para a determinação das frações mais grossas da amostra como o pedregulho e as areias. 25.34 Permeabilidade: Na geologia, a permeabilidade é a capacidade de um material (tipicamente uma rocha) para transmitir fluidos. É de grande importância na determinação das características de fluxo dos hidrocarbonetos em reservatórios de petróleo , gás e da água nos aquíferos. 25.35 Pressão: Pressão é a relação entre uma determinada força e sua área de distribuição. O termo pressão é utilizado em diversasáreas da ciência como uma grandeza escalar que mensura a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo este ser líquido, gasoso ou mesmo sólido. 25.36 Quartzo: O quartzo é o segundo mineral mais abundante da Terra (aproximadamente 12 % vol.), composta por tetraedros de sílica (dióxido de silício, SiO2), 25.37 Redução: Em Química, a redução consiste na diminuição algébrica da carga formal ou do número de oxidação de uma espécie química. Forçosamente, isto se dá através da transferência de elétrons vindos de outra espécie química. Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. O ar pré-aquecido a uma temperatura de 1000°C é soprado pela parte de baixo do alto forno. O coque, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro, transformando-o em um metal líquido: o ferro-gusa. O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono elevado. 25.38 Refratário: Material refratário é um material capaz de manter sua resistência a altas temperaturas. São utilizados em revestimentos de fornos, incineradores e reatores 25.39 Refrigeração: Refrigeração é a ação de resfriar determinado ambiente de forma controlada, tanto para viabilizar processos, processar e conservar produtos (refrigeração comercial e industrial) ou efetuar climatização para conforto térmico (veja ar-condicionado e ventilação). 25.40 Revestimento: Normalmente são materiais refratários, sendo capaz de manter sua resistência a altas temperaturas. São utilizados em revestimentos de fornos, incineradores e reatores. 25.41 Siderurgia: Siderurgia é o ramo da metalurgia que se dedica à fabricação e tratamento de aços e ferros fundidos. 25.42 Sinter: É a agloeração de minério de ferro com cal e finos de coque para posterior redução no alto forno. 25.43 Soprador: Onde o ar quente é injetado no alto forno, o mesmo fica na parte inferior. 25.44 Temperatura: Trata-se de uma grandeza escalar que determina o grau de agitação das moléculas de um corpo, indicando se ele está quente ou frio. A Temperatura é uma grandeza física escalar que pode ser definida como a medida do grau de agitação das moléculas que compõem um corpo 25.45 Torres: 25.46 Umidade: A umidade é a quantidade de vapor de água na atmosfera. 25.47 Vapor: Gás que pode ser liquefeito apenas pela aplicação de pressão, por estar a uma temperatura inferior à temperatura crítica. 25.48 Ventaneiras: Uma parte do alto forno, onde o ar aquecido a 100 Centígrados ou mais é soprado pelas ventaneiras para dentro do alto forno. 25.49 Venturis: É onde são removidas as partículas mais finas na forma de lama (no alto forno). 25.50 Viscosidade: A viscosidade é a propriedade os fluidos correspondente ao transporte microscópico de quantidade de movimento por difusão molecular. Ou seja, quanto maior a viscosidade, menor será a velocidade em que o fluido se movimenta. 25.51 Vento: Vento é o fluxo de gases em grande escala. Na superfície da Terra, o vento consiste no movimento de ar em grande quantidade. 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