Processamento metálico

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Noções de siderurgia
Materiais metálicos, Processos de Fabricação de Ligas Ferrosas
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Resumo do processo
1ª Etapa - MINÉRIO+ CARVÃO(Coque ou carvão vegetal) + FUNDENTE (calcário) são adicionados ao ALTO FORNO que produz o FERRO GUSA.
 2ª Etapa Este é levado para a ACIARIA (processo pode iniciar aqui com SUCATA) onde é colocado em CONVERSORES OU FORNOS ELÉTRICOS (nesse caso em geral a partir de SUCATA) ONDE É FABRICADO O AÇO. 
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Resumo do Processo
Ainda líquido ele é vazado em grandes lingotes – LINGOTAMENTO CONVENCIONAL, ou na forma de barras, de maneira contínua (LINGOTAMENTO CONTÍNUO). Sendo após CONFORMADO (laminação, trefilação, forjamento, extrusão)
O FERRO GUSA também é entregue às FUNDIÇÕES, onde é fundido em fornos para fabricar os FERROS FUNDIDOS. O metal líquido é vazado em moldes de areia com resina com uma cavidade equivalente à forma definitiva da peça a produzir. 
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Produção do Aço
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O que são materiais ferrosos?
Os materiais ferrosos, são ligas de ferro e carbono contendo elementos residuais como silício manganês fósforo enxofre entre outros.
Pode conter elementos adicionados (cromo molibdênio níquel vanádio e outros) com algum propósito particular (aços liga ou ligados ferros fundidos ligados).
Aços: teor de carbono até aproximadamente 2% (maioria dos aços tem carbono até 0,5%).
Ferros fundidos: teor de carbono entre 2% e 6,7% (na prática entre 2,5 , 4,5 %) em geral contendo silício em percentual maior que os aços que garante a presença de grafita (carbono puro) na estrutura. 
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Matéria prima dos materiais ferrosos
Minérios:
 Magnetita Fe3O4 coloração preta
 Hematita Fe2O3 coloração avermelhada principal minério no Brasil (itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.
 São enriquecidos 
Carvão: 
reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao ferro)
 Coque: destilação seca do carvão mineral à 1000 1100ºC, alta resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre (pior qualidade)
 Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre (melhor qualidade)
Fundentes:
 Calcário ou caliça . Baixam o ponto de fusão da ganga (o que não é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem com eles formando a escória
 
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Ferro Primário
Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm
 5mm<Sinter<50mm
6mm< Minério <40mm granulado
 Em detalhe
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Coqueria
Detalhes do processo
 Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente 
pronto para ser descarregado
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Alto forno
Serve para produzir o ferro gusa, que é uma forma intermediária na produção dos aços 
Entra na parte superior do forno minério de ferro, coque (ou carvão vegetal) e fundente.
É insuflado ar pelas ventaneiras que queima o coque gerando CO que faz a redução do minério de ferro a ferro mas esse ferro incorpora um percentual de carbono (ferro gusa).
Ex. de reação de redução: ½ Fe2O3 + 3/2CO = Fe +3/2CO2 
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Alto Forno
O alto forno é um forno de cuba que operado em regime de contra corrente. 
No topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas. 
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente. 
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Alto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc. 
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A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo. 
Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado.
Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas. 
Alto Forno
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Alto forno
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Aciaria
A composição do gusa está longe da composição típica dos aços devendo ser reduzido os teores de carbono enxofre fósforo manganês entre outros.
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.
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Conversores: 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 (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).
Aciaria
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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).
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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.
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Conversor LD
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Conversor
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Conversor LD
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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 
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Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
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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
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Lingotamento Contínuo
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	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)
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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;
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	Os processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material:
	-	Compressão direta:	Forjamento, Laminação; 
	-	Compressão indireta:	Trefilação, Extrusão, 			Embutimento;
	-	Trativo: 	Estiramento;
	-	Dobramento: 	Dobramento;
	-	Cisalhamento: 	Corte.
Conformação
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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
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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
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Tipos de Conformação
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Lingotamento e Laminação