Elaboracao_Refino_Lingotamento_do_Aco

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Gerência de Ensino 
Coordenadoria de Recursos Didáticos 
 
 
 
 
 
 
ELABORAÇÃO, 
REFINO 
E LINGOTAMENTO 
DO AÇO 
 
 
 
 
 
 
Vitória - Outubro - 2007 
 
 
COORDENADORIA DE CURSO SUPERIOR / ENGENHARIA METALÚRGICA 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 2 
 
 
 
 
 
ELABORAÇÃO, 
REFINO 
E LINGOTAMENTO 
DO AÇO 
 
 
 
 
 
Autor: 
 
Marcelo Lucas Pereira Machado 
Engenheiro Metalurgista – UFF – RJ 
Doutor em Engenharia Elétrica/Automação – UFES 
Mestre em Engenharia Metalúrgica – PUC-RJ 
Pós-Graduado em Educação / Aperfeiçoamento em Conteúdos Pedagógicos - UFES 
Professor dos Cursos de Engenharia Metalúrgica, Tecnologia em 
Siderurgia/Metalurgia e Materiais e Técnico em Metalurgia e Materiaia do Centro 
Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo – CEFET-ES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Vitória -ES 
2007 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
APRESENTAÇÃO 
 
 
 
Este curso de Elaboração, refino e lingotamento do aço, trata de processos de refino 
primário e secundário do metal líquido, entre eles destaca-se o processo LD e o RH, 
respectivamente. 
Em todos estes processos procura-se utilizar os conceitos de termodinâmica e físico-
química para explicar as razões do funcionamento de muitos processos e confrontar 
resultados teóricos com os práticos. 
 
 
 
 
 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 4 
 
SUMÁRIO 
 
01 - CONSIDERAÇÕES GERAIS..................................................................................05 
01.1 -Histórico da Siderurgia..........................................................................................05 
01.2 - Conceitos Básicos................................................................................................07 
01.3 - Principais produtos siderúrgicos...........................................................................07 
01.3.1 - Diagrama de equilíbrio Ferro – Carbono...........................................................08 
01.4 - Classificação dos Aços.........................................................................................10 
01.5 - Importância dos produtos siderúrgicos.................................................................11 
01.6 - Fluxogramas de usinas siderúrgicas....................................................................12 
01.6.1 - Fluxograma reduzido de usinas integradas.......................................................12 
01.6.2 - Fluxograma da CBF..........................................................................................13 
01.6.3 - Fluxograma da Siderúrgica Belgo Mineirade Jardim América..........................14 
01.6.4 - Ciclo Operacional da CST.................................................................................14 
01.7 - Fluxograma da CST.............................................................................................16 
 
02 – PROCESSO DE DESSULFURAÇÃO................................................................... 17 
02..1 – Reações na dessulfuração.................................................................................17 
 
03 - PRODUÇÃO DO AÇO EM CONVERTEDOR (REFINO PRIMÁRIO) ....................19 
03.1 - Processos de sopro pneumático: .......................................................................19 
03.1.1 - Processos de sopro a oxigênio .......................................................................24 
03.1.1.1 - Convertedor LD..................................................... ............. ...................... ...26 
03.1.1.2 – Outros processos de refino a oxigênio...................... .................. .......... .....48 
 
04 - REFINO SECUNDÁRIO .........................................................................................51 
04.1 - Definição........................................................................................... ....... ...........51 
04.2 - Classificação dos processos.......................................................................... .....52 
 
05 – TERMODINÂMICA DE SOLUÇÕES. ....................................................................58 
 
06 – DIAGRAMA DE FASES TERNÁRIOS. ..................................................................66 
 
07 – POTENCIAL DE OXIGÊNIO/ DIAGRAMA DE ELLINGHAN. ................................80 
07.1 – Potencial de oxigênio em um reator....................................................................86 
 
08 – ANALISE TERMODINÂMICA DO PROCESSO DE REFINO DO AÇO. ...............87 
08.1 – Análise termodinâmica das reaçoes de refino. ...................................................87 
 
09 - LINGOTAMENTO CONTÍNUO................................................. ..............................93 
09.1 - Características................................ ............................ ........................................94 
09.2 - O processo de lingotamento contínuo............................ .....................................94 
09.3 - Operação................................ ............................ ................................................96 
09.4 - Importância do controle do processo nas propriedades metalúrgicas.................97 
09.5 – Comparação entre os rendimentos no lingotamento convencional e contínuo...98 
 
10 – Cálculo de carga no processo LD...........................................................................99 
 
11 - BIBLIOGRAFIAS............................................. ......................... ...........................105 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 5 
 
01 - CONSIDERAÇÕES GERAIS 
 
01.1— HISTÓRICO DA SIDERURGIA 
 
Provavelmente, o cobre nativo foi o primeiro metal empregado pelo homem na 
fabricação de utensílios. 
 
A obtenção de ferro metálico, provavelmente, veio a ocorrer apenas no período 
neolítico, quando o carvão usado nas fogueiras protetoras das cavernas habitacionais 
reduziram o solo de minério de ferro a ferro primário, que, posteriormente, era 
elaborado e conformado. 
 
Certamente, o país que mais se destacou na história da siderurgia foi a Inglaterra. A 
extração de ferro metálico nesse país remota a 400 AC e a obtenção de ferro gusa em 
alto forno a coque ocorreu no século XVIII. 
 
Por ser abundante e suas ligas possuírem propriedades adaptáveis a quase todas as 
condições requeridas, logo o ferro se tornou o metal mais empregado. Desde então, a 
metalurgia passou a se dividir em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos. 
 
A siderurgia se tornou tão importante que passou a servir de padrão medidor do 
desenvolvimento das nações. Desde então, são consideradas fortes as nações dotadas 
de elevadas capacidades de produzir e/ou comercializar produtos siderúrgicos e seus 
insumos. 
 
Logo após a descoberta do Brasil pelos portugueses, ocorreu por aqui enorme procura 
pelos metais. Em 1554 o Padre Anchieta relatou à Corte Portuguesa a existência de 
ferro e em 1587 Afonso Sardinha iniciou a produção de ferro na Freguesia de Santo 
Amaro, São Paulo. 
 
Mais tarde foram descobertas as grandes jazidas de ferro das Minas Gerais, pensando-
se, na ocasião, que eram reservas inesgotáveis, a ponto de uma pessoa ilustre 
denominar Minas Gerais de peito de ferro das Américas. Apesar de tão grande 
potencial, Portugal impediu o desenvolvimento da siderurgia brasileira durante o 
período colonial. 
 
Durante o período do Brasil Império, ocorreram algumas iniciativas importantes 
relacionadas com a produção de metais, porém, não consolidaram. 
 
Um fato históriconotável foi a entrada do Brasil na Segunda grande guerra, no bloco 
dos Aliados, quando recebemos acessoria americana para a implantação da CSN, 
empresa que consolidou nosso país como produtor de aço. 
 
A consolidação do parque siderúrgico nacional foi liderado pela SIDERBRÁS durante o 
governo militar, que construiu e ampliou as grandes usinas siderúrgicas estatais para 
darem sustentação a todo o parque industrial brasileiro. Entre elas destaca-se a CSN, 
COSIPA, USIMINAS, Cia. Ferro e Aço de Vitória, CST e AÇOMINAS. A seguir 
mostraremos algumas figuras que ilustram esse período histórico. 
 
 
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Fig.1.1 – Tipo de forja Catalã usada por Fernando sardinha em 1587 
 
 
Fig.1.2 – Perfil de um forno Catalão 
 
 
Fig.1.3 – Forja Catalã acionada por foles manuais, da Idade Média. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 7 
 
 
Fig.1.4 – Alto forno de 1640, com acionamento hidráulico. Os fornos eram construídos 
juntos de barrancos para permitir o carregamento pelo topo por carrinhos de 
mão. 
 
 
Fig.1.5 – Foto de um alto forno americano do século XVII, com foles acionados por 
roda d’água. 
 
01.2 - 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. 
 
01.3 - PRINCIPAIS PRODUTOS SIDERÚRGICOS 
Os produtos siderúrgicos se dividem em duas famílias principais, os aços e os ferros 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 8 
 
fundidos. 
A melhor maneira de se entender a diferença entre aços e ferros fundios é fazermos 
uma rápida análise do diagrama ferro-carbono. 
 
 
01.3.1 - DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO – CARBONO 
 
Esse diagrama é geralmente apresentado até 6,7% de carbono, porque este elemento 
forma com o ferro o composto Fe3C (cementita) que é extremamente duro e contém, 
aproximadamente, 6,7% de carbono. 
 
Fig.1.6 – Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono 
 
Como pode ser visto no diagrama Fe-C., o ferro puro (isento de carbono), apresenta-se 
até 912oC sob a forma alotrópica alfa (α) e acima de 912oC até 1354oC no estado 
alotrópico (γ). Essas formas alotrópicas se caracterizam por possuírem reticulados 
cristalinos diferentes para os átomos de ferro: o ferro α possui reticulado cúbico de 
corpo centrado (CCC) e o ferro γ possui reticulado cúbico de face centrada (CFC). 
 
 
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A fig.1.7 mostra os reticulados cristalinos dos átomos de ferro nas formas alotrópicas 
CCC e CFC. Observa-se que a estrutura CCC possui somente um átomo de ferro no 
centro do reticulado cristalino. Por outro lado, a estrutura CFC possui átomos de ferro 
no centro das faces do reticulado. 
 
 
 
Fig.1.7 – Esquema mostrando as estruturas cristalinas cúbicas de corpo centrado CCC 
e de face centrada CFC. 
 
Nota-se também no diagrama Fe-C que à medida o teor de carbono aumenta até o 
limite de 0,77%C obtêm-se a estrutura austenitica (Fe γ) a temperaturas cada vez mais 
baixas até o limite de 727oC. Esta faixa de teor de carbono de 0 a 0,77%C é onde se 
situa praticamente todos os aços comercialmente utilizados no mundo. 
 
Os átomos de carbono ocupam os espaços vazios dos reticulados de átomos de ferro e 
como pode ser observado na fig.1.6, a fase austenítica (estrutura CFC) tem capacidade 
para absorver mais carbono do que a fase ferrítica (estrutura CCC). 
 
A estrutura CFC devido ao seu formato de empilhamento é muito mais fácil de ser 
deformado do que a estrutura CCC. Desta forma, para se laminar a quente um aço, 
deve-se primeiro alcançar a estrutura austenítica, ou seja: conforme o teor de carbono, 
aquecer o aço em torno de 800 a 880oC, para em seguida fazer a deformação no 
laminador. Desta forma, economiza-se energia, equipamentos, tempo, e viabiliza 
economicamente o produto além de poder conferir boas propriedades mecânicas e 
metalúrgicas ao aço posteriormente ou durante a laminação. 
 
Para se ter uma idéia da facilidade de deformação de um metal com estrutura cristalina 
CFC, o chumbo é um material que possui esta estrutura na temperatura ambiente e o 
ferro por outro lado, na temperatura ambiente possui estrutura CCC. 
 
Como o aço é um material produzido para ser deformado, ele deve no aquecimento 
produzir uma estrutura totalmente austenítica, ou seja, deve possuir teor de carbono 
inferior a 2%, como pode ser visto no diagrama Fe-C. Apesar de na prática, os aços 
comerciais não ultrapassam a 0,8%. 
 
Por outro lado, os ferros fundidos são produzidos já no formato da peça final, portanto 
não sofrerão deformações posteriores, o seu teor de carbono está acima de 2%. 
 
Então, por definição os aços são produtos siderúrgicos com menos de 2%C, 
usualmente, obtidos em convertedores pelo refino do ferro gusa. Existem centenas de 
tipos de aços, podendo-se destacar as seguintes famílias: 
 
Aços carbono comuns, Aços micro-ligados, Aços ligados de baixa liga, Aços de alta 
Estrutura Estrutura 
CCC CFC 
 
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liga: Inoxidáveis ferríticos, inoxidáveis austeníticos, para ferramentas e matrizes, etc. 
 
Os ferros fundidos são produtos siderúrgicos primários, geralmente, produzidos em 
altos fomos. Teoricamente seu teor de carbono está acima de 2%; contudo, na prática 
a maioria dos ferros fundidos tem de 4 a 4,3%C. Exemplos de ferros fundidos: 
Ferros fundidos brancos, ferros fundidos cinzentos, ferros fundidos maleabilizados, 
ferros fundidos nodulares, etc. 
 
 
01.4 - CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS 
Os aços podem ser classificados com base em diferentes parâmetros, tais como 
dureza, aplicações, normas técnicas, etc. 
 
De acordo com a dureza, os aços se dividem nos seguintes grupos: 
• Aços extra-doces: Abaixo de 0,15%C, 
• Aços doces: 0,15 a 0,30%C, 
• Áços meio-doces: 0,30 a 0,40%C, 
• Aços meio-duros: 0,40 a 0,60%C, 
• Aços duros: 0,60 a 0,70%C, e 
• Aços extra-duros: Acima de 0,70%C. 
 
Como se pode deduzir pelos dados acima, as durezas dos aços dependem dos seus 
respectivos teores de carbono. 
 
Há dezenas de normas técnicas sendo que são usadas na classificação dos aços, 
contudo, nesse trabalho, citaremos apenas alguns exemplos da classificação de aços 
pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). 
 
Parte da Tabela da ABNT 
Tipo do Aço Classe 
Aço carbono comum I0XX 
Aço níquel (3,5%) 23XX 
Aço Níquel-cromo 3YXX 
Aço cromo(0,95%)-molibdênio(0,2%) 41XX 
Aço cromo 51XX 
Outros 
 
Pela ABNT, os dois primeiros dígitos indicam o(s) elemento(s) de liga existente(s) no 
aço, além do carbono. O número decimal expresso na posição do XX se refere à 
porcentagem de carbono contido pelo aço. Exemplos: 
 
Aço ABNT 1010: aço carbono comum com aprox. 0,1%C. 
Aço ABNT 1045: aço carbono comum com aprox. 0,45%C. 
Aço ABNT 4140: aço com aprox. 0,95%Cr-0,2%Mo-0,4%C. 
 
Como foi dito anteriormente, existem muitas normas usadas na classificação dos 
produtos siderúrgicos, portanto, é necessário tê-las em mão ao proceder a 
classificação, para evitar o registro de enganos. 
 
 
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01.5 – IMPORTÂNCIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS 
O êxito alcançado pelos produtos siderúrgicos se deve a vários fatores, dentre os quais 
citaremos alguns, sem desmerecer os demais. 
 
Baixo preço: 
O preço dos produtos siderúrgicos é insuperável pelos demais que tenham 
características semelhantes, o que lhes confere elevada competitividade. Exemplos: 
Lingotes de ferro gusa: R$220,00It 
Placas de aço carbono: R$450,00It 
Chapas de aço carbono: R$1.200,00It 
Chapas de aço inox. Ferrítico: R$6.000,00It 
Chapas de aço inox. Austenítico: R$13.000,00It 
Chapas de alumínio: R$12.000,00/t 
Chapas de alumínio ligado: R$30.000,00It 
Chapas de cobre: R$15.000,00It 
 
Propriedades Versáteis: 
É possível conferir ao produto siderúrgico as propriedades necessárias, sem onerar 
muito o custo de produção. Exemplos: 
 
Um aço ABNT 1080 pode adquirir diferentes durezas pela aplicação de tratamentos 
térmicos corretos: 
- Esferoidizado: 100HB 
- Plenamente recozido: 200HB 
- Temperado: 65RC (acima de 650HB, por comparação) 
O aço carbono comum possui os inconvenientes de oxidar-se e ser atacado por ácidos, 
contudo, pela adição de alto cromo pode se transformar no aço inoxidável ferrítico que 
não oxida e, ainda, pelas adições de cromo e níquel, forma os aços inoxidáveis 
austeníticos que são passivos à oxidação e a ação de ácidos. 
 
Matérias Primas Abundantes: O esgotamento das jazidas de ferro está previsto para 
quatro séculos. 
 
Domínio da Tecnologia Siderúrgica: 
Nenhum metal ainda é tão conhecido quanto o ferro. 
 
Política Administrativa: 
Toda nação que espera prosperar deve possuir, bem elaborada, uma política de 
produção e comercialização de produtos siderúrgicos, caso contrário, terá grandes 
dificuldades em seu desenvolvimento e, até mesmo sobrevivência como nação. 
 
Agregação de Valor ao Minério: 
Para que uma nação prospere, não basta que tenha grandes reservas minerais, as 
explore e venda seus minérios; pois, seus preços são muito baixos no mercado 
mundial. É preferível extrair os metais, produzir ligas, conformá-las e, então, vender os 
produtos obtidos. Os preços dos minérios de ferro e dos produtos siderúrgicos 
comprovam esse fato. 
A CST compra anualmente aproximadamente 7.000.000t de sinter feed pelo valor 
estimado de R$210.000.000.00 e pode arrecadar com a exportação de suas placas a 
 
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quantia de R$1.800.000.000,00. Como se pode deduzir, nesse caso, há uma ampliação 
de receita acima de R$1.500.000.000,00, além de solucionar parte do problema do 
desemprego. 
 
 
01.6 - FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS 
Fluxograma é uma representação gráfica que indica o caminho percorrido pelas 
matérias primas, suas transformações e, finalmente, a entrega dos produtos que se 
propõe produzir. 
 
As usinas siderúrgicas podem ser integradas, semi-integradas e não-integradas. 
 
As usinas siderúrgicas integradas adquirem as matérias primas no estado bruto, 
executam todas as fases do processo industrial e vendem os produtos acabados. 
 
Em princípio, quanto maior for o grau de integração de uma usina, mais competitivo se 
tomam seus produtos no mercado. Geralmente, são usinas de grande porte, que 
exigem investimento muito elevado antes de entrarem em operação. Quando não há 
capital suficiente, uma usina pode iniciar sua produção como usina não integrada e, à 
medida que vai aumentando seu capital, pode passar a semi-integrada e, finalmente, 
totalmente integrada. 
 
01.6.1 - FLUXOGRAMA REDUZIDO DE USINAS INTEGRADAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Matérias Primas da Siderurgia: Minérios de ferro, carvão vegetal, carvões minerais, 
fundentes (calcário, dolomita, etc.), sucatas, Oxigênio, combustíveis, ferro-ligas e 
outros. 
Operações de Preparação das Matérias Primas: Britagem, peneiramento, moagem, 
coqueria, sinterização, pelotização, calcinação, dessulfuração e outros. 
Ling. contínuo, laminação, fundição 
Matérias Primas 
Preparação das matérias primas 
Extração do metal 
Elaboração 
Conformação 
Produto final acabado 
Sinterização, pelotização, etc 
Alto-forno, etc 
Aciaria, refino secundário, etc 
Perfiz, vergalhões, Tiras, chapas 
Minérios, carvões, fundentes, etc 
 
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Extração: A extração do ferro geralmente é feita por fusão redutora em altos fomos a 
carvão vegetal ou a coque, sob temperaturas muito elevadas, quando os minérios de 
ferro são transformados em ferro gusa líquido e escória. A extração do ferro também 
pode ser feita em forno elétrico a arco e por um dos processos de redução direta. 
Aciaria: A aciaria tem a finalidade de produzir aços, podendo usar como matérias 
primas principais ferro gusa e/ou sucata ferrosa, além da cal, oxigênio e outros. 
Conformação: Os processos de conformação visam conferir ao metal ou liga as formas 
que os produtos devem Ter, podendo ser por fundição, forjamento, laminação, 
trefilação, extrusão, estampagem e outros. 
Principais Produtos: Peças fundidas (blocos de motores, etc.), peças forjadas 
(ferramentas, machado, etc.), chapas, tiras, vergalhões, etc. 
01.6.2 - FLUXOGRAMA DA CBF: 
 
Se trata de uma usina siderúrgica não integrada que reduz minério de ferro em alto 
fomo a carvão vegetal, produzindo ferro gusa, que é vendido para fundições e aciarias. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
01.6.3 - FLUXOGRAMA DA SIDERÚRGICA BELGO MINEIRA DE JARDIM AMÉRICA 
 
Trata-se de uma usina siderúrgica não integrada que produz perfiz de aço, usando o 
aço obtido em aciaria a arco elétrico, que utiliza como matérias primas principais 
sucatas ferrosa, além de ferro gusa, cal, ferro-ligas e outros. 
 
 
 
 
 
 
 
ALTO FORNO 
Minério granulado Carvão vegetal Fundentes 
Ar 
Gusa sólido 
Gusa líquido 
vendas 
Poeiras e gases 
Escória 
 
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FLUXOGRAMA DA SIDERÚRGICA BELGO MINEIRA DE JARDIM AMÉRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
01.6.4 - CICLO OPERACIONAL DA CST 
 
Normalmente, uma usina siderúrgica integrada como a CST, é constituída, além do Alto 
Forno para a produção de ferro gusa, de outras unidades beneficiam as matérias 
primas básicas utilizadas no processo, unidades que produzem insumos para consumo 
em outras unidades e unidades que completam o processo, dando como resultado final 
o aço, constituído elementos acabados ou semi-acabados, como é o caso da CST, que 
produz placas grossas de aço para utilização em outras usinas de beneficamento e 
laminados de tiras a quente. 
 
As principais unidades que compõem a CST são: 
 
• Pátio de estocagem e mistura de carvão para a produção de coque; 
 
• Pátio de estocagem de minério e fundentes onde ocorre a produção da mistura dos 
materiais necessários à produção de sinter consumido no Alto Forno. 
Alternativamente à utilização do sinter, pode-se ter o consumo de pelotas capaz de 
substituir o sinter em parte ou integralmente; 
 
• Coqueria que produz o coque para a composição de carga do Alto Forno 
juntamente com minério de ferro, sinter e/ou pelotas; 
 
• A coqueria gera alguns efluentes sólidos, líquidos e gasosos, que são 
reaproveitados em sua quase totalidade no próprio processo. Um desses efluentes 
Sucata Oxigênio Fundentes Gusa Ferros-ligas 
Aciaria Elétrica Escória 
Poeiras e gases 
Aço líquido 
Lingotamento contínuo 
Lingotes 
Trefilação Perfiz e vergalhões 
LaminaçãoCentro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 15 
 
é o COG - gás de coqueria, que é um rico a combustível utilizados em várias 
unidades da usina, principalmente no Alto Forno; 
 
• O processo pode substituir, em parte, o coque por carvão pulverizado, que é 
injetado na parte inferior do Alto Forno (na região das ventaneiras). Este será o 
caso do Alto Forno II, que consumirá grande parte de carvão pulverizado que será 
produzido na unidade de PCI; 
 
• Sinterização, que é a unidade de produção do sinter consumido no Alto Forno como 
é o caso atual da CST. O sinter é produzido na máquina de sinter utilizando minério 
de ferro bitolado, minério de manganês, fundente constituído de finos de calcário e 
combustível constituído de finos de coque e o COG, que tem também é utilizado. 
 
• Utilidades: sob esta denominação são consideradas várias unidades que produzem 
insumos complementares para o consumo em outros unidades da usina. Desta 
forma, tem-se a casa de força para a geração de eletricidade, vapor e ar soprado, 
onde é utilizado o gás do Alto Forno juntamente com o de coqueria (BFG+COG). 
Ainda sob denominação de utilidades, tem-se a unidade de fracionamento de ar, 
que produz oxigênio e nitrogênio utilizados em várias unidades do processo 
industrial (Alto Forno, Sinterização, Coqueria, Lingotamento, Dentre outras 
unidades). Estação de tratamento de água (ETA) e recirculação, que promove o 
reaproveitamento, em circuito fechado, da maior parte da água doce utilizada. 
Unidade de ar comprimido que alimenta várias unidades com ar, também é 
utilizado no processo de fracionamento de ar, também utilizado no resfriamento de 
vários elementos envolvidos no processo industrial; 
 
• Calcinação, que utiliza o calcário para produção de cal, consumida na Aciaria e na 
Sinterização; 
 
• Aciaria, que produz o aço a partir do ferro gusa (processo de oxidação em 
convertedores LD); 
 
• Unidade de lingotamento ( contínuo ) que promove a moldagem do produto final 
(placas) que podem ser enviadas para o cliente ou alimentar a laminação de tiras a 
quente. 
 
• Unidade de Laminação de Tiras a Quente, onde a placa após reaquecimento em 
forno de placa é encaminhada ao trem de laminação a quente onde sofre a devida 
conformação, tendo como produto final a bobina de tira a quente, que pode ser 
utilizado como produto comercial, após passar pela laminação de acabamento ou 
destinado para o cliente para alimentar o trem de laminação a frio. 
 
• Sistema de lavagem e limpeza de gases utilizados nas demais unidades, cujos 
gases apresentam níveis de contaminação que necessitam ser minimizados antes 
de serem utilizados no próprio processo (COG e BFG). 
 
 
 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 16 
 
01.7 – FLUXOGRAMA DA CST. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Laminação de tiras à quente 
Sinter feed Carvão mineral 
Sinterização Coqueria Matérias Voláteis 
Sinter Coque Minério granulado 
Pelotas 
Escória 
Calcário 
Alto-Forno 
Oxigênio 
Ar 
Cal 
Poeiras 
Gases 
Gusa líquido 
Dessulfuração 
Convertedor 
Fundição 
Peças 
Ferro-ligas 
Escória 
Aço líquido 
Poeiras 
Gases 
Sucatas 
Refino secundário 
Lingotamento contínuo 
Placas 
Tiras Expedição 
Calcinação 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 17 
 
02 – PROCESSO DE DESSULFURAÇÃO 
 
O ferro gusa gerado nos altos fornos possuem elevados teores de enxofre, elemento 
indesejável na maioria dos aços e de difícil eliminação nos convertedores. 
 
Para que ocorra condição ideal para a dessulfuração é necessária uma escória 
bastante básica (rica em CaO) e uma atmosfera redutora(rica em CO). O alto forno 
possui atmosfera redutora, mas a sua basicidade é limitada para se produzir uma 
escória líquida e fluida (CaO/SiO2 = 1,2). No caso da aciaria, temos excesso de cal, 
mas a atmosfera é oxidante. Portanto, nem o alto forno nem a aciaria possui condições 
ideais para a dessulfuração. 
 
Por essa 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 dessulfurante, na média, é composta por 50% de carbureto, 38% de calcário 
e 12% de coque. Esse último tem a função de garantir a atmosfera redutora necessária 
para que as reações ocorram. 
 
O calcário fornece cal para dar uma alta basicidade necessária à dessulfuração e o 
dióxido de carbono confere agitação ao banho, garantindo maior rendimento e o 
carbureto é a principal fonte de cálcio e também fornece carbono ao banho. 
 
02..1 – REAÇÕES NA DESSULFURAÇÃO 
 
A seguir escreveremos as principais reações que ocorrem durante a dessulfuração do 
ferro gusa: 
 
Decomposição do calcário: 
 
CaCO3 → CaO + CO2 . 
Escorificação do enxofre: 
 
FeS + CaO + CO → CaS + Fe + CO2. 
 
A mistura dessulfurante é introduzida no carro torpedo por meio de uma lança que 
forma um ângulo de injeção de 70°, nas 3 primeiras dessulfurações e de 110° nas 
demais, para garantir um desgaste uniforme do refratário do torpedo e evitar a 
formação localizada de cascão. 
 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 18 
 
 
Fig.2.1 – Esquema mostrando uma estação de dessulfuração de gusa no carro 
torpedo. 
 
Fig.2.2 – Esquema mostrando o percurso do gusa líquido até o convertedor 
 
Fig.2.3 – Lay-out da estação de dessulfuração de gusa líquido da CST (ArcelorMital). 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 19 
 
03 - PRODUÇÃO DO AÇO EM CONVERTEDOR (REFINO PRIMÁRIO): 
 
Os processos de fabricação de aço são designados pelo tipo de forno (Bessemer, 
Siemens-Martin, LD, Elétrico, etc.) e a natureza da escória (ácida ou básica). 
 
A transformação do gusa líquido em aço envolve: 
 
a) a diminuição dos teores de carbono, silício, fósforo, enxofre e nitrogênio a níveis 
bastante baixos: 
 
b) a adição de sucata ou minério de ferro para ajustar a temperatura do aço bruto; 
 
c) o ajuste dos teores de carbono, manganês, elementos de liga e da temperatura 
no forno ou na panela de vazamento. 
 
Nas duas últimas décadas, procurou-se pré-tratar o gusa líquido, pela dessulfuração e, 
até com um pré-refino, ( desiliciazação, desfosforação e dessulfuração ). 
 
 
03.1 - PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO: 
 
Até 1856, quando Henry Bessemer na Grã-Bretanha e William Kelly, nos Estados 
Unidos, quase simultaneamente, inventaram o processo de sopro pneumático, o aço 
era obtido apenas pela refusão de pequenas quantidades de sucata em fornos de 
cadinho ou pelo penoso processo de pudlagem em fornos de revérbero. 
 
Inicialmente o convertedor com sopro atmosférico utilizava revestimento ácido (pedra 
silicosa). Devido a necessidade de se baixar o teor de fósforo, foi-se necessário utilizar 
escórias básicas, desta forma, o revestimento ácido do convertedor Bessemer se 
consumia muito rapidamente, pois reagia com a escória. 
 
Graças aos trabalhos de Sidney Gilchrist Thomas, o convertedor recebeu o 
revestimento básico (dolomítico), em 1877. Tal descobrimento permitiu a remoção do 
fósforo dos minérios europeus com teor mais elevado deste elemento. 
 
No processo Bessemer ácido, o conversor é carregado com gusa líquido a uma 
temperatura de 1300 a 1400°C e o calor necessário para: 
 
a) elevar a temperatura do ar até a do metal líquido, 
b) fundir as adições,c) compensar as perdas térmicas de condução e convecção através do revestimento e 
pela radiação da camada superior do banho. 
 
Em princípio, a operação do conversor consiste na injeção de ar sob pressão pela parte 
inferior por meio de canais nos refratário chamados de ventaneiras, fazendo com que o 
ar atravesse o banho de gusa líquido. 
 
O oxigênio do ar combina-se com o ferro, formando o FeO que, por sua vez, combina-
se com o silício, o manganês e o carbono; portanto, estas impurezas são eliminadas, 
 
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seja sob a forma de escória, (SiO2, MnO), ou de gás, (CO), que inflama-se na boca do 
convertedor. 
 
Um dos fatores mais importantes era a temperatura do gusa: tanto o seu calor sensível 
(temperatura física), como o seu calor latente, isto é, o teor de elementos que, ao 
queimar, geravam calor. Um gusa "fisicamente quente" permitia a adição de sucata no 
conversor. (aproveitando-se assim, pontas e recortes das operações laminação) e, 
também, sopragem rápida sem projeções. 
 
A temperatura do gusa, ao ser vertido no conversor, não deveria ser superior a 1250°C. 
Para a produção do aço Bessemer, preferia-se gusa com a seguinte composição: Si = 
1,10 a 1,50%; Mn = 0,40 a 0,70%e P = 0,090% máximo. O silício, se mais baixo, teria a 
tendência de causar corridas frias. O manganês, acima de 0,70%, ocasionava uma 
escória muito fluida, resultando em projeções e mais difícil separação entre ela e o aço. 
 
 
Fig.3.1 – Esquema de um convertedor Bessemer. 
 
 
 
Fig.3.2 – Convertedor Bessemer no museu Kelham Island, Sheffield, Inglaterra (2002). 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 21 
 
 
 
 
Reações: 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 22 
 
 
Fig.3.3 – Representação da diversas etapas do convertedor Bessemer. 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 23 
 
 
 
 
 
 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 24 
 
03.1.1 - PROCESSOS DE SOPRO A OXIGÊNIO 
 
A idéia original foi exposta pelo próprio Sir Henry Bessemer em 1856, porém, as 
dificuldades na obtenção do oxigênio puro, em quantidades industriais, não permitiram 
a sua utilização prática. 
 
Somente após do desenvolvimento das grandes instalações para produção de 
oxigênio, é que a idéia foi novamente retomada por vários metalurgistas. Em 1939, Otto 
Lellep em Oberhausen e em 1941, Carl Valerian Schwarz em Aachen na Alemanha; 
em 1947, Prof. Robert Durrer na Suíça e, em 1949, Heribert Trenkler na Áustria, 
experimentaram a utilização de oxigênio em convertedores. 
 
Finalmente, em novembro de 1952, iniciou-se a operação da Aciaria I da Voest, com 
dois convertedores de 30 ton., sendo que a primeira instalação no hemisfério sul foi a 
da Cia. Siderúrgica Belgo-Mineira em Monlevade-MG, inaugurada em outubro de 1957. 
 
As vantagens dos processos a oxigênio são: 
 
a) rapidez na transformação do gusa em aço; 
b) o reaproveitamento da sucata de recirculação, (gerada na própria usina) e que 
corresponde a 20% do aço bruto. Esta sucata é isenta das impurezas que a sucata 
externa externa (ferro velho ), contêm. 
 
 
 
MATERIAIS UTILIZADOS: 
 
1- OXIGÊNIO 
Deve-se ter no mínimo 99,5% de pureza. Os restantes 0,2 a 0,3% consistem em: 0,2% 
de argônio e 0,005% máximo de nitrogênio, (importante para evitar fenômenos de 
envelhecimento sob tensão). 
 
A vazão de O2 deve ser a velocidades supersônicas para penetrar na camada de 
escória e, também, para evitar o entupimento dos bocais da lança. É, igualmente 
relevante para determinar a altura do bocal em relação ao banho, de importância para 
controlar o grau de oxidação da escória e de remoção do enxofre e do fósforo. 
 
2- GUSA 
Contém: 4,0 a 4,5% de C, 0,5 a 1 ,5% de Si, 0,3 a 2,0% de Mn, 0,03 a 0,05% de Se 
0,05 a 0,15% de P. 
 
O metal líquido, depois de vazado na panela, ao resfriar, atinge a saturação com o 
carbono. 
 
No vazamento do alto forno, a temperatura do gusa é de 1480 a 1510°C, pois até o 
carro torpedo chegar ao convertedor haverá uma perda de temperatura do gusa de 
cerca de 135o C, e o processo de refino necessita de uma temperatura do gusa acima 
de 1400o C. Com a queda da temperatura, o excesso de carbono deixa o banho sob a 
forma de grafite, poluindo o ambiente. 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 25 
 
Entre 80 a 75% da carga do convertedor é constituída de gusa líquido, sendo o 
restante, de sucata. 
 
A dessulfuração do gusa pode ser feita no carro torpedo ou na panela de carga. Neste 
último caso, o grau de tratamento pode ser ajustado individualmente para cada corrida. 
 
Os agentes dessulfurantes utilizados são: Magnésio, Carboneto de Cálcio e o 
Carbonato de Cálcio. O uso deste último tem dois inconvenientes: alto consumo 
específico e baixo poder dessulfurante. 
 
A injeção de magnésio tem como base a elevada afinidade deste com o enxofre. Como 
o magnésio tem baixo poder de ebulição (1100oC) e vaporiza facilmente, deve ser 
misturado com cal ou coque (formando briquetes). 
 
A geração de escória varia de 5 a 16 kg/t de gusa, dependendo da taxa de injeção e da 
escumagem efetuada. 
 
3- SUCATA 
São usadas: tanto a sucata interna, (pontas de lingotes, de placas ou blocos, de 
tarugos ou de corte de chapas), como a externa, (sucata de operações industriais: de 
estamparia ou prensagem, ou de obsolescência: ferro-velho). Com a sucata externa, há 
o risco de contaminação, (metais não ferrosos, tintas, etc.). 
 
 
4- ESCORIFICANTES 
Usa-se cal, dolomito calcinado e fluorita. Na cal, procura-se alta porosidade e elevada 
reatividade. 
 
Cal dolomítica pode ser usada para proteger o revestimento de magnésia ou de 
dolomita do conversor, procurando-se operar com 4 a 6% de MgO na escória. 
 
O consumo de cal dolomítica é da ordem de 30 a 35 kg por t de aço. A fluorita promove 
a dissolução da cal e baixa o ponto de fusão, alem de estimular a fluidificação da 
escória. 
 
5- FERRO-LIGAS 
Fe-Cr e maiores quantidades de Fe-Mn podem ser adicionados no estado líquido 
durante o vazamento. Pode-se empregar um forno de indução para este fim, evitando-
se ter que superaquecer o banho para dissolver as ferro- ligas. 
 
6- REFRATÁRIOS 
A duração do revestimento tem evoluído pela utilização de refratários de melhor 
qualidade e pelo emprego de revestimentos diferenciados, embora, por outro lado, as 
temperaturas do aço líquido tenham aumentado por causa do lingotamento contínuo e 
do desenvolvimento da metalurgia secundária. 
 
Um amplo leque de materiais está à disposição, como tijolos de dolomito ligado com 
alcatrão; dolomito enriquecido com carbono, ligado com alcatrão; dolomito-grafite 
enriquecido com carbono, ligado com alcatrão; dolomito enriquecido com magnésia, 
ligado com alcatrão; magnésia, ligada com alcatrão; magnésia, ligada com alcatrão e 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 26 
 
impregnada com piche; magnésia-grafite, ligada com alcatrão ou resina, magnésia, 
queimada, impregnada de alcatrão. 
 
Aditivos metálicos, como alumínio, magnésio e silício, ou combinações destes 
elementos, são usados para evitar a oxidação do carbono. Estes metais não só 
aumentam a resistência à oxidação, como também, reduzem a porosidade e evitam a 
penetração da escória, pela formação de óxidos e carbonetos; outrossim, melhoram a 
resistência a quente,tanto à corrosão com à erosão. 
 
O consumo de refratário depende do tipo de revestimento, da geometria do conversor e 
do programa de produção, variando entre 1 ,5 a 8 kg/t de aço. 
 
 
03.1.1.1 - CONVERTEDOR LD. 
 
O convertedor tem a forma de um barril sendo basculado para carga ou vazamento, em 
torno de um eixo horizontal, acionado por conjuntos de motores e redutores. Para a 
chaparia, é utilizado um aço baixa liga ao cromo-molibdênio. Logo junto à carcaça 
metálica, em aço resistente ao envelhecimento, com 35 a 75 mm de espessura, é 
colocada uma camada de tijolos de magnésia calcinada, como revestimento 
permanente, seguindo-se uma camada de magnésia apisoada, como separação e uma 
camada de desgaste, em blocos de dolomita calcinada impregnada com alcatrão. 
 
O fundo é de chapa metálica reforçada, seguindo-se várias fieiras de tijolos de 
magnésia, até a camada de desgaste, em blocos de magnésia calcinada e impregnada. 
 
A lança consiste de 3 tubos concêntricos, de aço sem costura, terminando num bocal 
de cobre eletrolítico; no interno, flue o oxigênio; o intermediário, é para a alimentação 
da água de resfriamento e o esterno, para o retomo da água aquecida. A ponta da 
lança contém 3 a 5 dutos em forma de venturi, para obter a velocidade supersônica do 
gás. Um sistema de talha elétrica, comandado da plataforma do conversor, suspende 
ou abaixa a lança. Dispositivo de segurança impede a sua queda, no caso de ruptura 
do cabo de sustentação; a duração média de uma lança é de algumas centenas de 
corridas. 
 
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Fig.3.4 – Esquema mostrando a operação de um convertedor LD. 
 
 
 
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Fig.3.5 – Diagrama das posições de carregamento, sopro e vazamento do convertedor 
LD. 
 
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Fig.3.6 – Esquema de um convertedor a oxigênio. 
 
 
Fig.3.7 – Seção de um convertedor a oxigênio LD, mostrando a posição da lança, 
refratários, carcaça metálica, furo de corrida e do anel-suporte. 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 30 
 
 
Fig.3.8 – Configuração básica de um convertedor LD. 
 
 
OPERAÇÃO 
Com o convertedor inclinado, a sucata é carregada por uma calha ou por um vagão 
basculador, seguindo-se o gusa líquido. 
 
Colocado na posição vertical, introduz-se a lança de oxigênio até a altura pré-
determinada (1,0 a 1,5m distante do banho). A pressão de oxigênio varia de 10,5 a 
12,6 atmosferas. 
 
Após a ignição, que ocorre depois de alguns segundos, faz-se o carregamento da cal 
por meio do silo montado sobre o forno. 
 
O tempo de sopro varia entre 17 a 18 minutos e o tempo total da corrida é de 
aproximadamente 35 minutos. O rendimento em aço produzido, em relação aos 
materiais carregados, é da ordem de 90%. O consumo de oxigênio a 99,5% de pureza 
é, aproximadamente, de 57 Nm3 por tonelada de aço. 
 
Completado o sopro, a lança é retirada e o conversor basculado para a horizontal. 
Mede-se a temperatura do banho com um pirômetro de imersão e colhe-se uma 
amostra para análise, que é feita entre 3 a 5 minutos. 
 
No final do vazamento, retém-se a escória no conversor com o "tampão flutuante" de 
modo a vedar o furo de corrida quando a escória começar a vazar. 
 
Para vazar a escória, bascula-se completamente o conversor para o lado oposto sobre 
o pote de escória e prepara-se o conversor para a corrida seguinte. 
 
As adições de liga são feitas no jato, durante o vazamento na panela. 
 
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Fig.3.10 – Esquema de um Layout básico da área de refino de uma aciaria LD, vista em 
corte mostrando convertedor, panela de gusa coleta de gases e sala de 
controle. 
 
 
 
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Fig.3.11 – Sistema de limpeza dos gases de um convertedor LD 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 35 
 
REAÇÕES: 
 
A primeira reação que ocorre no convertedor é o oxigênio que sai da lança e encontra o 
ferro metálico no banho líquido. Este contato ocorre não pela afinidade do oxigênio pelo 
ferro, pois outros elementos como silício, carbono e manganês, possuem mais 
afinidade pelo oxigênio, mas pela grande quantidade de ferro no banho (mais de 97%). 
A reação então é: 
 
 2Fe + O2 → 2FeO 
 
Em seguida devido à maior afinidade do silício pelo oxigênio, este reage com o FeO, 
retornando o ferro para o banho. 
 
2FeO + Si → SiO2 + 2Fe 
 
Em seguida o manganês se oxida da mesma forma. 
 
 FeO + Mn → MnO + Fe 
 
A silica formada combina-se com o FeO, MnO e cal do fundente para formar a escória 
 
 FeO + SiO2 → 2FeO.SiO2 
 CaO + SiO2 → CaO.SiO2 
 MnO + SiO2 → MnO.SiO22 
 
Em seguida a oxidação do carbono 
 
 FeO + CO → Fe + CO2 
FeO + C → Fe + CO 
 2C + O2 → 2CO 
 C + O2 → CO2 
 
 
A partir dos convertedores LD desenvolveram-se outros processos de refino a oxigênio 
procurando-se fazer uma melhor distribuição dos gases no interior do convertedor de 
modo a facilitar as reações de oxidação das impurezas e com isto melhorar a qualidade 
do aço produzido. 
 
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Fig.3.12 – Operação de sopro de um convertedor LD 
 
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Fig.3.13 – Lança de oxigênio de três furos para uso no convertedor LD 
 
 
 
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03.1.1.2 – OUTROS PROCESSOS DE REFINO À OXIGÊNIO 
 
CONVERTEDOR LD-KGC. 
 
Este convertedor é o utilizado pela CST. Pela lança é feita a injeção de oxigênio pela 
boca do convertedor, e pelo fundo sopra-se argônio com a finalidade de promover 
melhor homogeneidade do banho e facilitar as reações de oxidação. 
 
O argônio é injetado pelo fundo do convertedor por meio de canais no refratário 
chamados de ventaneiras. Após terminado o sopro, reduz-se a vazão do argônio ao 
mínimo para evitar o entupimento das ventaneiras pela escória que ficou retida no 
convertedor. Somente neste último caso pode-se substituir o argônio pelo nitrogênio. 
 
 
 
Fig.3.14 – Esquema de um convertedor LD-KGC. 
 
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CONVERTEDOR K-BOP E Q-BOP. 
 
Com a melhoria dos materiais refratários, pode-se desenvolver o convertedor K-BOP 
que utiliza a injeção de oxigênio por cima com lança e também por baixo, substituindo o 
argônio. Com isto obteve-se melhorias significativas na qualidade do aço. 
 
O processo Q-BOP (Quick ou Quiet-Basic-Oxygen Process) inicialmente chamado de 
processo OBM (Oxygen-Botton-blowing-Max-hutte) foi desenvolvido na Alemanha, a 
partir de 1967,pela Eisenwerk- Gesellschaft Maximilliams-hutte, em colaboração com a 
Air Liquide (Canadá). Estudos semelhantes foram realizados ao mesmo tempo pelo 
CRM e pelas Forges de Thy-Marcinelle et Monceau, na Bélgica. 
 
O processo se constituía pela injeção de oxigênio somente pelo fundo, como o utilizado 
por Bessemer. Porém, devido às altas temperaturas geradas nas ventaneiras, era 
necessário a utilização de fluidos refrigerantes. Utilizou-se hidrocarbonetos 
gasosos(propano, butano, gás natural, etc...) como fluído re frigerante. 
 
O processo Q-BOP é, hoje o maior desafio ao processo LD. Os defensores do 
processo (Q-BOP) alinham, como vantagens sobre o LD um menor investimento, 
menores custos operacionais e maior produtividade, e como desvantagens o consumo 
de gás natural ou outro hidrocarboneto, e de nitrogênio, durante o basculamento e 
parada do forno. Essas informações. Entretanto, devem ser objeto de certas 
considerações. 
 
 
 
Fig.3.15 – Esquema de um convertedor Q-BOP. 
 
 
Centro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 50 
 
 
 
 
Fig.3.16 – Esquema de um forno Kaldo. 
 
 
 
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Fig.3.17 – Esquema de um forno Rotor. 
 
 
 
04 - REFINO SECUNDÁRIO: 
 
04.1 - DEFINIÇÃO 
 
Os processos de fabricação do aço são processos oxidantes, portanto, a quantidade de 
oxigênio no mesmo supera em muito teores admissíveis para alguns produtos. Durante 
o vazamento ocorre também a absorção de alguns gases como nitrogênio e hidrogênio. 
Depois do vazamento, com a perda de temperatura a solubilidade desses gases no aço 
diminui drasticamente, formando bolhas e inclusões. 
 
Desta forma, foram desenvolvidas técnicas de desoxidação onde se obtem os valores 
desejados. 
 
Alem da desoxidação, o refino secundário permite o ajuste de temperatura, da 
composição química, adição de elementos especiais, dessulfuração para teores abaixo 
de 0,005%, desfosforação e descarburação para teores abaixo de 0,002%. 
 
Refino secundário é definido como o trabalho metalúrgico de refino ou ajuste da 
composição química e da temperatura, realizado fora do forno primário de fusão, 
fazendo-se uma ou mais das seguintes operações unitárias: 
 
a) Tratamento sob vácuo, para remoção de gases, 
b) Agitação por borbulhamento de gás, para homogenizar o banho, 
c) Mistura completa de adições, 
d) Refino de aço pelo uso de escória sintética, 
e) Manutenção de uma atmosfera de gás inerte na panela, 
f) Aquecimento do aço líquido. 
 
Alguns dos motivos seriam: 
 
1. Aumento da produtividade no conversor a oxigênio, ao descarburar a nível baixo, 
(0,03 a 0,06% de C), seguindo-se uma recarburação e o ajuste da temperatura, na 
panela. 
 
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2. Aumento da produtividade do forno elétrico, ao produzir aços especiais, transferindo-
se as operações antes realizadas com uma Segunda escória, para o forno de 
tratamento. 
 
3. Melhor controle da temperatura para o Lingotamento Contínuo. 
 
4. Maior facilidade em atingir limites estreitos de composição e de propriedades 
mecânicas. 
 
5. Obtenção de níveis de hidrogênio inferiores a 1,5 ppm e alcançar reduzidos teores 
de enxofre. 
 
6. Fabricação de aços para esmaltação ou inoxidáveis ferríticos de baixo teor de 
Carbono. 
 
7. Produção de aços ao cromo contendo carbono, em conversor a oxigênio. 
 
8. Obtenção de níveis bastante baixos de enxofre, (normalmente inferiores 0,010%). 
 
Em resumo as vantagens econômicas seriam: 
 
a) redução nos gastos com materiais, tais como os elementos de liga, 
b) menor consumo de energia, 
c) aumento de produção, pois a unidade primária é aliviada de todo o trabalho 
metalúrgico, como: descarbonetação, dessulfuração, ajustes de composição, etc. 
 
 
Fig.4.1 – Esquema mostrando percurso do aço na aciaria. 
 
 
 
04.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS 
 
Pode-se agrupa-los em duas categorias: 
 
 
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1. SISTEMAS COM INJEÇÃO. 
Sua simplicidade de operação e baixo custo operacional e de capital, os recomendam 
para aços comuns, em grande volume e exigências limitadas de qualidade, podemos 
citar: 
 
1.1. agitação com gás inerte 
1.2. introdução de arame ou fita 
1.3. Balas de alumínio 
1.4. Injeção de pó 
1.5. Escória sintética 
 
 
Fig.4.2 – Esquema do sistema de injeção de gás inerte na panela por tijolo poroso. 
 
 
Fig.4.3 – Esquema de um processo de injeção de finos na panela. 
 
 
2. SISTEMAS COM TRATAMENTO DO AÇO SOB VÁCUO. 
 
2.1. desgaseificação no jato 
Para grandes peças forjadas, onde se objetiva a remoção do hidrogênio 
 
 
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2.2. desgaseificação com recirculação 
Seu custo de capital já é mais elevado. São usados, não para remover o hidrogênio e 
diminuir as inclusões não metálicas, mas também, na descarbonetação, para produzir 
aços de bem baixo teor de carbono e para controlar rigidamente a composição e a 
temperatura de lingotamento. 
 
Este processo consiste em se posicionar uma câmara de vácuo sobre a panela de aço, 
comunicando-se com ela por meio de tubos revestidos de refratários (pernas). 
Estabelece uma pressão negativa (vácuo) em relação à panela de modo a fazer o 
metal líquido circular da panela para uma câmara de vácuo, por uma das pernas e 
retornar ao banho pela outra perna continuamente até máxima desgaseificação. 
Para que esta circulação ocorra, é necessário injetar em uma das pernas um gás 
neutro, normalmente argônio, de modo a provocar uma diminuição da densidade do 
aço em uma das pernas, fazendo com que o aço suba para o interior da câmara. 
 
O aço junto com as bolhas de gás chega ao interior da câmara a alta velocidade, se 
dispersando em pequenas gotículas, liberando assim os gases dissolvidos. O aço 
desgaseificado retorna para a panela pelo outro tubo. 
 
Deste modo, é criada uma diferençade densidade no aço entre as duas pernas, 
fazendo como que ocorra a circulação do aço. Este processo é denominado de RH. 
 
2.3. refino na panela 
São mais caros para instalar e operar. Por isso, são usados para o refino de aços de 
elevada qualidade, com propriedades mecânicas superiores. 
 
Em qualquer tipo de tratamento secundário, a distância entre o nível do metal e a borda 
livre da panela deve ser suficiente para: 
 
1. conter quaisquer respingos causados pelo sopro com oxigênio e a injeção com gás 
inerte, 
2. evitar o extravazamento de metal em agitação, 
3. manter o calor confinado à panela, no caso de usar arco voltaico. 
 
A construção de uma panela à prova de vácuo exige alguns cuidados: 
 
1. não pode ter furos de ventilação, (usados para a secagem do revestimento da 
panela normal). 
2. As soldas devem ser à prova de vácuo; 
3. A flange na borda da panela deve suportar o peso da tampa de vácuo, com todos os 
seus acessórios; 
4. Os tampões porosos e as válvulas de gaveta devem, também, ser instalados à prova 
de vácuo. 
 
A unidade de Refino Secundário de aço na CST, localiza-se entre o Convertedor e o 
Lingotamento Contínuo, processo este chamado de Metalurgia da Panela, ou seja, 
tratamento físico e químico do aço na panela. Funciona ainda como um "pulmão" para 
as unidades de lingotamento, sendo responsável pelo sincronismo entre os 
convertedores e as máquinas de lingotamento. 
 
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Existem atualmente na CST, dois equipamentos nesta unidade, que são o IR-UT 
(Injection Refining-up Temperature) e o RH-KTB (Ruhstall Heraeus -Kawasaki Top 
Blowing). 
 
 
Fig.4.4 – Esquema do processo de injeção IR-UT utilizado pela CST. 
 
As principais atividades do IR-UT são: 
 
Reaquecimento de corridas através da adição de alumínio (aluminotermia); 
Ajuste fino de composição química; 
Homogeneização do aço líquido (composição química e temperatura); 
Remoção de inclusões não metálicas através do borbulhamento do argônio; 
Controle da morfologia de inclusões através da injeção de pó Ca-Si; 
Resfriamento de corridas através de adição de sucata; 
Dessulfuração do aço para produção de materiais com enxofre muito baixo. 
 
As principais atividades do RH-KTB são: 
 
Remoção de hidrogênio; 
Ajuste fino de composição química; 
Homogeneização do aço líquido { composição química e temperatura); 
Descarburação (natural ou forçada); 
Ajuste de temperatura {aquecimento químico ou resfriamento com sucata). 
 
O processo RH-KTB, diferencia-se do RH pela adição de uma lança de oxigênio na 
câmara de vácuo com a finalidade de descarburação máxima e aquecimento do banho 
pela reação do gás CO com o oxigenio gerando CO2 e liberando grande quantidade de 
calor. 
 
 
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Estes dois equipamentos são de fundamental importância no processo produtivo da 
CST, atualmente, na medida que permitem a fabricação de aços para aplicações mais 
nobres e de maior valor agregado {TIN PLATE, API, IF, etc). 
 
 
 
 
Fig.4.5 – Esquema do processo de desgaseificação à vácuo RH. 
 
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Fig.4.6 – Esquema do processo de desgaseificação à vácuo RH-KTB, utilizado na CST. 
 
 
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05 – TERMODINÂMICA DE SOLUÇÕES 
 
 
Fig.5.1 – Esquema mostrando o trabalho de dissolução numa liga. 
 
 
 
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06 – DIAGRAMA DE FASES TERNÁRIOS 
 
 
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07 – POTENCIAL DE OXIGÊNIO/ DIAGRAMA DE ELLINGHAN 
 
 
 
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07.1 – POTENCIA DE OXIGÊNIO EM UM REATOR 
 
 
 
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08 – ANALISE TERMODINÂMICA DO PROCESSO DE REFINO DO AÇO 
 
08.1 – ANÁLISE TERMODINÂMICA DAS REAÇOES DE REFINOCentro Federal de Educação Tecnológica do Espírito Santo 88 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 8.2 – Curva de isoatividade raultiana do FeO contido numa escória. O estado 
padrão é o FeO líquido puro. 
 
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09 - LINGOTAMENTO CONTÍNUO 
 
É bastante antigo o desejo de lingotar diretamente o tarugo destinado à laminação de 
barras, eliminando-se o pesado e custoso laminador desbastador, bem como aumentar 
o rendimento total em produtos de aço. 
 
Em 1840, G. E. Sellers nos Estados Unidos patenteava um processo de lingotamento 
contínuo de tubos de chumbo. Em 1843, J. Laing e em 1865, o próprio Sir Henry 
Bessemer, haviam solicitado patentes para o lingotamento contínuo de ferro maleável, 
destinado à fabricação de chapas. Em 1886, B. Atha obteve a patente para o 
lingotamento contínuo de tarugos de aço carbono de 100 x 100 mm. 
 
Durante muitos anos, grande número de pesquisadores dedicou-se a desenvolver a 
técnica de vazamento e, entre 1930 a 1940, Siegfried Jungnhans, na Alemanha, 
conseguiu lingotar continuamente, de início latão e alumínio, e depois, o próprio aço. 
 
O lingotamento contínuo de aço que produz placa de aço diretamente do aço líquido 
em um único equipamento foi o mais importante avanço tecnológico nos processos 
metalúrgicos desde os anos sessenta, pois permitiu a substituição do lingotamento 
convencional feito através de lingoteiras, que é um processo bastante oneroso porque 
envolve equipamentos adicionais como forno-poço, laminador desbastator, 
estripadores, manutenção de lingoteiras, transportes internos(pontes rolantes, etc.), 
para obter a placa de aço. O lingotamento contínuo eliminou os gastos com os 
equipamentos citados resultando além de redução de tempo e custo em melhoria da 
qualidade do aço. 
 
A importância da solidificação nos processos metalúrgicos do lingotamento contínuo, 
tais como, estrutura cristalográfica, distribuição de inclusões não metálicas, micro e 
macro segregações e as propriedades mecânicas, estão intimamente ligadas aos 
fenômenos de solidificação do aço. 
 
Desta forma, a transferência de calor durante a solidificação no processo de 
lingotamento contínuo influencia fortemente na qualidade do produto e na produtividade 
 
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do processo, por isto, grande atenção é dedicada a automação deste item. Entretanto, 
existem outros fatores operacionais que também influenciam na qualidade e 
produtividade como nível do molde e do distribuidor, velocidade da máquina e são 
também controlados automaticamente. 
 
09.1 - CARACTERÍSTICAS 
 
O lingotamento continuo compreende a seguinte seqüência de operação: 
 
a) Fluxo do metal líquido através de um distribuidos para alimentar o molde, 
b) Formação de uma casca solidificada, no molde em cobre, resfriado a água, 
c) Extração contínua da peça, 
d) Remoção de calor do núcleo ainda líquido, por meio de sprays de água de 
resfriamento, 
e) Corte no comprimento desejado e remoção das peças 
 
 
Basicamente, uma instalação de Lingotamento Contínuo é constituída de: 
 
a) uma calha de distribuição; 
b) o molde de cobre eletrolítico, resfriado a água, para formação da pele de 
solidificação inicial; 
c) a zona de resfriamento secundário, por meio de jatos de água para complementar a 
solidificação; 
d) rolos extratores, com velocidade regulável, para movimentação da barra produzida; 
e) dispositivos para o corte das barras e o transporte das peças cortadas. 
 
 
09.2 - O PROCESSO DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO 
 
Basicamente existem três tipos de máquinas de lingotamento contínuo, que são a 
máquina vertical, a de dobramento de tarugo e a de molde curvo. 
 
A máquina vertical que está mostrada na fig.6.1 foi a primeira que surgiu, mas possuia 
um inconveniente de estas instalações serem muito altas, em torno de 30 metros. 
 
O aço líquido é transferido para uma calha de distribuição(distribuidor) pelo fundo em 
panelas convencionais. 
 
O distribuidor serve para manter um certo volume de aço líquido, de modo a alimentar 
o molde com uma pressão ferrostática constante e controlar a vazão do aço para o 
molde. 
 
O molde(lingoteira) é fabricado de cobre ou grafite, e tem um movimento oscilatório 
para reduzir a aderência do aço em suas paredes, além disto, utiliza-se lubrificantes à 
base de óleo ou grafite. 
 
Durante a solidificação do aço no molde, o metal líquido forma um cone bastante 
alongado devido à fraca condutibilidade térmica do mesmo, como pode ser visto na 
fig.6.2. O aço sai do molde na forma de barra ou placa e está sólida somente na sua 
 
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extremidade com cerca de 12 cm de casca solidificada(pele). 
 
O núcleo líquido é então solidificado logo abaixo na zona de resfriamento secundário(3 
a 12 metros), onde recebe jatos de água (sprays) diretamente contra o veio. Isto tem 
como finalidade solidificar completamente a peça sem haver tensões ou deformações 
sucessivas. 
 
O molde possui comprimento de 50 a 80 cm, de modo a proporcionar que a pele 
solidificada tenha resistência própria, para não romper ou inchar em demasia. 
Após deixar o resfriamento secundário, o resfriamento da peça se faz por irradiação, e 
finalmente a peça é então cortada geralmente por maçaricos. 
 
Com o intuito de se reduzir a altura das instalações, foi desenvolvido um sistema de 
encurvar o metal no veio depois de a placa estiver toda solidificada. 
 
As máquinas mais modernas são as de molde curvo, como visto nas fig.6.4 e 6.5. 
Nestas máquinas a placa ainda não totalmente solidificada é encurvada na zona de 
resfriamento secundário, por roletes guia à temperatura de aproximadamente 12000C. 
 
Com isto a altura desta instalação fica um terço da altura da máquina vertical. Deste 
modo, estas máquinas podem agora serem instaladas no interior das alas de 
vazamento das aciarias. 
 
As máquinas de lingotamento contínuo normalmente possuem mais de um veio de 
vazamento ao mesmo tempo, para maior produção. 
 
 
Fig.9.1 – Esquema de uma máquina vertical de lingotamento contínuo. 
 
 
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Fig.9.2 – Esquema mostrando o cone de solidificação do aço no molde e os sensores 
para controle de nível. 
 
 
09.3 - OPERAÇÃO 
 
Inicia-se o lingotamento contínuo colocando-se a barra falsa no fundo do molde. A 
barra falsa deve ter um comprimento de modo que esta possa ser puxada também 
pelos rolos extratores. 
 
Inicia-se o vazamento do aço enchendo o molde até cerca de 100 mm da borda 
superior. Como o aço se solidifica rapidamente nas paredes do molde, então, logo que 
o aço atinja a altura normal de lingotamento no molde, começa-se a puxar a barra 
falsa. 
Quando a ponta da placa solidificada já estiver em contato com os rolos extratores, 
pode-se retirar a barra falsa. 
 
 
Fig.9.3 – Esquema mostrando a colocação da barra falsa e início do lingotamento 
 
 
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Fig.6.4 – Esquema mostrando uma máquina de molde curvo 
 
 
Fig.9.5 – Esquema mostrando a Máquina de lingotamento contínuo 1 da CST 
 
 
09.4 - IMPORTÂNCIA DO CONTROLE DO PROCESSO NAS PROPRIEDADES 
METALÚRGICAS 
 
a) CONTROLE DO NÍVEL DO DISTRIBUIDOR E MOLDE 
 
As variações de nível e as oscilações do molde favorecem o aparecimento de inclusões 
de escória e porosidades, também regiões com depressões que são preenchidas com 
pó lubrificante, causam defeitos superficiais como trincas longitudinais e transversais 
no produto. 
 
 
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b) TAXA DE RESFRIAMENTO DO MOLDE E RESFRIAMENTO SECUNDÁRIO 
 
O resfriamento do veio tem a finalidade de acelerar a solidificação do aço, fortalecer a 
pele solidificada e refrigerar a máquina. A taxa de resfriamento do aço influencia nas 
propriedades metalúrgicas, pois afeta a distribuição de temperatura interna, 
uniformidade química e qualidade superficial. Um resfriamento inadequado contribui 
para a formação de trincas internas. 
 
O resfriamento secundário também é influenciado pelo tamanho do produto, velocidade 
de lingotamento e projeto da máquina. 
 
Hoje, o lingotamento contínuo representa mais de 90% da produção japonesa e já 
passa de 50% da produção brasileira. O desenvolvimento prossegue com o vazamento 
de placas finas, (entre 10 e 55mm de espessura), ou mesmo de tiras, entre 1 e 10 mm. 
 
 
09.5 – COMPARAÇÃO ENTRE OS RENDIMENTOS NO LINGOTAMENTO 
CONVENCIONAL E CONTÍNUO. 
 
a – Em peso: 
 
No lingotamento convencional, de 100 t de metal líquido obtém-se 84 a 86 t de placas, 
sendo o restante: 2 t de restos de panela e carepa e 14 t de pontas, oxidação e perdas 
na escarfagem .No lingotamento contínuo, as mesmas 100 t de aço líquido dariam 97 t 
de placas, sendo as 3 t restantes, perdas de fundo de panela, carepa, pontas e borra 
de escarfagem. 
 
b - Em energia: 
 
No lingotamento convencional, 45% da energia do aço líquido é aproveitada, sendo 
necessário o fornecimento do complemento de 55% pela eletricidade, combustível, 
oxigênio ou vapor. Dos 100% de energia presentes, apenas 21% ficam na placa ou 
tarugo, sendo o restante disperso na água de resfriamento, ar ambiente, condução 
através dos equipamentos, etc. No lingotamento contínuo, 80% da energia necessária 
é fornecida pelo próprio aço líquido e apenas 20% são supridos externamente, sob a 
forma de eletricidade, combustível, etc. Dos 100% de energia disponíveis, 46% são 
utilizados no tarugo ou placa e 54% são levados na água de resfriamento, vapor, etc. 
 
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10 – CÁLCULO DE CARGA NO PROCESSO LD 
 
 
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