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Aula SIDERURGIA RESUMo

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AÇO E SIDERURGIA
Prof. Dr. Humberto Gracher Riella
Metalurgia – que estuda e gerencia os metais,
desde a extração até sua transformação em
produtos adequados ao uso.
Siderurgia – ramo da metalurgia que se dedica à
fabricação e tratamento de aços e ferros fundidos.
Principais minérios de ferro:
• Magnetita (Fe3O4) – Corresponde a
aproximadamente 72% de Fe e 28% de O.
• Hemaltita (Fe2O3) – Corresponde a
aproximadamente 70% de Fe e 30% de O.
Fabricação de Aço
e Siderurgia
Fabricação de Aço
e Siderurgia
Os minérios de ferro precisam ser
quimicamente reduzidos para que se obtenha o
ferro metálico:
Fe3+ + 3e- Fe
Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO
Atualmente existem duas técnicas mais
importantes para a redução de ferro: Processo
direto e Processo indireto.
• Processo direto – O agente redutor é um
composto gasoso (H2 ou CH4). A redução ocorre na
temperatura de aproximadamente 1000ºC.
• Processo indireto – O agente redutor é o
coque. A redução ocorre em temperatura entre
1500 e 1600ºC. O processo é realizado em duas
etapas: produção de ferro gusa líquido em alto-
forno; e transformação de ferro gusa em diferentes
tipos de aço na aciaria (unidade de uma usina
siderúrgica com máquinas e equipamentos
destinados a transformar o ferro gusa em
diferentes tipos de aço).
Fabricação de Aço
e Siderurgia
Coque
O processo de produção do aço envolve outro
composto, denominado coque. O coque é um
combustível derivado do carvão, com altos teores
de carbono.
Coqueificação – Processo de aquecimento do
carvão, obtendo-se um resíduo sólido, poroso,
carbonoso (o coque), juntamente com a evolução
de um certo número de produtos voláteis que
escapam da câmara de coqueificação.
Fig. 4.1 – Sequência de operações em um dos fornos de 
coqueificação.
Os equipamentos desenvolvidos para
produzir ferro metálico líquido (ferro-gusa)
reduzido pelo carbono são chamados alto-fornos.
Praticamente todo o ferro utilizado na produção
primária do aço (exceção os produtos de redução
direta) é obtido a partir de uma forma
intermediária, o ferro-gusa.
Ferro-gusa – Produto imediato da redução de
minério de ferro pelo coque em um alto-forno.
Pode ser utilizado no estado sólido ou líquido.
Processo Indireto
de Produção de aço
O Alto-Forno
O alto-forno é um reator do tipo chaminé no
qual a carga sólida é descendente e os gases
redutores ascendentes. É um equipamento contínuo e
seu funcionamento é ininterrupto por anos.
Os materiais contendo ferro (minério de ferro,
sínter e/ou pelotas), o coque (combustível e redutor)
e os fundentes (calcário e/ou dolomita) são
continuamente alimentados pelo topo. Ar aquecido
entre 900°C e 1350°C, muitas vezes com adições de
combustíveis líquidos, sólidos ou gasosos, é insuflado
pelas ventaneiras posicionadas na parte inferior do
forno.
O Alto-Forno
A combustão do coque previamente
carregado e/ou do combustível injetado pelas
ventaneiras fornece o calor necessário às
reações químicas e para a fusão do ferro, além
do gás para a redução dos óxidos.
Ocorrendo a redução do minério, o ferro
reduzido absorve carbono e é fundido, escorrendo
para o cadinho na parte inferior do forno. O fluxo
combina-se com as impurezas do minério e com as
cinzas do coque e forma uma escória que
sobrenada o metal líquido do cadinho.
Fig. 4.2 – Esquema de um alto-forno. Detalhe de dois 
mecanismos de topo para carga.
O Alto-Forno
O coque siderúrgico exerce três funções
principais no alto-forno:
• É o combustível;
• É gerador de gás redutor ou age diretamente na
redução;
• Assegura elevada permeabilidade à coluna de
carga.
O processo indireto de produção do aço
consiste, então, na purificação do ferro-gusa,
sendo dividido em quatro etapas:
1. Preparação da carga ou sinterização – Grande
parte do minério de ferro (finos) é aglomerada
utilizando-se cal e finos de coque. O produto
resultante é chamado de sínter.
2. Redução – Essas matérias-primas são carregadas
no alto forno. O ar pré-aquecido 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 (ferro-gusa).
Processo Indireto
de Produção de aço
3. Refino – O ferro-gusa, líquido ou sólido, e sucata
de ferro são levados às Aciarias, onde são
transformados em diferentes tipos de aço. Nesta
etapa, parte do carbono contido no ferro-gusa é
removida juntamente com impurezas. A maior parte
do aço líquido é solidificada em equipamentos de
lingotamento contínuo ou convencional para produzir
semi-acabados, lingotes e blocos.
4. Laminação – Os semi-acabados, lingotes e blocos
são processados por equipamentos chamados
laminadores e transformados em uma grande
variedade de produtos siderúrgicos cuja nomenclatura
depende de sua forma e/ou composição química.
Processo Indireto
de Produção de aço
Processos de Redução Direta – São aqueles em
que o ferro metálico é produzido por meio da
remoção de oxigênio a ele associado no óxido, a
temperaturas inferiores ao ponto de fusão dos
materiais empregados. A redução de minério de
ferro é efetuada sem que ocorra a fusão da
carga no reator. O produto de redução é uma
massa porosa denominada ferro-esponja.
Ferro-esponja – Produto metálico com 85 a 95%
de ferro e de 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a
2,0% de C. Tem aspecto esponjoso e é obtido no
estado sólido à temperatura em torno de 1100ºC.
Processo Direto
de Produção de aço
Após a produção do ferro-esponja, o
mesmo é empregado em processos convencionais
de aciaria, para a formação do aço (igual
processo indireto).
A principal diferença entre os diversos
processos de redução direta está na maneira como
os reagentes são postos em contato, bem como
a fonte de redutor empregada.
Atualmente, só existem instalações
comerciais bem sucedidas utilizando gás natural,
carvão e derivados de petróleo como fontes de
redutores.
Processo Direto
de Produção de aço
Quanto à forma dos reatores, e,
consequentemente, o modo de contato dos
reagentes, os quatro principais tipos utilizados nos
processos de redução direta são: fornos de leito
móvel; retortas de leito fixo; leitos fluidizados e
fornos rotativos.
Quanto ao tipo de redutor, os processos de
redução direta podem ser divididos em duas classes:
redutor sólido (carvão ou coque) ou redutor gasoso
(gás natural-CH4 e/ou gases redutores, como CO e
H2).
Processo Direto
de Produção de aço
Observando-se a composição do ferro-gusa,
nota-se que, para se atingir a composição desejada
nos aços, além da adição de elementos de liga, é
necessário reduzir o teor de carbono, silício,
manganês, fósforo e enxofre. Em uma usina
siderúrgica, tais operações são realizadas na
aciaria, onde ocorre o refino dos aços.
Refino de Aços
O princípio químico empregado no refino do
gusa para obtenção do aço é a oxidação. Assim,
todos os processos de aciaria envolvem meios de
introduzir quantidades controladas de oxigênio
no metal a refinar. O oxigênio se combina com os
elementos indesejáveis (exceto enxofre) e,
inevitavelmente, com parte do ferro, formando
óxidos que podem deixar o sistema na forma
de gases ou passar à escória. A remoção do
enxofre depende basicamente da escória e da
temperatura atingida no processo.
Refino de Aços
À medida que o gusa é refinado (reduzindo-
se os teores de carbono, manganês e silício,
principalmente), seu ponto de fusão aumenta,
sendo necessário introduzir calor para se manter
a carga líquida.
As ações realizadas nas etapas de refino têm
efeito direto sobre a composição química do aço.
Além disso, direta ou indiretamente, estas ações
afetam em maior ou menor escala um amplo
conjunto de propriedades dos aços.
Refino de Aços
Fig. 4.3 –Fluxograma de produção de aço.

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