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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 –