Relatorio de Processo Metalurgico

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UNIFOA
Centro Universitário Oswaldo Aranha – Campus Três Poços
Engenharia Mecânica – 5º Período
Processos Metalúrgicos – Laboratório
Estagio de Aciaria
Juliano Nunes da Silva 201610368
Tiago dos Santos Nascimento 201610397
RESUMO
Neste experimento, entendemos o processo e os padrões para se realizar o processo de fabricação do aço. Também nos foi explicado as características de cada classificação dos aços e de seus elementos de liga e através do microscópio foi mostrado as características estruturais e suas formas de cada etapa do Fe-C.
INTRODUÇÃO
ALTO FORNO
Para obtenção do ferro gusa o alto forno precisa ser abastecido com minério de ferro aglomerado sob a forma de sínter ou pelotas (hematita, magnetita e limota) adicionados de fundentes (cal, sílica e substâncias semelhantes) e o coque metalúrgico. O minério de ferro aglomerado é transformado em sínter ou pelotas pelo processo de sinterização e pelotização, neste processo o metal é aquecido suficientemente até se fundir, preenchendo os espaços vazios entre os grãos de carbonetos, estes carbonetos recebem nome de metal duro, este material é obtido através da prensagem e sinterização de uma mistura de pós de carboneto e outros materiais de menor ponto de fusão. Uma vez compactados são submetidos a temperaturas elevadas, este processo cria uma alteração na estrutura microscópica do elemento base. O coque é um tipo de combustível derivado da hulha (carvão betuminoso), obtém-se através do aquecimento da hulha, sem combustão em um recipiente fechado. O alto forno trata-se de uma estrutura cilíndrica de grande altitude, ele é composto por três partes essenciais: cadinho, rapa e cuba. O cadinho corresponde a parte do alto forno onde se acumula o metal fundido e a escória, resultantes das reações que ocorrem no seu interior. 
O cadinho tem forma cilíndrica e é constituído em chapa grossa de aço com revestimento interno de material refratário de natureza sílico-aluminosa ou de blocos de carbono. Entre as chapas de aço e o revestimento de refratário são colocadas placas retangulares de ferro fundido, contendo no seu interior tubos de água, por onde está circula promovendo o resfriamento e proporcionando assim melhor condição do material suportar as temperaturas elevadas que ocorrem nessa região e as pressões devidas ao peso das cargas. A rampa tem formato tronco-cônico, ela corresponde à zona, mas quente, na rampa a espessura do refratário é menor que a do cadinho, um resfriamento externo mediante o emprego de placas metálicas por onde circula a água, a rampa contém uma inclinação 80 a 82º em relação a horizontal. A cuba também tem a forma tronco-cilíndrica tem secção menor voltada para cima, no topo ou goela, ela é constituída de tijolos refratários de grande espessura devido ao desgaste, a espessura dos tijolos vai diminuindo 
à medida que se aproxima do topo forno. O forno contém um sistema de limpeza que é composto pelos seguintes acessórios: coletor de poeiras, lavadores, e regenerador de calor. 
No alto forno existem duas correntes de materiais responsáveis pelas reações que se verificam: uma corrente solida, representada pela carga que desce paulatinamente e uma corrente gasosa que se origina pela reação de carbono do carvão com o oxigênio do ar soprado pelas ventaneias que sobe em contracorrente. A formação da escoria provem de uma reação bem complexa, ela vem da combinação do CaO e do MgO do calcário com a ganga do minério e as cinzas do carvão, esse produto caracteriza-se por sua grande fluidez e seu baixo peso especifico, assim no cadinho, a escória e o gusa líquido separam-se por gravidade, formando duas camadas a inferior, metálica e a superior a escória. O ferro gusa basicamente é uma liga ferro-carbono de alto teor de carbono e teores variáveis de silício, manganês, fósforo e enxofre, suas faixas de composições esta compreendida entre: carbono 3 a 4,5%, silício 0,5 a 4%, manganês 0,5 a 2,5%, fósforo 0,05 a 2% e enxofre no máximo 0,2%.
ACIARIA
Na aciaria o ferro gusa chega com um teor de carbono muito elevado, seu principal objetivo é baixar este teor de carbono e adicionar elementos ligas e mandar o aço líquido para o lingotamento com o teor de carbono de acordo com os padrões. O ferro gusa é tratado ao entrar na aciaria principalmente no que se refere ao teor de silício, outras reações importantes são a dessulfuração e a desfosforação, após ser controlado os teores de silício, enxofre e fosforo, o ferro gusa entra no conversor a O2. O ferro gusa é oxidado para redução dos teores de carbono e impurezas e na etapa de refino, o potencial de oxigênio é novamente reduzido para a obtenção do aço final. O convertedor é o principal equipamento ele é um tipo de forno revestido com tijolos refratários. No refino secundário são feitas as correções mais especificas e controladas. A composição de outros elementos químicos é corrigida com adição de ferro-ligas, geralmente utiliza-se forno-panela para este acerto de composição química, após o acerto da temperatura e da composição química o aço líquido é solidificado.
INCLUSÕES
As inclusões são geradas normalmente durante o processo de fabricação do aço ainda no estado líquido. Nesse sentido podem ser classificadas como endógenas ou exógenas. Inclusões endógenas são resultantes do processo de desoxidação do aço ou são partículas que se precipitam durante o resfriamento e a solidificação do aço. Exemplos desse tipo de inclusão por desoxidação são as inclusões de alumina (Al2O3) nos aços baixo carbono. Inclusões exógenas surgem principalmente como conseqüência de reações químicas incidentais (reoxidação) e de interação mecânica do aço líquido com o que está em volta: aprisionamento da escória flutuante e erosão do revestimento refratário. 
As inclusões não metálicas mais comumente encontradas nos aços são partículas de óxidos, incluindo principalmente alumina (Al2O3), FeO e Cao, sulfetos (basicamente de ferro: FeS e manganês: MnS), silicatos (compostos à base de sílica: SiO2) e nitretos (AlN, TiN e outros). A maioria destas partículas estão distribuídas separadamente, como partículas isoladas, mas algumas formam bandas contínuas. A maioria das inclusões compósitas consistem de Al2O3, AlN e outros óxidos, possuindo contornos agudos que atuam como sítios para a iniciação de trincas (fratura) e conseqüente degradação das propriedades dos aços, redução da resistência, corrosão.
As inclusões apresentam uma ampla variedade de morfologias, mas estes formatos dependem muito de sua composição. Assim, óxidos são mais escuros e tendem a apresentar forma esférica, ou aproximadamente esférica, enquanto sulfetos são mais alongados e apresentam coloração cinza clara em microscopia ótica, de acordo com a norma ASTM, que também especifica métodos para a quantificação das inclusões.
As inclusões não metálicas podem ser quantificadas por diferentes métodos: análise automática de imagens baseada em microscopia ótica, ensaios não destrutivos (inspeção por ultrassom, magnetismo e raios X), métodos de concentração de inclusões por refusão da amostra de aço, análise química, métodos baseados em fratura (análise fractográfica), determinação de oxigênio e emissão de centelhas. Os dados gerados por essas técnicas são tratados por métodos estatísticos, que podem ser os tradicionais, como, por exemplo, a distribuição, ou o moderno método dos valores extremos, no qual a análise baseia-se na premissa de considerar todos os valores medidos, desde o mínimo até o máximo, e não na probabilidade de encontrar valores dentro de uma faixa para um certo grau de confiança.
 	 	
Figura 1- Inclusão de Sulfeto de Manganes
Figura 2 - inclusão de sulfeto em aço carbono
Figura 3 – inclusões de alumina
Figura 4 – inclusões de alumina
CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS
Essa classificação é segundo a norma ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas) ou AISI (Sistema americano para a Classificação dos Aços ), Os aços são classificados por meio de 4 números precedidos por uma letra maiúsculaque especifica o processo de fusão. Eventualmente a especificação pode apresentar ainda, de forma complementar, letras após o quarto número. A norma estabelece as seguintes considerações: 
O primeiro número representa o(s) elemento(s) de liga(s) presentes no aço; 
O segundo número representa o teor desses elementos de liga (deve-se consultar as tabelas, junto à norma); 
Os terceiro e quarto números representam o teor de carbono multiplicado por 100. 
Como exemplos de letras que antecedem os números, destacam-se, dentre outros, E = aço produzido pelo processo elétrico básico (cujos teores de P e S são inferiores a 0,025%); B = processo Bessemer básico; C = processo Siemens-Martin básico; D = processo Siemens-Martin ácido. Como exemplos de letras após o quarto número, pode-se citar: H = aço fornecido como temperado; L = aço com teor de C inferior ao indicado; F = aços de fácil usinagem.
Figura 5 - Classificação dos aços conforme norma
CONCLUSÃO
Podemos concluir que o objetivo final desses processos descrito, tanto no alto forno quanto na aciaria, é assegurar que as inclusões que são derivadas dos mesmo, sejam totalmente retirada, ou sejam estabelecidas de forma que não prejudiquem os processos posteriores, que é o mais comum a se fazer quando a produção industrial é em massa, porém dependendo da aplicação do aço, algumas ligas tem que ser mais trabalhadas nesse conceito de impurezas, do que as outras, e isso eleva o custo do processo, analisando o fator custo benefício, do produto final.
BIBLIOGRAFICA
[1]http://www.dalmolim.com.br/EDUCACAO/MATERIAIS/Biblimat/siderurgia2.pdf
[2] MORAES, C.A.; BIELEFELDT, W.V.; VILELA, A.C.F. – “Evolução das técnicas de caracterização de inclusões em aço”, Metalurgia e Materiais
[3] http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligasconteudoler.php?codConteudo=230
[4] CALLISTER, W. D., Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. John Wiley & Sons
[5] COLPAERT, H., Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns