Aula fabricação do aço_2014

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Universidade São Judas Tadeu
Problemas de balanceamento de massas
Fabricação do aço
Classificação do aço
Prof. Iguatinã Costa
São Paulo, setembro de 2013
 
O que vimos até agora
● As principais fontes de obtenção do ferro são os minérios 
(predominantemente óxidos), que possuem teores 
variados de ferro em percentual de massa
● A metalurgia do ferro ocorre em um alto forno
● As características do produto final dependem de um 
balanço fino entre os reagentes (minério de ferro, 
calcário e coque) e as condições de redução 
(temperatura e insuflação de ar)
 
Que tipo de exercício vai ser cobrado 
em siderurgia?
● Calcule quantas toneladas de ferro e quantos metros 
cúbicos de gás carbônico serão formados pelo 
processamento de 1250 t de hematita com 40 % de 
pureza em um processo com rendimento de 95 %
 
O que é aço?
● Liga metálica formada essencialmente por ferro e 
carbono, podendo ou não ser adicionado de outros 
metais. 
● Distingue-se do ferro gusa (e demais produtos do alto 
forno) pela quantidade de carbono.
 
Produção mundial de aço (em milhões de t /2010)
● 1 China 627
● 2 Japão 110
● 3 EUA 80,5
● 4 Índia 68
● 5 Rússia 67
● 6 Coreia do Sul 58
● 7Alemanha 44
● 8 Ucrânia 33,4
● 9 Brasil 32,9
● 10 Turquia 29
http://www.industriahoje.com.br/os-10-maiores-produtores-de-aco-do-mundo
 
Classificação quanto ao teor de carbono
%C Tipo
0,15 – 0,3 Aço doce
0,3 – 0,6 Aço médio
0,6 – 0,8 Aço-carbono (aço duro)
0,8 – 1,4 Aço ferramenta
 
Metais usado em ligas
● Aço inoxidável típico: 12 a 15% N
● Aço de cutelaria; 20% de Cr e 10% N
● Aço de corte ou tornos: 18% de W e 5% de Cr
● Resistência a tração: 0,4% a 1,6% de Mn
● Hadfield (britadeiras e escavadeiras): 13% Mn e 1,25% C
● Molas: 2,5% Si
 
Processos de fabricação do aço
● “Pudlagem”
● Processo Bessemer & Thomas 
● Processo Siemens aberto
● Processo Siemens do Arco Voltaico
● Processo Básico de Oxigênio (BOP)
 
● Misturar o ferro gusa fundido com hematita e queimar o 
excesso de C com outras impurezas
● Origina o ferro purificado: mole e maleável
● Se acerta a concentração de carbono e outro metais, 
dependendo do aço que se quer
● Processo obsoleto
“Pudlagem”
 
Processo Bessemer & Thomas
● Grande forno em fora de pera revestido com sílica, que 
pde ser inclinado (para ser carregado com ferro gusa 
fundido)
● Com o forno na vertical, é injetado ar comprimido por 
orifícios na base do forno
● As reações de oxidação das impurezas (principalmente Si 
e Mn) são muito energéticas, o que torna a oxidação do C 
em CO e CO2 mais efetiva
● Quando o teor de C estiver suficientemente baixo, o forno 
se inclina e o ferro é vertido em moldes – forja ou lâminas
 
Processo Bessemer & Thomas
 
Processo Bessemer & Thomas
● A cada 20 min se pode ser formado um lingote de 6 t
● Esse processo não remove o fósforo (só pode ser usado 
em ferro gusa com baixo teor de fósforo) e o fosforo 
ainda danifica o revestimento interno do forno, que deve 
ser desativado para se realizar a troca
 
Processo Bessemer & Thomas
● Como alternativa, existe o Processo Bessemer Básico – 
o revestimento do reator e feito com dolomita ou calcário
● Adição de carbonato de cálcio ou óxido de cálcio ao ferro 
fundido, que regem com os óxidos de fósforo e formam 
ma “escória básica” usada em fertilizantes
● Primeiro conversor economicamente viável – até 1960
 
Processo Siemens aberto
● Forno com aquecimento externo
● O ferro fusa fundido é coletado em um reator de fundo 
raso
● Oxidação pelo ar e revestimento de acordo com a 
natureza do ferro
● É muito lento – 10 h para 350 t de Ferro gusa
 
Processo Siemens do arco voltaico
● Calor fornecido por um arco voltaico ou pela passagem 
de uma corrente elétrica pelo metal
● Ainda é usado para a fabricação de algumas ligas de aço
 
Processo Básico de Oxigêno (BOP)
● Criado na Áustria em 1952 a partir dos processos Kaldo 
(rotação do reator) e LD (correntes de convecção)
● Um dos problemas do processo Bessemer & Thomas – 
Nitrogênio no metal fundido. Se [N]>0,01% nitretação do 
metal (torna-se quebradiço)
● Solução: usar oxigênio puro ao invés de ar
● Como fazer com que o fundo do reator não entre em 
fusão?
 
Processo Básico de Oxigêno (BOP)
 
Processo Básico de Oxigênio (BOP)
● Injeção rápida de oxigênio na superfície do ferro
● O reator é carregado com ferro fusa e cal)
● O oxigênio oxida rapidamente as impurezas contidas no 
ferro
● O calor liberado na oxidação evita a necessidade de 
aumentar a temperatura do reator (o ferro puro possui 
uma temperatura de fusão maior)
● O reator é inclinado e o ferro é despejado em moldes
 
Processo Básico de Oxigênio (BOP)
● Conversão mais rápida
● Quantidades maiores de aço processadas 300 t em 40 
min
● Produto mais puro e isento de nitretos
 
Classificação SAE
● É a classificação mais utilizada para aços carbono e aços 
de baixa liga
● “Society of Automotive Engineers - USA”
● Adota a notação ABXX
● AB elementos da liga adicionados intencionalmente (é 
uma classificação numérica arbitrária)
● XX percentual em peso do carbono adicionado 
multiplicado por cem (por exemplo, o aço com 0,05% 
recebe a notação final 05, 0,95%; 95).Se a porcentagem 
for maior que 1%, acrescenta-se mais um dígito
 
Classificação SAE
● SAE 1XXX aço carbono simples
● SAE 2XXX aço Níquel
● SAE 3XXX aço níquel-cromo
● SAE 4XXX aço molibdênio
● SAE 5XXX aço cromo
● SAE 6XXX – aço-Cromo-Vanádio
● SAE 7XXX – aço-Cromo-Tungstênio
● SAE 8XXX – aço-Níquel-Cromo-Molibdênio
● SAE 92XX – aço-Silício-Manganês
● SAE 93XX, 94XX, 97XX e 98XX – aço-Níquel-Cromo-Molibdênio
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