AULA 1 GUSA ALTO FORNO

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PRODUÇÃO DO FERRO 
GUSA: ALTO-FORNO 
 
Professor: Márcio Elias 
 
 
História 
• Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro no 
Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 
4.000 anos a.C. Ele teria surgido por acaso, quando pedras de 
minério de ferro usadas para proteger uma fogueira, após 
aquecidas, se transformaram em bolinhas brilhantes. O fenômeno, 
hoje, é facilmente explicável: o calor da fogueira havia derretido e 
quebrado as pedras. 
 
• No início era extraído dos meteoros e por isso o ferro era 
considerado uma dádiva dos Deuses. 
 
• Aos poucos, o ferro passou a ser usado com mais freqüência, a 
partir do momento em que descobriu-se como extraí-lo de seu 
minério. A exploração regular de jazidas começou em torno de 
1.500 a.C., provavelmente no Oriente Médio, de onde o metal teria 
sido importado por assírios e fenícios. Do primeiro milênio da era 
cristã em diante, o ferro difundiu-se por toda bacia do Mediterrâneo. 
Em 1554, o padre jesuíta José de Anchieta 
relatou, em um informe ao rei de Portugal, a 
existência de depósitos de prata e minério de 
ferro no interior da capitania de São Vicente 
(atual estado de São Paulo). 
Quem primeiro trabalhou na redução desse 
minério de ferro foi Afonso Sardinha. Em 1587, 
ele descobriu magnetita na atual região de 
Sorocaba, no interior de São Paulo, e iniciou a 
produção de ferro a partir da redução do minério. 
É a primeira fábrica de ferro que se tem notícia 
no Brasil. 
As forjas construídas por Sardinha operaram até 
a sua morte, em 1629. Após essa data, a 
siderurgia brasileira entrou em um período de 
estagnação que durou até o século seguinte. 
Siderurgia no Brasil 
Total de exportações brasileiras 
Participação dos principais produtos 
exportados 
Exportações do setor mineral 
Principais empresas mineradoras 
brasileiras 
8 
Exportação de minerais metálicos 
Exportação de minério de ferro 
Comparativo das taxas de crescimento 
PIB vs. Indústria extrativa mineral 
11 
Minério de ferro 
Sistema Norte – Minérios de alto teor 
 
Esse sistema é composto pelo Complexo Minerador da Serra dos 
Carajás, no Pará, e pelo Terminal Marítimo de Ponta da Madeira 
(TMPM), no Maranhão. A essas atividades está integrado o 
transporte de minério através da EFC (Estrada de Ferro Carajás), 
atualmente no âmbito da área de negócio da Logística. 
Sistema Sul – baixo teor (precisam de concentração) 
 
O Sistema Sul é composto por quatro complexos mineradores: 
Itabira, Mariana, Minas Centrais e Minas do Oeste. Esses 
complexos englobam mais de 15 minas, localizadas no 
Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais. 
Fluxo de Produção 
• . 
http://www.ibs.org.br/siderurgia_usos_fluxo.asp 
Produção de ferro e aço 
 
História da utilização: 
# Cometas – Grandes concentrações de 
minério de ferro. 
# Povos antigos – Babilônia, Egito, Pérsia, 
China, Índia e depois Gregos e Romanos 
fabricavam armas e inúmeros utensílios de 
ferro e aço. 
 
Fornos Primitivos 
Tipo poço fechado 
Tipo de forja catalã  Ambos usando 
carvão vegetal como combustível. 
Figura: Fornos primitivos usados na redução do minério de ferro, 
pelo emprego de carvão vegetal como combustível. 
Estes dois tipos de fornos usavam o processo de redução 
direta (ferro não era obtido no estado líquido): 
C + O2  CO2 CO2 + C  CO 
CO + FeXOY  Fe + CO2 
 
Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (líquido de alta 
viscosidade), misturado com as impurezas do minério. 
 
O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente 
dúctil, mole, maleável e podia ser trabalhado por martelamento 
a temperaturas relativamente elevadas. Após ser retirado do 
forno (uma bola de ferro), o ferro era martelado para a remoção 
das impurezas. O resultado final era uma barra ou “lupa”, 
posteriormente reaquecida e trabalhada por martelamento 
(ferro pudlado). 
 
 Fornos primitivos  Possibilitavam a absorção de uma certa quantidade de 
carbono (até 1%), o que por rápido resfriamento poderia elevar drasticamente 
a dureza do material (têmpera). 
 
Desenvolvimento dos altos-fornos 
 
Começou-se a aumentar, paulatinamente, a altura 
dos fornos primitivos. (fornos de cuba ou fornos 
chaminé). 
 
Fornos chaminé: 
Carga  introduzida pelo topo 
Ar  soprado pela parte inferior 
 
1500  Inglaterra  Alto-forno mais próximo aos 
modernos 
1619  Inglaterra  Introdução do coque 
1800  Inglaterra  Aquecimento do ar 
Fluxograma Reduzido de uma Usina Siderúrgica integrada 
Usina Siderúrgica não Integrada 
Matérias-primas da indústria siderúrgica. 
As matérias-primas básicas utilizadas na siderurgia são: 
 
Minério de ferro 
 (Hematita Fe2O3) 
Carvão mineral 
Fundentes à base de 
calcário 
(Calcita/carbonato de 
cálcio/CaCO3) 
MINÉRIO DE FERRO 
(Fe2O3 – ferro) 
CARVÃO MINERAL 
 (Carbono- redutor) 
CALCÁREO 
(CaO – fluxante) 
PELOTIZAÇÃO 
(homogeneização) 
COQUERIA 
 (produção Coque) 
ALTO FORNO 
 (redução do minério de 
ferro e fusão do metal) 
FERRO GUSA 
DESSULFURAÇÃO 
DESCARBONETAÇÃO 
(Conversor) 
DESGASEIFICAÇÃO 
OU DESOXIDAÇÃO 
AÇO LÍQUIDO 
Ar (O2) Escória 
LINGOTEAMENTO 
LINGOTEAMENTO 
LAMINAÇÃO 
• Processo consiste de 4 etapas principais: 
– Preparo das matérias primas (Coqueria e sinterização); 
– Produção de gusa (Alto-forno); 
– Produção de aço (Aciaria); 
– Conformação mecânica (Laminação). 
 
 
 
Matéria 
prima 
coqueria 
sinterização 
Alto-forno Aciaria lingotamento 
• Produção do aço: 
– Matérias-primas: 
• Minério de ferro + carvão mineral 
 
 
 
 
 
 
 
Minério de ferro 
 
É a principal matéria-prima do alto-forno, pois é dele que 
se extrai o ferro. Os minerais que contêm ferro em 
quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos 
e silicatos. Os mais importantes para a indústria 
siderúrgica são os óxidos, sendo eles: 
 
Magnetita (óxido ferroso-férrico)  Fe3O4 (72,4% Fe). 
Hematita (óxido férrico)  Fe2O3 (69,9% Fe). 
Limonita (óxido hidratado de ferro)  2Fe2O3.3H2O 
(48,3% Fe). 
 
Obs.: O Brasil possui grandes reservas de minério de 
ferro de alta qualidade (alto teor de ferro). 
 
O minério de ferro é composto por três partes a saber: 
Útil  parte que contém o ferro 
Ganga  impurezas sem valor direto 
Estéril  rocha onde o minério é encontrado. 
 
O minério de ferro pode ser classificado como: 
Rico  60 a 70% de Fe 
Médio  50-60% de Fe 
Pobre  <50% 
 O minério de ferro pode ser aglomerado adequadamente para 
ser utilizado na indústria siderúrgica, de 4 formas: 
• Sinterização → (Sínter) 
• Pelotização → Pelotas (Pellets) 
• Briquetagem → (Briquetes) 
• Nodulização → (Nódulos) 
Beneficiamento do minério de ferro 
 
O termo genérico “beneficiamento” compreende uma 
série de operações que têm como objetivo tornar o 
minério mais adequado para a utilização nos altos-
fornos. Estas operações são britamento, 
peneiramento, mistura, moagem, concentração, 
classificação e aglomeração (principal). A 
aglomeração visa melhorar a permeabilidade da 
carga do alto-forno, reduzir o consumo de carvão e 
acelerar o processo de redução. Os processos mais 
importantes de aglomeração são a sinterização e a 
pelotização. 
28 
Evolução da Carga nos Altos Fornos 
0
20
40
60
80
100
1948 1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998
C
om
po
si
çã
o 
da
 C
ar
ga
 (%
)
Granulado
SinterPelota
Sinterização: 
– Preparação do minério de ferro para a 
produção do gusa; 
– Correta granulometria para proporcionar 
permeabilidade do ar para a combustão no 
alto-forno; 
– Finos de minério: adiciona-se fundentes 
(calcário, sílica) e o novo composto é britado 
na granulometria desejada. 
 
Sinterização: 
 
Consiste em aglomerar-se finos de minério de ferro numa 
mistura com aproximadamente 5% de um carvão 
finamente dividido ou coque. A carga é aquecida por 
intermédio de queimadores e com o auxílio de fluxo de ar. 
A temperatura que se desenvolve durante o processo 
atinge 1.300 a 1500oC, suficiente para promover a ligação 
das partículas finas do minério, resultando num produto 
uniforme e poroso chamado sínter. 
Fluxograma da Sinterização 
Processo de Sinterização 
Sinteres são aglomerados de forma irregular e 
esponjosa formados por meio de uma combustão 
forçada (sinterização) de um combustível 
previamente adicionado à mistura (finos minério de 
ferro; fundentes – calcário, areia; combustível – finos 
de coque; aditivos – corretivo de características para 
aproveitamento de resíduos de recirculação). 
Tecnologia criada com o objetivo de aproveitar 
minérios finos (quantidade crescente no mundo) e 
resíduos industriais. 
A sinterização atual visa basicamente elaborar uma 
carga de altíssima qualidade para o AF. 
Forno de 
ignição Alimentador 
Chaminé 
Exaustor Caixa de 
Despoeiramento 
Tambor de 
mistura 
A B C D E F 
Silos de 
armazenagem 
INSUMOS 
Finos de retorno 
Finos de minério 
Coque 
Calcário 
Pó de alto forno 
Fragmentação do 
bolo de sinter 
Peneiramento a 
quente 
Sinter 
Peneiramento a 
frio Finos de retorno 
Resfriador 
rotativo 
Processo de Sinterização 
Máquina de sinterização 
Processo de Sinterização 
Mistura úmida 
Camada de 
Forramento 
Gás 
 Forno de 
ignição 
Succção 
Sinter 
Zona de 
Combustão 
Mistura Seca e 
Calcinada 
Ar 
Gás 
Succção 
 Antes da queima Durante a queima 
 Forno de 
ignição 
Ar 
 Antes da queima Durante a queima 
Processo de Sinterização – cont. 
Forno de ignição e evolução do processo 
Corte longitudinal do leito de uma 
máquina de sinterização contínua 
Pelotização: 
 
Este é o mais novo processo de aglomeração e talvez 
o de maior êxito. Neste processo, produzem-se 
inicialmente “bolas” ou “pelotas” cruas de finos de 
minério de alto teor ou de minério concentrado. 
Adiciona-se cerca de 10% de água e, geralmente, um 
aglomerante de natureza inorgânica. Uma vez obtidas 
as pelotas cruas, estas são secas, pré-aquecidas e 
então queimadas. 
Processo de Pelotização 
 Pelotas são aglomerados de forma esférica 
formados pela pelotização de minérios finos com o 
auxílio de aditivos seguido por um endurecimento 
a frio ou a quente. 
 Os aditivos geralmente utilizados são: fundentes 
(calcário, dolomita), aglomerantes (bentonita, cal 
hidratada) e combustível sólido (antracito) 
 Existem basicamente dois tipos de pelotas: 
 PAF: Pelotas para Alto Forno 
 PRD: Pelotas para Redução Direta 
Processo de Pelotização 
Processo de Pelotização 
 O carvão é o combustível utilizado no alto forno – na forma de 
coque ou de madeira. 
 O processo de destilação do carvão mineral sob ausência de 
oxigênio é chamado de coqueificação. 
Carvões: 
Coque 
Vegetal 
Coqueria: 
 Carvão mineral deve fornecer energia térmica 
e química para o desenvolvimento do processo 
de redução (produção de gusa); 
 Coqueificação: 
 Eliminação de impurezas; 
 Destilação do carvão em ausência de ar; 
 T=1300º por 18 horas; 
 Resulta o coque metalúrgico, composto 
basicamente de carbono, com elevada 
resistência mecânica e alto ponto de fusão, 
o qual é encaminhado ao alto-forno. 
43 
Coqueria 
 O coque é o produto sólido da destilação de uma 
mistura de carvões realizada a em torno de 
1100oC em fornos chamados coquerias. 
 A destilação dá origem aos produtos carbo-
químicos (gases, vapores condensáveis, benzol, 
alcatrão, etc) que são comercializados pelas 
siderúrgicas. O gás de coqueria e´um importante 
insumo para a própria usina. 
 O processo de coqueificação consiste no 
aquecimento do carvão mineral na ausência da ar. 
44 
 Fornecer o calor necessário às necessidades 
térmicas do processo; 
 Produzir e "regenerar" os gases redutores; 
 Carburar o ferro gusa; 
 Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores 
do forno onde o restante da carga está fundida ou 
em fusão. 
O Papel do Coque no Alto Forno 
Coqueria 
45 
Seqüência de operação 
Coqueria 
46 
• Detalhes do processo 
 
 
 
 Típica Bateria de coqueificação 
Coque incandescente 
pronto para ser descarregado 
Coqueria 
Carvão ou coque 
 
O combustível utilizado no alto-forno é o carvão, 
coque ou carvão de madeira, cujas funções são: 
 
•fornecedor de calor 
 
•fornecedor do carbono para a redução de óxido 
de ferro 
 
•fornecedor de carbono como principal elemento 
de liga do ferro gusa. 
Coque 
 
O coque é obtido pelo processo de “coqueificação”, que 
consiste, em princípio, no aquecimento a altas 
temperaturas, em câmaras hermeticamente (exceto 
para saída de gases) fechadas, do carvão mineral. No 
aquecimento às temperaturas de coqueificação e na 
ausência de ar, as moléculas orgânicas complexas que 
constituem o carvão mineral se dividem, produzindo 
gases e compostos orgânicos sólidos e líquidos de 
baixo peso molecular e um resíduo carbonáceo 
relativamente não volátil. Este resíduo resultante é o 
“coque”, que se apresenta como uma substância 
porosa, celular, homogênea, sob os pontos de vista 
químico e físico. A qualidade do coque depende muito 
do carvão mineral do qual se origina, principalmente do 
seu teor de impurezas. 
Esquema do processo de coqueificação 
CARVÃO 
GÁS IMPURO 25% COQUE 75% 
ALCATRÃO 5,3% 
Para a usina de destilação 
de alcatrão 
MISTURA DE PICHE 
CREOSOTO 
SULFATO DE PIRIDINA 
NAFTALENO 
FENOL 
CRESOL 
XILENOL 
ÁCIDO CRESÍLICO 
SULFATO DE AMÔNIO 1,2% 
PIRIDINA 0,01% 
ÓLEOS LEVES 1,2% 
Para a usina de Benzol 
BENZOL PARA MOTOR 
BENZOL PURO 
NAFTA 
TOLUOL 
XILOL 
RESÍDUOS 
GÁS COMBUSTÍVEL 17% 
Carvão vegetal 
 
O carvão vegetal ou de “madeira” é fabricado 
mediante pirólise da madeira, isto é, quebra das 
moléculas complexas que constituem a madeira, 
em moléculas mais simples, mediante calor. O 
aquecimento para a carbonização da madeira é 
feito em fornos de certo modo rudimentares e 
pouco eficientes, sobretudo no Brasil, pois os 
subprodutos gasosos e líquidos são perdidos 
durante o processo. O calor é aplicado à 
madeira, com ausência de oxigênio, resultando 
em gases (CO2, CO, H2, etc...), líquidos 
(alcatrões, ácido acético, álcool metílico) e o 
resíduo sólido que é o carvão vegetal. 
Fundente 
 
 
 
A função do fundente é combinar-se 
com as impurezas (ganga) do minério e 
com as cinzas do carvão, formando as 
chamadas “escórias”. O principal 
fundente é o calcário, de fórmula 
CaCO3. 
 
CaCO3 + Calor  CaO + CO2 
 
 
Outras matérias-primas da indústria 
siderúrgica 
 
Entre elas, a mais importante é o minério de 
manganês. Outras matérias-primas incluem as 
“ferro-ligas” de silício, cromo, vanádio, molibdênio, 
níquel, tungstênio, titânio, etc...Finalmente, deve-
se ainda mencionar como importante matéria-
prima a sucata de aço, ouseja, subprodutos da 
fabricação de aço e itens ou componentes de aço 
desgastados, quebrados ou descartados. 
Construção do Alto Forno. 
 O Alto Forno consiste de uma estrutura cilíndrica, de elevada 
altura, que compreende essencialmente uma fundação e o forno. O forno 
é constituído de três partes principais: 
 
 Cadinho Rampa Cuba 
 
 Em relação ao cadinho. 
-São acumulados o metal fundido e a 
escória; 
-É construído em chapas grossas de 
aço, com formato cilíndrico e, revestido 
com tijolos refratários de grafite ou 
material silico-aluminoso. 
-Entre a carcaça de aço e os tijolos 
refratários, colocadas placas de ferro 
fundido com tubos de cobre (resfriador 
suporte), por onde passa água para 
refrigeração. 
 
Em relação à rampa: 
 
•Tem formato tronco-cônico, com dimensões que variam desde o diâmetro 
do cadinho até 10,5 m ou mais, pode superar 4 m de altura. 
•É a zona mais quente do alto forno, com espessura de refratário inferior ao 
do cadinho, exigindo o resfriamento externo por conta das placas metálicas 
por onde circula água. 
 
Em relação à cuba: 
•Tem formato tronco cônica, com a seção menor voltada para cima no topo 
ou goela; 
•Sua altura a partir da rampa pode superar 25 m. 
•É constituída de tijolos refratários de grande espessura, devido ao 
desgaste, essa espessura é maior na parte inferior e vai diminuindo 
progressivamente até perto do topo. 
 
Sistema de carregamento do alto forno: 
 O sistema de carregamento mais comum, é localizado no topo 
do alto forno e é denominado “Copo e Cone”. 
 
É constituído de: 
•Tremonha de recebimento de carga; 
•Silo ou tremonha superior rotativa com o sino ou cone pequeno 
(movimentado por sistema de alavancas); 
•Tremonha inferior com silo ou cone grande. 
Sino ou cone 
pequeno 
Tremonha de 
recebimento 
Sino ou 
cone grande 
Tremonha 
inferior 
Silo ou tremonha 
 superior rotativa 
Sistema de Copo e Cone. 
INICIO DA OPERAÇÃO DO ALTO FORNO. 
 Para o alto forno começar a operar, é necessário que seja feita a 
secagem por completo do seu interior, por uma das seguintes formas: 
 
Sopro de ar quente, vindo dos regeneradores através das ventaneiras, 
durante 10 a 15 dias, até temperatura ao redor de 600 °C. 
 
Queima de carvão de madeira ou coque. 
 
 A primeira carga de matéria-prima apresenta uma proporção 
maior de coque para acelerar o aquecimento do revestimento 
refratário e formar uma quantidade maior do que o normal de escória. 
 
 À medida que a combustão do carvão progride, a proporção 
dos vários elementos constituintes da carga é modificada até o final. 
 
 A figura seguinte apresenta uma carga normal de alto forno e 
os produtos resultantes para a produção de 1000 ton. de ferro gusa. 
 
Alto-forno: 
 Cuba com 50 a 100 m de altura; 
 Minério de ferro em gusa: coque metalúrgico e 
fundentes; 
 Princípio básico: retirada do oxigênio do 
minério que se reduz a ferro; 
 Redução: combinação do carbono presente no 
coque com o oxigênio do minério; 
 Combustão do carvão com o oxigênio do ar 
fornece calor para fundir o metal . 
 
Alto-forno: 
– Minério de ferro (sínter) + coque + fundentes; 
– Ar quente entra pela parte inferior 
(ventaneiras); 
– Coque + ar quente = combustão; 
– Resultado: ferro gusa e escória (fabricação de 
cimento). 
 
Alto-forno: 
– Carro torpedo: 
» Revestido internamente com material 
refratário; 
» Dessulfuração: redução do teor de enxofre 
a níveis aceitáveis; 
» Análise química: composição da liga 
(carbono, silício, enxofre e manganês); 
» Próxima etapa: aciaria. 
 
 
 
O alto-forno constitui ainda o principal aparelho utilizado na metalurgia do 
ferro. A metalurgia do ferro consiste, essencialmente, na redução dos 
óxidos dos minérios de ferro, mediante o emprego de um redutor, que é 
um material a base de carbono (carvão). A Figura 2 mostra a seção 
transversal de uma instalação de alto-forno, incluindo todo o equipamento 
acessório e auxiliar. Como se vê, trata-se de uma estrutura cilíndrica, de 
grande altura, que compreende essencialmente uma fundação e o forno 
propriamente dito. Este, por sua vez, é constituído de três partes 
essenciais, isto é, cadinho, rampa e cuba. 
O equipamento acessório e auxiliar do tem como objetivo limpar os gases 
que saem do alto-forno, bem como pré-aquecer o ar que é introduzido no 
forno através das ventaneiras. 
Produção do ferro Gusa: Alto-forno 
 
 
Seção transversal de uma instalação de alto-forno, incluindo o 
equipamento auxiliar principal. 
Seção transversal de um alto-forno moderno. 
Operação do alto-forno 
 
Num alto-forno, existem duas correntes de materiais 
responsáveis pelas reações que se verificam, isto é, uma 
corrente sólida, representada pela carga que desce 
paulatinamente e uma corrente gasosa que se origina 
pela reação do carbono do carvão com o oxigênio do ar 
soprado pelas ventaneiras, que sobe em contracorrente. 
Reações químicas: 
 
As temperaturas mais elevadas ocorrem nas proximidades das 
ventaneiras: da ordem de 1.800 a 2000oC. Nesta região, verifica-se a 
reação: 
C + O2  CO2 
Originando-se grande quantidade de calor. 
Este CO2, ao entrar em contato com o coque incandescente, 
decompõe-se: 
CO2 + C  2CO 
O CO originado é o agente redutor. 
A carga introduzida pelo topo, ao entrar em contato com a corrente 
gasosa ascendente sofre uma secagem. 
A decomposição dos carbonatos, contidos no calcário dá-se a 
aproximadamente 800oC, conforme as seguintes reações: 
CaCO3  CaO + CO2 
MgCO3  MgO + CO2 
Além do CO como agente redutor, o próprio carbono do carvão atua 
nesse sentido. 
Reações químicas de redução do minério 
de ferro: 
 
3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 
Fe3O4 + CO  3FeO + CO2 
ou 
Fe2O3 + 3C  2Fe + 3CO 
Na região que corresponde ao topo da rampa (região acima 
do cadinho onde o ferro líquido e a escória são depositados), 
inicia-se a formação da escória, pela combinação da cal (CaO) 
com a ganga (impurezas do minério de ferro) e uma certa 
quantidade de óxido de ferro e manganês. Essa escória 
formada, juntamente com o ferro, começa a gotejar através 
dos interstícios (espaços vazios) da carga ainda sólida, para 
depositar-se no cadinho. 
Outras reações: 
 
Mn3O4 + C  3MnO + CO 
MnO + C  Mn + CO 
SiO2 + 2C  Si + 2CO 
P2O5 + 5C  2P + 5CO 
FeS + CaO + C  CaS + Fe + CO 
Finalmente, as últimas reações fundamentais são representadas 
pelas equações: 
3Fe + C  Fe3C 
3Fe + 2CO  Fe3C + CO2 
Todas estas reações produzem, então, o ferro gusa, que além de 
ferro e carbono também incorpora os elementos manganês 
(Mn), silício (Si), fósforo (P) e enxofre (S). 
Reações químicas do Alto-forno 
Processo Temperatura (°C) H (kJ/Kmol) 
Evaporação da umidade 100 + 6,490 
Remoção da água de hidratação 120 - 300 + 7,955 
Remoção do CO2: 3 MnCO3  Mn3O4+CO2+CO 
 3 FeCO3  Fe3O4+CO2+CO 
 FeCO3  FeO+CO2 
> 525 
380 - 570 
> 570 
+ 363,791 
+ 236,973 
+ 112,206 
Redução do Fe2O3 a Fe3O4: 3Fe2O3+CO  Fe3O4+CO2 400 - 550 - 52,854 
Remoçãodo CO2: MgCO3  MgO+CO2 
 MgCO3
.
CaCO3  MgO
.
CaO+CO2 
400 - 500 
400 - 750 
+ 114,718 
+ 304,380 
Decomposição do CO: 2CO  CO2+C 450 - 600 - 172,467 
Redução do Fe3O4 a FeO: Fe3O4+CO  3FeO+CO2 570 - 800 + 36,463 
Remoção do CO2: CaCO3  CaO+CO2 850 - 950 + 177,939 
Redução do FeO a Fe: FeO+CO  Fe+CO2 650 - Ts - 17,128 
Reação de Boudouard: CO2+C  2CO > 900 + 172,467 
Fusão da escória primária 1100 + 921,1 (kg slag) 
Dissolução do CaO na escória primária 1250 + 1046,7 (kg Fe) 
Combustão do Ccoque: Ccoque+O2  CO 
 2Ccoque+CO2  2CO 
 Ccoque+0.5O2  CO 
1800 - 2000 
2000 - 1450 
1550 
- 406,120 
+ 172,467 
- 116,83 
 
Reações de redução 
 
 
Minério
Coque
Zona
Granular
Zona
de Amolecimento
e Fusão
Zona
de Coque Ativa
Camada
em Amolecimento
e Fusão
Zona
de Combustão
Cadinho
Zona de
Gotejamento
Zona
de Coque
Estagnado
 
Zona de Preparação 
A zona de preparação se localiza em temperaturas inferiores àquela 
mínima para que a reação de “Solution Loss” ocorra. Dessa 
maneira, na zona de preparação não existe reação dos gases com 
o carbono da carga. Se o carbono da carga não reage nesta zona, 
ela pode ser tratada como um reator no qual a carga é secada, pré-
aquecida e pré-reduzida pelos gases ascendentes. 
 
 
 
Zona de Preparação 
 
 
 
 
Zona de elaboração 
A zona de elaboração do alto-forno está situada abaixo da zona de 
preparação, englobando parte da zona granular, a zona de 
amolecimento e fusão e a zona de gotejamento (homem morto e a 
zona de combustão). A principal característica da zona de 
elaboração é que o carbono da carga reage nesta zona, e, portanto, 
todo o encargo térmico (reações endotérmicas) para aí transferido é 
traduzido num aumento de consumo de carbono. 
 
 
 
Zona de elaboração 
 
 
Zona de preparação e zona de 
elaboração 
 Então, na prática se tivermos: 
MAIOR 
eficiência de redução da carga metálica na zona de preparação (elevação 
da relação CO2/CO no topo) 
 
MENOR 
Consumo de carbono (kg/t gusa) 
 O problema é: Redução Direta do FeO pelo C (temperaturas acima de 950ºC): 
 
FeO + CO  Fe +CO2 (exo) 
CO2 + C  2CO (endo) “Solution Loss” 
FeO + C  Fe + CO (endo) consumindo calor para ocorrer!!! 
 
Zona de preparação e zona de 
elaboração 
 Podemos aumentar a eficiência de redução controlando 3 fatores: 
1. Contato gás-sólido na ZP: 
Um bom contato gás-sólido está associado à distribuição de carga, à granulometria da 
carga e à própria qualidade da carga metálica com relação à degradação (RDI e 
crepitação). 
2. Qualidade da carga metálica: 
A carga metálica deverá ter uma boa redutibilidade para facilitar as reações de redução. 
3. Tempo de residência maior da carga metálica na ZP: 
Um tempo de residência maior da carga metálica na ZP também contribui para uma 
maior eficiência de redução nessa zona. Uma menor produtividade do alto-forno, na 
maioria das vezes, não é o desejado (caso do AF de KUKIOKA – perfil W). Pode-se 
conseguir isto trabalhando com um coque mais denso, por exemplo. 
 
Zona de preparação e zona de 
elaboração 
As condições termodinâmicas existentes no interior do reator 
promovem a incorporação de algumas impurezas ao gusa líquido e 
separa outras na fase escória e gás. 
 
COQUE MINÉRIO 
Fe2O3 MnO2 P2O5 K2O SiO2 CaO Al2O3 
ESCÓRIA 
GUSA 
Fe3O4 
FeO 
FeO 
Fe (99%) Si (10%) 
SiO2 CaO Al2O3 P2O5 
P (95%) 
G
Á
S
 
K2O 
G
Á
S
 
C 
C (12%) 
G
Á
S
 
Mn (70%) 
MnO 
G
Á
S
 
Mn3O4 
MnO 
A ESCÓRIA 
•É composta de elementos do calcário (CaCO3), ganga do minério e 
cinzas do carvão. 
Sua composição varia entre os seguintes limites: 
SiO2 → 29 a 38 % 
Al2O3→ 10 a 22 % 
CaO + MgO→ 44 a 48% 
FeO + MnO→ 1 a 3 % 
CaS→ 3 a 4% 
A formação da escória compreende reações bem mais 
complexas. 
Essa escória resulta da combinação do CaO e do MgO do 
calcário (fundente) com a ganga (impurezas) do minério e 
as cinzas do carvão. 
A escória caracteriza-se por sua grande fluidez e seu baixo 
peso específico. 
Assim, no cadinho (reservatório), a escória e o gusa 
líquido separam-se por gravidade, formando duas 
camadas, isto é, a inferior (metálica) e a superior (escória), 
facilitando o vazamento de ambos os produtos. 
APLICAÇÕES DA ESCÓRIA. 
Lastro para ferrovias 
Lã para isolamento térmico e 
 acústico em construção civil 
Cimento 
Escória de Alto-forno 
 Características de uma boa escória: 
 
1. Líquida 
2. Fluida (baixa viscosidade) 
3. Tolerância 
4. Reter Álcalis (K2O e Na2O) – escórias ácidas 
5. Reter Enxofre – escórias básicas 
6. Baixo volume 
Escória de Alto-forno 
 A formação da escória inicia-se na região do topo da 
rampa (acima do cadinho), quando ocorre 
combinação da cal (Cao) com a ganga (impurezas 
do minério de ferro) e certa quantidade de óxido de 
ferro e manganês. 
 
É importante ressaltar que essa composição vai 
depender das matérias primas e do tipo de gusa 
fabricado. A composição química é de extrema 
importância e vai determinar as características físico-
químicas das Escórias de Alto-Forno. 
 
 
 
O GÁS DE ALTO FORNO. 
 
 É um subproduto muito importante devido ao seu alto poder 
calorífico. 
Sua composição é a seguinte: 
•CO2→ 13 % 
•CO→ 27 % 
•H2→ 3 % 
•N2→ 57 % 
 
 Limpeza do gás de alto forno. 
 É utilizado na própria usina siderúrgica nos regeneradores, 
aquecimento de panelas e caldeiras. 
 
 
Alto-Forno 
 
 
Produtividade 
É necessário ter controle do desempenho do alto-
forno para atender as especificações do aço 
(composição química, atributos físicos, 
beneficiamento, etc.) Vale ressaltar a 
produtividade e a estabilidade em todo o 
processo do alto-forno. 
Percebe-se a importância do conhecimento das 
zonas de preparação e elaboração, além das 
reações de redução, formação da escória e 
incorporação de inclusões. 
 
 
Técnicas para aumentar 
a produção do Alto Forno. 
 Além da utilização de 90 % da carga metálica do alto forno, no 
formato de sínter ou pelotas e, considerável redução de carvão utilizado e 
consequente aumento de produtividade do alto forno, pela redução do 
consumo de combustível, outras técnicas são empregadas 
•Elevação da temperatura do ar soprado a patamares de 760 a 1000 °C e 
controle da sua umidade 
•Injeção de combustível através das ventaneiras 
•Adição de O2 ao ar, (processo com restrições devido ao alto custo do O2). 
•Operação a alta pressão. 
PRODUTOS DO ALTO FORNO. 
O ferro gusa 
•É utilizado na aciaria para posterior redução do teor de carbono, sendo 
transformado em aço; 
•É uma liga ferro-carbono com alto teor de carbono e, teores variáveis 
de silício, manganês, fósforo e enxofre; 
•Em geral sua composição é a seguinte: 
- Carbono – 3 a 4,5%; 
- Silício – 0,5 a 4,0% 
- Manganês – 0,5 a 2,5% 
- Fósforo – 0,05 a 2,0% 
- Enxofre – 0,20 5 máx. 
Influência dos elementos de liga 
• Carbono (C): 
– Melhora a resistência mecânica; 
– Prejudica a ductilidade (dobramento)e tenacidade; 
– A cada 0,01% de aumento do teor de carbono o limite de escoamento 
aumenta em ~ 0,35MPa. 
• Manganês (Mn): 
– Melhora a resistência mecânica; 
– Prejudica a soldabilidade (menos que o ‘C’); 
• Silício (Si): 
– Aumenta a resistência mecânica e à corrosão; 
– Diminui a soldabilidade; 
• Enxofre (S): 
– Muito prejudicial; 
– Desfavorece a ductilidade e diminui a soldabilidade; 
– Teor limitado a 0,05%. 
 
 
 
 Fósforo (P): 
› Melhora a resistência mecânica e à corrosão; 
› Prejudica a ductilidade (dobramento) e soldabilidade; 
› Pode tornar o aço quebradiço. 
 Cobre (Cu): 
› Aumenta a resistência À corrosão. 
 Níquel (Ni): 
› Aumenta a resistência a abrasão e à corrosão; 
› Diminui a soldabilidade. 
 Cromo (Cr): 
› Aumenta a resistência a abrasão e à corrosão; 
› Diminui a soldabilidade; 
› Melhora o desempenho a temperaturas elevadas. 
 Nióbio (Nb): 
› Consegue-se boa resistência mecânica com boa soldabilidade. 
 Titânio (Ti): 
› Aumenta resistência mecânica e à abrasão; 
› Bom desempenho sob temperatura elevada. 
 Para cada tonelada de ferro 
produzida, são usadas cerca de: 
 
2 ton de minério, 
0,5 ton de calcário, 
1 ton de coque e 
4 ton de ar. 
E, como subprodutos, cerca de 
0,5 ton de escória e 6 ton de gás.