Produção de Aço

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ProduProduçção de Aão de Aççoo
Metalurgia: diversas técnicas de extração e produção de metais e liga.
Siderurgia: ramo da metalurgia que se relaciona à produção de aço.
Metais nativos: encontrados na natureza.
Primeiras ligas metálicas: obtidas a partir de trabalho dos metais em altas 
temperaturas (bronze: estanho + cobre)
Ligas de metais não encontrados na forma nativa: necessidade de processos 
químicos (redução) para obtenção do metal em forma elementar.
Liga de ferro com pequena adição de carbono: aço-carbono. 
Desenvolvimento de fornos que permitiram adições de elementos 
de liga visando aumentar resistência ao desgaste, ao impacto, 
à corrosão, etc. 
Baixo custo e propriedades estruturais: aço-carbono corresponde 
a cerca de 90% dos metais/ligas metálicas utilizados. 
Conceitos e histórico
Integradas – operam as três fases básicas: redução, refino e laminação;
participam de todo o processo produtivo e produzem aço.
Semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Partem de ferro gusa 
ou sucata metálica para transformação em aço em aciarias elétricas, com posterior 
laminação. 
Não integradas - operam apenas uma fase do processo: processamento 
(ex: laminação).
Parque industrial brasileiro: 13 integradas (a partir do minério de ferro) e 15 semi-
integradas (a partir do processo de ferro gusa com a sucata).
Classificação das Usinas Siderúrgicas
Quais são as matérias-primas para obtenção do aço?
Ferro na natureza: fortemente ligado à oxigênio
Minério de ferro: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (FeO[OH]), siderita(FeCO3), pirita (FeS2) e ilmenita (FeTiO3), misturados com outros compostos (areia). 
Hematita: principal fonte de ferro (mais abundante e com alto teor de ferro). No 
Brasil ocorre em massas compactas ou como rocha metamórfica em camadas 
alternadas com quartzo (itabirito). Pode atingir 69% de ferro. 
Carbono: abundante na natureza e encontrado sob diversas formas: coque (> poder 
calorífico) ou carvão vegetal. 
Duplo papel na siderurgia: combustível (alta T - cerca de 1.500ºC) e redutor
(associação com oxigênio que se desprende do minério (alta T), deixando livre o 
ferro (processo de redução). Processo que se dá em alto fornos.
⇒ Coque (fonte do C): pode conter impurezas e apresentar baixo teor de 
carbono. Produção do coque: T = 1300ºC por 16 horas, para remoção de 
impurezas (ex: alcatrão), por volatilização e vaporização. 
Cal: usado como fundente
Preparação da carga ou sinterização: melhoria do rendimento e economia do 
processo.
O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção 
do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos. 
Redução: transformação em ferro gusa. Impurezas (ex: calcário e sílica) formam a
escória, matéria-prima para a fabricação de cimento.
Refino: Ferro gusa (em fusão) é levado à aciaria, ainda em estado líquido para ser 
convertido em aço, com remoção de impurezas e adições. Ocorre em fornos a 
oxigênio ou elétricos. 
Transformação em produtos acabados: durante processo de solidificação, é
deformado mecanicamente e transformado em produtos utilizados pela indústria de 
transformação (ex: chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames e barras).
Com a evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão 
sendo reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção. 
Etapas da fabricação do aço
5mm< sinter < 50mm
Beneficiamento do minério
Etapa de cominuição – redução do tamanho das partículas
Britadores e peneiramento para classificação das rochas de acordo com o 
tamanho. 
Preparação da carga
Produtos: granulados e os finos de minério. 
Minério mais fino (grande parte): etapa de concentração utilizando-se de cal e 
finos de coque. O produto resultante é chamado de sinter.
Coqueria – pré-tratamento do carvão
Coqueificação: altas temperaturas em câmaras com saídas 
para gases. Moléculas orgânicas complexas do carvão 
mineral produzem gases e compostos orgânicos sólidos e 
líquidos de baixo peso molecular e um resíduo carbonáceo
pouco volátil ⇒ “coque”. 
Matérias-primas carregadas pelo topo do alto 
forno:
- Carga metálica: minério de ferro granulado, sinter, 
pelota e sucata 
- Redutor: carvão vegetal e coque 
- Fundentes: quartzito, calcário e dolomita
Redução
� A matéria-prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno 
(cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida 
(mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em 
intervalos regulares de tempo. 
� Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado 
continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções 
planejadas. 
Alto forno
� Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de 
refino do aço), a escória (combinação de impurezas (ganga) do minério 
com cinzas do carvão, sendo matéria-prima para a indústria de cimento), 
gases de topo e material particulado.
� As impurezas presentes nos minérios não serão reduzidas, sendo 
apenas fundidas compondo a escória.
Processo:
Oxigênio (T = 1000ºC) é soprado pela parte de 
baixo do alto forno (ventaneiras). 
Ar e coque: geração de gás redutor (CO) 
que ascende no forno reduzindo o óxido de 
ferro que desce no alto forno em contra-
corrente em ferro-gusa (teor de carbono entre 
1,7% e 6,67%p. 
½ Fe2O3 + 3/2CO = Fe +3/2CO2
Aciaria: 
Dessulfuração: pré-tratamento do gusaDessulfuraDessulfuraççãoão: : pré-tratamento do gusa
Refino Primário: acontece no convertedor
onde ferro-gusa é transformado em aço
Refino PrimRefino Primáário: rio: acontece no convertedor
onde ferro-gusa é transformado em aço
Refino Secundário: remoção de Si, Mn e, 
principalmente, C. Nesta etapa são feitas as 
correções de composição química para obtenção 
do produto desejado. 
A composição de outros elementos químicos é
corrigida com adição de ligas metálicas. 
Refino SecundRefino Secundáário: rio: remoção de Si, Mn e, 
principalmente, C. Nesta etapa são feitas as 
correções de composição química para obtenção 
do produto desejado. 
A composição de outros elementos químicos é
corrigida com adição de ligas metálicas. 
Lingotamento ContínuoLingotamento ContLingotamento Contíínuonuo
LaminaçãoLaminaLaminaççãoão
Transformação do gusa em aço
Principal equipamento: convertedor, tipo de forno revestido com tijolos refratários.
Pré-tratamento do gusa - Dessulfuração
Gusa líquido deve ser transportado para aciaria com o mínimo de 
perdas de calor. Este transporte é realizado pelos carro torpedo, que 
possibilitam também, a dessulfuração através da injeção de aditivos e 
gás inerte. Este processo prepara o gusa para a próxima etapa de 
transformação.
Dessulfuração na Panela: 
neutralização de acidez
MatMatéériasrias--Primas no Primas no ConvertedorConvertedor::
Gusa líquido: parte predominante da carga 
metálica 
Sucata: alto teor de ferro / complemento de 
carga 
Minério de manganês: aumenta o teor de 
manganês 
Cal: neutraliza os óxidos ácidos 
Fluorita: fundente da cal 
Oxigênio: baixa o teor de nitrogênio do aço 
Ferro ligas e desoxidantes: acerto da 
composição química do aço 
Refino PrimRefino Primáário: Operario: Operaçção no ão no ConvertedorConvertedor
Gusa não apresenta a composição típica dos 
aços, devendo ser reduzidos os teores de 
carbono, enxofre, fósforo, manganês, etc.
Processo: reações de oxidação parcial dos 
elementos contidos no gusa líquido (retirada de 
carbono), convertendo-os em escória através do 
sopro de oxigênio em alta pressão para o interior do 
forno por lança.
Ar ou O2 soprado durante 15 a 20min através ou 
sobre 100 a 150 ton de carga, sendo a fonte de calor 
a própria oxidação dos elementos (reações 
exotérmicas)
Aciarias a oxigênioou elétricas são utilizadas para 
transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de 
ferro em aço líquido. 
Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é
removido juntamente com impurezas
Refino
Elemento Aço ligado 
Carbono Aumento da dureza, fragilidade e resistência ao desgaste 
Silício Aumento da dureza; como desoxidante, melhora a limpeza do aço 
Manganês Aumento da dureza e fragilidade
Desoxidante e dessufulrante
Aumento da resistência à tração e ao desgaste 
Fósforo Aumento da dureza e fragilidade
Redução da dutibilidade
Risco de segregação 
Enxofre Aumento da dureza e fragilidade
Redução da dutibilidade
Risco de segregação 
Boro Aumento da dureza e fragilidade
Níquel Aumento da dureza, da resistência mecânica e às trincas, em composição 
com o Cr 
Cobre Semelhante ao níquel 
Cromo Aumento da dureza, especialmente em combinação com níquel ou 
molibidênio
Molibidênio Aumento da resistência mecânica e da dureza 
Lingotamento ContLingotamento Contíínuo: Solidificanuo: Solidificaçção do Aão do Aççoo
SeSeçções possões possííveis no veis no 
lingotamento lingotamento 
contcontíínuo (mm)nuo (mm)
O lingotamento contínuo é um processo 
pelo qual o aço fundido é solidificado em 
um produto semi-acabado, tarugo, perfis 
ou placas para subseqüente laminação.
LaminaLaminaçção: Conformaão: Conformaçção do Aão do Aççoo
Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma 
alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função 
de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou 
a frio.
Laminação
Produtos semi-acabados
- Blocos
- Tarugos
- Placas 
-Produtos acabados "planos":
- Bobinas
- Chapas 
- Laminados a quente
- Laminados a frio
Produtos acabados "não planos":
- Perfis
- Trilhos e acessórios
- Barras
- Fio-máquina
- Tubos
CSN - Linha de Laminação a Quente 
na Usina Presidente Vargas em Volta 
Redonda – Rio de Janeiro
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. 
LaminaLaminaçção: Conformaão: Conformaçção do Aão do Aççoo
Tipos de Conformação
Outros processos: classificados de acordo com o tipo de força aplicada 
ao material
Trefilação
ExtrusãoExtrusão
escoamento atravescoamento atravéés s 
do orifdo orifíício de uma cio de uma 
matriz.matriz.
metal puxado atravmetal puxado atravéés de s de 
uma matriz (trauma matriz (traçção) ão) 
-Conformação Mecânica: volume e massa são conservados. 
- Usinagem: retira-se material para se obter a forma desejada.
Nomenclatura dos aços
Sistema ABNT
⇒⇒⇒⇒ basicamente o mesmo usado pela AISI e SAE. 
XX XX
Família Teor de carbono 
(em centésimo de %)
ex: 1010 ⇒⇒⇒⇒ família: aço carbono
%C: 0,10%
304 (aço inoxidável austenítico):
18-20% Cr, 8-10,5% Ni, 0,08% C, 2% Mn, 1% Si
304 L ⇒⇒⇒⇒ 18-20% Cr, 8-12% Ni, 0,03% C, 2% Mn, 1% Si
Ligas ferrosas com, no mínimo, 11 % de cromo (formação da camada 
passivadora de (Cr2O3).
Obs:65% do níquel consumido está na fabricação de aço inoxidável 
austenítico e outros 12% em superligas de níquel.
Principais Tipos de Aços Inoxidáveis 
• Aços inoxidáveis ferríticos
(ex: 430, 409)
• Aços inoxidáveis austeníticos
(ex: 301, 304, 304 L, 316, 316 L)
• Aços inoxidáveis martensíticos
(ex: 420)
Elementos de liga dos aços inoxidáveis
Ferritizantes – Favorecem a formação/estabilizam a ferrita (fase alfa): 
Cr, Si, Al, Mo, W, Ti, Nb.
Austenitizantes – Favorecem a formação/estabilizam a austenita (fase 
gama): Ni, Mn, N, C, Cu, Co. 
Aços inoxidáveis
Elevada resistência à corrosão.
Usos: Dutos para transporte de produtos 
químicos, sistemas de exaustão, mobiliário 
urbano e doméstico, trocadores de calor, nas 
indústrias química e petroquímica, papel e 
celulose (diversos equipamentos). 
Aços inoxidáveis
Referências:
http://www.infomet.com.br/
http://www.metalica.com.br