Alto Forno Aciaria e Lingotamento

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VALLOUREC & MANNESMANN TUBES
PRODUÇÃO DE AÇOS NA VMBPRODUÇÃO DE AÇOS NA VMB
SUPERINTENDENCIA SIDERURGIA
V & M do BRASIL S.A.
Hélio Manetta
Gerente de Qualidade
helio.manetta@vmtubes.com.br
tel. (31) 3328-2230
fax. (31) 3328-2588
PRODUÇÃO DE AÇOS NA VMBPRODUÇÃO DE AÇOS NA VMB
“Metalurgia do ferro e do aço”
fonte: Aurélio
“Metalurgia do ferro e do aço”
fonte: Aurélio
Siderurgia
PRODUÇÃO DE AÇOS NA VMBPRODUÇÃO DE AÇOS NA VMB
Fluxo Básico da Produção
Produção 
do Ferro 
Gusa
Produção 
do Aço
Ajustagem 
do Aço
Tube 
Rounds
=+ +
PRODUÇÃO DE AÇOS NA VMBPRODUÇÃO DE AÇOS NA VMB
Fluxo Básico da 
Produção
minério de
ferro
carvão
calcário alto forno Escória
aciariaaçolingotamento
ferro gusa
conformação
usinagem
união
processamento
mecânico
processamento
térmico
recozimento
têmpera
revenimento
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
• Não é encontrado na natureza sob a forma 
metálica;
• É encontrado somente na forma de óxidos 
(minério);
• No Brasil o óxido de ferro predominante nos 
minérios é o Fe2O3
• Não é encontrado na natureza sob a forma 
metálica;
• É encontrado somente na forma de óxidos 
(minério);
• No Brasil o óxido de ferro predominante nos 
minérios é o Fe2O3
O Metal Ferro (Fe)
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Mina de minério de 
ferro
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
• Composição química: 65% deFe
28% de Oxigênio
Restante: “impurezas”
• Não tem as propriedades físicas do ferro.
• É uma pedra igual a tantas outras existentes na 
natureza.
• Composição química: 65% deFe
28% de Oxigênio
Restante: “impurezas”
• Não tem as propriedades físicas do ferro.
• É uma pedra igual a tantas outras existentes na 
natureza.
Minério de Ferro 
(Hematita)
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
O grande desafio da metalurgia do ferro é conseguir 
extrair o metal (Fe ) do minério ( Fe2O 3 )
O grande desafio da metalurgia do ferro é conseguir 
extrair o metal (Fe ) do minério ( Fe2O 3 )
A extração doFe do minério é feita no alto-fornoA extração doFe do minério é feita no alto-forno
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
O Alto Forno é um reator, contra corrente, onde 
processa-se a redução de óxido de ferro 
(minério) utilizando-se, no caso da VMB, carvão 
vegetal como elemento redutor.
O Alto Forno é um reator, contra corrente, onde 
processa-se a redução de óxido de ferro 
(minério) utilizando-se, no caso da VMB, carvão 
vegetal como elemento redutor.
Alto Forno
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Matéria-Primas do Alto-forno
•Sintere pelota: finos de minério de ferro que 
foram aglomerados para utilização no alto-
forno.
•Coque ou carvão vegetal: agente redutor e 
combustível do processo
•Fundentes: tudo aquilo que facilita a 
formação de escória líquida (calcário e 
quartzo).
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Carvão e Minério
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Produtos do Alto-forno
•Ferro gusa: principal produto do alto-forno, 
matéria-prima do aço 
carbono - 3 a 4,5% fósforo - 0,05 a 2,0%
silício - 0,5 a 4,0% manganês - 0,5 a 2,5%
•Escória: combinação dos elementos dos
fundentescom impurezas do minério e cinzas
SiO2 - 29 a 38% CaO +MgO - 44 a 48%
Al2O3 - 10 a 22% FeO +MnO - 1 a 3%
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Gusa Sólido
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Alto-forno
•Gás de Alto Forno 
(CO, CO2, N2, H2O, 
CH4, H2)
•Pó (finos de 
minério e carvão 
carregados pelo 
gás)
SAÍDAS
•Gusa
•Escória
•Ar (Quente)
•O2(enriquecido)
•Finos de carvão
•Gás Natural
•Minério/Pelota/
Sinter
•Coque /Carvão 
Vegetal
•Fundentes
ENTRADAS
Voltar
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Alto-forno
minério de ferro
carvão
calcário
ar
gás de alto forno
ferro gusa
escória
3Fe2 O3 + CO ? 2Fe3O4 
+CO2
Fe (gusa)
Fe3O4 + CO ? 3FeO+CO2
FeO+ CO ? Fe +CO2
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Alto-forno
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Características do ferro gusa
• Contém elevado teor de carbono (4,5%).
• Contém “impurezas” (como P e S).
• É duro e quebradiço (não pode ser 
conformado).
• Em geral é utilizado na fabricação de peças 
fundidas de grande espessura.
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Bica de Gusa
PRODUÇÃO DE FERRO GUSAPRODUÇÃO DE FERRO GUSA
Carro Torpedo
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
• Para se obter o aço à partir do ferro gusa é 
necessário:
1. Tirar o carbono do gusa;
2. Tirar as “impurezas” do gusa (S, P)
3. Aumentar a temperatura do metal líquido
•São ligas ferrosas com teores de carbono 
até 2,1% tipos : aço carbono
aço ligado 
aço micro-ligado
Definições
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Dessulfuração
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
• Diminuir os teores de carbono e fósforo do 
gusa 
• Aumentar a temperatura do metal líquido
• Não utiliza combustível de forma ilimitada.
• O calor gerado no LD é, principalmente, o 
calor da queima do Carbono e do Silício do 
gusa.
• A principal fonte de calor que entra no LD é o 
gusa líquido, a altas temperaturas (~1200ºC).
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Ferro gusa (4,5% de C) + O2 gás + fundentes 
=
Aço líquido (0,06% de C) + (CO + CO2) gás + escória
Si (gusa)? SiO2 (escória)
Mn (gusa)? MnO(escória)
P(gusa)? P2O5(escória)
CaO(fundentes)? CaO (escória)
MgO(fundentes)? MgO (escória)
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•Utiliza gusa líquido e sólido, sucata de aço e 
oxigênio
•O calor contido no gusa líquido e a oxidação dos 
elementos químicos (C, Si, Mn e etc) são as fontes 
que fornecem energia para fundir a sucata
•A sucata de aço é utilizada como um material 
refrigerante para o sistema.
•O sopro de oxigênio, que transforma o gusa em 
aço, transcorre em aproximadamente 20 minutos e 
eleva a temperatura do banho metálico até 1700ºC
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
ConvertedorLD
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•Baixo teor de carbono (~0,06%)
•Baixo teor de “impurezas” (P e S)
•Teor de ferro maior que 99%
•Tem as propriedades do ferro metálico
•Pode ter as suas propriedades acentuadas 
com a adição de pequenas quantidades de 
outros elementos.
Processo LD
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Processo LD - Carregamento da Sucata
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Processo LD - Carregamento de Gusa 
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Vazamento do LD na Panela
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•Após o ajuste do teor de fósforo, carbono e da 
temperatura do aço líquido no LD, deve-se fazer 
o refino secundário do aço
•O refino secundário consiste no acerto final da 
composição química e temperatura do aço, além 
da execução de procedimentos que visam 
“limpar” e/ou desgaseificar o aço.
•O refino secundário na VMB é feito no Forno 
Panela e, dependendo do aço, no VD e
Rinsagemtambém.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•Carbono - quanto maior o teor de carbono, 
maior a resistência mecânica e a dureza do 
aço.
•Molibdênio - aumenta a resistência à tração 
e à ação do calor
•Cromo - aumenta a resistência mecânica e 
ao calor, aumenta a dureza e a proteção anti-
corrosiva do aço.
Elementos de liga no Aço
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•Boro - aumenta a temperabilidadedo aço
•Níquel - aumenta a resistência ao impacto 
de aços estruturais.
•Vanádio - aumenta a resistência à tração.
Elementos de liga no Aço
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•Ao se adicionar ligas no aço, é necessário 
ter calor suficiente para fundi-las.
•O LD nãopode compensar esta 
necessidade de calor, uma vez que suas 
fontes de geração de energia são limitadas.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•O forno panela utiliza a energia elétrica para 
suprir a necessidade de calor.
•O forno panela permite a elaboração de 
aços ligados via LD.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
•No forno panela ocorrem :
•homogeneização química e térmica do 
banho metálico
•refino do aço,
•acerto de composição química
•acerto de temperatura
•É possível a produção do aço com estreita 
faixa de composição química e de excelente 
qualidade.
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Metalurgia Secundária
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Forno Panela
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificaçãoà Vácuo
• Aços com exigência de baixos teores de 
hidrogênio (teores menores que 5ppm)
• Aços com exigência de baixos teores de 
oxigênio (teores menores que 15ppm)
• Aços com teor mínimo de enxofre acima de 
0,010%
• Aços com teor de Ni > 0,40% e Cr > 2,0%
• Aços com elevado grau de limpeza
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificaçãoà Vácuo
• O VD, reduz a pressão de 1atm até menos de 
0,002atm retirando os gases do aço. 
• É realizada pela despressurizaçãodo 
sistema e injeção de argônio, tornando o 
banho extremamente agitado e 
desgaseificado.
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificaçãoà Vácuo
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Desgaseificaçãoà Vácuo
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Estação de Rinsagem
• A rinsagemdeve ser sempre feita após o VD.
• Nela é feito o borbulhamentocom argônio, a 
baixas vazões, para a remoção das inclusões 
que ainda estão flutuando no banho metálico
• Com a baixa injeção de argônio, as inclusões 
são levadas até a superfície do aço, se 
incorporando à escória que lá se encontra.
• Os aços produzidas via VD e Rinsagemsão, 
geralmente, de alto grau de pureza
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Estação deRinsagem
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Estação deRinsagem
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
LingotamentoContínuo
• É a etapa na qual o aço líquido é 
transformado em aço sólido sob a forma de 
barras de seção redonda
• O lingotamentocontínuo é um processo 
onde o aço líquido é colocado em um 
distribuidor que alimenta quatro moldes de 
cobre, refrigerados a água, onde são 
produzidas barras redondas de 180, 194 e 
230mm de diâmetro (caso da VMB)
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
LingotamentoContínuo
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
LingotamentoContínuo
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
LingotamentoContínuo
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Corte das barras
PRODUÇÃO DE AÇOPRODUÇÃO DE AÇO
Identificação das barras
PRODUÇÃO DE BLOCOSPRODUÇÃO DE BLOCOS
Corte a maçarico e corte a serra
PRODUÇÃO DE BLOCOSPRODUÇÃO DE BLOCOS
Preparação e despacho