Aula 4 noções de siderurgia

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Noções de siderurgia
Materiais metálicos, processos de 
fabricação de ligas ferrosas
Resumo do processo
• MINÉRIO+ CARVÃO(Coque ou carvão vegetal) + FUNDENTE 
(calcário) são adicionados ao ALTO FORNO que produz o FERRO 
GUSA. Este é levado para a ACIARIA (processo pode iniciar aqui 
com SUCATA) onde é colocado em CONVERSORES OU FORNOS 
ELÉTRICOS (nesse caso em geral a partir de SUCATA) ONDE É
FABRICADO O AÇO. Ainda líquido ele é vazado em grandes 
lingotes – LINGOTAMENTO CONVENCIONAL, ou na forma de 
barras de maneira contínua LINGOTAMENTO CONTÍNUO. Sendo 
após CONFORMADO (laminação, trefilação, forjamento, extrusão)
• O FERRO GUSA também é entregue às FUNDIÇÕES, onde é
fundido em fornos CUBILÔ para fabricar os FERROS FUNDIDOS. 
O metal líquido é vazado em moldes de areia com resina com uma 
cavidade equivalente à forma definitiva da peça a produzir. 
ProduProduçção do Aão do Aççoo
O que são materiais ferrosos?
• Os materiais ferrosos, são ligas de ferro e carbono 
contendo elementos residuais como silício manganês 
fósforo enxofre entre outros.Pode conter elementos 
adicionados (cromo molibdênio níquel vanádio e outros) 
com algum propósito particular (aços liga ou ligados 
ferros fundidos ligados).
• Aços: teor de carbono até aproximadamente 2% 
(maioria dos aços tem carbono até 0,5%).
• Ferros fundidos: teor de carbono entre 2% e 6,7% (na 
prática entre 2,5 , 4,5 %) em geral contendo silício em 
percentual maior que os aços que garante a presença 
de grafita (carbono puro) na estrutura. 
Matéria prima dos materiais ferrosos
• Minérios:
• Magnetita Fe3O4 coloração preta
• Hematita Fe2O3 coloração avermelhada principal minério no Brasil 
(itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.
• . 
• São enriquecidos (Vale)
• Carvão: (reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao ferro)
• Coque: destilação seca do carvão mineral à 1000 1100ºC, alta 
resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre (pior 
qualidade)
• Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao 
esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre (melhor 
qualidade)
• Fundentes:
• Calcário ou caliça . Baixam o ponto de fusão da ganga (o que 
não é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem com eles 
formando a escória
FerroFerro PrimPrimááriorio
•• Fontes de FerroFontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mmgranulado
6mm< Minério <40mm
granulado
Em detalheEm detalhe
•• Detalhes do processoDetalhes do processo
Típica Bateria de coqueificaçãoTípica Bateria de coqueificação
Coque incandescente 
pronto para ser descarregado
Coque incandescente 
pronto para ser descarregado
CoqueriaCoqueria
Alto forno
• Serve para produzir o ferro gusa, que 
é uma forma intermediária na 
produção dos aços
• Entra na parte superior do forno 
minério de ferro, coque (ou carvão 
vegetal) e fundente.
• É insuflado ar pelas ventaneiras que 
queima o caque gerando CO que faz a 
redução do minério de ferro a ferro 
mas esse ferro incorpora um 
percentual de carbono (ferro gusa).
• Ex. de reação de redução: ½ Fe2O3 + 
3/2CO = Fe +3/2CO2
Alto FornoAlto Forno
O alto forno O alto forno éé um forno de cuba que operado em um forno de cuba que operado em 
regime de contra corrente. regime de contra corrente. 
No topo do forno o coque, calcNo topo do forno o coque, calcáário, e o material rio, e o material 
portador de ferro (sinter, pelotas e minportador de ferro (sinter, pelotas e minéério granulado) rio granulado) 
são carregado em diferentes camadas. são carregado em diferentes camadas. 
A carga sA carga sóólida, alimentada pelo topo, desce por lida, alimentada pelo topo, desce por 
gravidade reagindo com o ggravidade reagindo com o gáás que sobe.s que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos 
regeneradores) regeneradores) éé injetado atravinjetado atravéés das ventaneiras.s das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o OEm frente as ventaneiras o O22, presente no ar, reage , presente no ar, reage 
com o coque formando moncom o coque formando monóóxido de carbono (CO) xido de carbono (CO) 
que ascende no forno reduzindo o que ascende no forno reduzindo o óóxido de ferro xido de ferro 
presente na carga que desce em contra corrente. presente na carga que desce em contra corrente. 
Alto FornoAlto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
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. 
Os produtos do alto forno são o gusa (que segue 
para o processo de refino do aço), a escória 
(matéria-prima para a indústria de cimento), gases 
de topo e material particulado.
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 FornoAlto Forno
Alto forno
Aciaria
• A composição do gusa está longe 
da composição típica dos aços 
devendo ser reduzido os teores 
de carbono enxofre fósforo 
manganês entre outros.
• O princípio químico é a oxidação 
dos elementos envolvendo a 
injeção controlada de O2 ou de ar 
saindo na forma de gases ou 
passando para a escória.
• Conversores: ar ou O2 é soprado 
durante 15 a 20 min.através ou 
sobre 100 a 150 ton. de carga, 
sendo a fonte de calor a própria 
oxidação dos elementos (reações 
são exotérmicas)
• Tipos de conversores: Thomas ar 
insuflado por baixo. Bessemer Ar 
insuflado por baixo, e LD O2 
insuflado com lança ( em geral 
adiciona-se sucata junto para 
baixar a temperatura), (MAIS 
USADO)
• Fornos elétricos: Utiliza arco 
elétrico entre 3 eletrodos de 
grafite e a carga. Em geral utiliza 
sucata como carga, tempo de 
corrida 2 horas (em geral usado 
para aços especiais).
ProduProduçção do Aão do Açço o LLííquidoquido--mméétodostodos mais mais 
usados atualmenteusados atualmente
A produA produçção do aão do açço lo lííquido se dquido se dáá atravatravéés da s da 
oxidaoxidaçção controlada das impurezas presentes no ão controlada das impurezas presentes no 
gusa lgusa lííquido e na sucata. quido e na sucata. 
Este processo Este processo éé denominado refino do adenominado refino do açço e o e éé
realizado em uma instalarealizado em uma instalaçção conhecida como ão conhecida como 
aciaria.aciaria.
O refino do aO refino do açço normalmente o normalmente éé realizado em realizado em 
batelada pelos seguintes processos:batelada pelos seguintes processos:
-- Aciaria a oxigênio Aciaria a oxigênio –– Conversor LD (carga Conversor LD (carga 
predominantemente lpredominantemente lííquida).quida).
-- Aciaria elAciaria eléétrica trica –– Forno elForno eléétrico a arco trico a arco –– FEA FEA 
(carga predominantemente(carga predominantemente ssóólida).lida).
Conversor LDConversor LD
ResponsResponsáável por cerca 60% (540 milhões vel por cerca 60% (540 milhões tonton/ano) /ano) 
da produda produçção de aão de açço lo lííquido mundial, a tecnologia quido mundial, a tecnologia 
continua a ser a mais importante rota para a continua a ser a mais importante rota para a 
produproduçção de aão de açço, particularmente, chapas de ao, particularmente, chapas de açço de o de 
alta qualidade.alta qualidade.
Processo industrial teve inProcesso industrial teve iníício em 1952, quando o cio em 1952, quando o 
oxigênio tornouoxigênio tornou--se industrialmente barato. A partir se industrialmente barato. A partir 
dadaíí o crescimento foi explosivo.o crescimento foi explosivo.
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de Permiteelaborar uma enorme gama de tipos de 
aaçços, desde o baixo carbono aos mos, desde o baixo carbono aos méédiadia--liga.liga.
Conversor LDConversor LD
Conversor
Conversor LDConversor LD
Metalurgia de PanelaMetalurgia de Panela
ApApóós o refino, o as o refino, o açço ainda não se encontra em o ainda não se encontra em 
condicondiçções de ser ões de ser lingotadolingotado. O tratamento a ser feito . O tratamento a ser feito 
visa os acertos finais na composivisa os acertos finais na composiçção quão quíímica e na mica e na 
temperatura. Portanto, situatemperatura. Portanto, situa--se entre o refino e o se entre o refino e o 
lingotamento contlingotamento contíínuo na cadeia de produnuo na cadeia de produçção de ão de 
aaçço carbono.o carbono.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser 
liberado, maximizando a produliberado, maximizando a produçção de aão de açço.o.
-- Forno de panelaForno de panela
-- DesgaseificaDesgaseificaççãoão
Forno de PanelaForno de Panela
Forno na metalurgia de panela
Toda a etapa de refino do aToda a etapa de refino do açço se do se dáá no estado no estado 
llííquido. quido. ÉÉ necessnecessáário, pois, solidificrio, pois, solidificáá--lo de forma lo de forma 
adequada em funadequada em funçção da sua utilizaão da sua utilizaçção posterior.ão posterior.
O lingotamento do aO lingotamento do açço pode ser realizado de três o pode ser realizado de três 
maneiras distintas:maneiras distintas:
-- DIRETO: o aDIRETO: o açço o éé vazado diretamente na vazado diretamente na lingoteiralingoteira;;
-- INDIRETO: o aINDIRETO: o açço o éé vazado num conduto vertical vazado num conduto vertical 
penetrando na penetrando na lingoteiralingoteira pela sua base;pela sua base;
-- CONTCONTÍÍNUO: o aNUO: o açço o éé vazado continuamente para vazado continuamente para 
um molde de cobre refrigerado um molde de cobre refrigerado àà áágua.gua.
LingotamentoLingotamento
Lingotamento ContLingotamento Contíínuonuo
O lingotamento contO lingotamento contíínuo nuo éé um processo pelo qual o um processo pelo qual o 
aaçço fundido o fundido éé solidificado em um produto semisolidificado em um produto semi--
acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqacabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüüente ente 
laminalaminaçção.ão.
Antes da introduAntes da introduçção do lingotamento contão do lingotamento contíínuo, nos nuo, nos 
anos 50, o aanos 50, o açço era vazado em moldes estaciono era vazado em moldes estacionáário rio 
(lingoteiras).(lingoteiras).
Lingotamento ContLingotamento Contíínuonuo
SeSeçções possões possííveis veis 
no lingotamento no lingotamento 
contcontíínuo (mm)nuo (mm)
Lingotamento e LaminaLingotamento e Laminaççãoão