Metalurgia e Siderurgia: Fabricação de Aço

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AÇO E SIDERURGIAAÇO E SIDERURGIA
 Humberto Gracher Riella
Metalurgia – que estuda e gerencia os metais, 
desde a extração até sua transformação em 
produtos adequados ao uso.
Siderurgia – ramo da metalurgia que se dedica à 
fabricação e tratamento de aços e ferros fundidos.
Principais minérios de ferro:
• Magnetita (Fe3O4) – Corresponde a 
aproximadamente 72% de Fe e 28% de O.
• Hemaltita (Fe2O3) – Corresponde a 
aproximadamente 70% de Fe e 30% de O.
Fabricação de AçoFabricação de Aço
e Siderurgiae Siderurgia
Fabricação de AçoFabricação de Aço
e Siderurgiae Siderurgia
Os minérios de ferro precisam ser 
quimicamente reduzidos para que se obtenha o 
ferro metálico:
Fe3+ + 3e- Fe
Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO
Atualmente existem duas técnicas mais 
importantes para a redução de ferro: Processo 
direto e Processo indireto.
• Processo direto – O agente redutor é um 
composto gasoso (H2 ou CH4). A redução ocorre na 
temperatura de aproximadamente 1000ºC.
• Processo indireto – O agente redutor é o 
coque. A redução ocorre em temperatura entre 
1500 e 1600ºC. O processo é realizado em duas 
etapas: produção de ferro gusa líquido em alto-
forno; e transformação de ferro gusa em diferentes 
tipos de aço na aciaria (unidade de uma usina 
siderúrgica com máquinas e equipamentos 
destinados a transformar o ferro gusa em diferentes 
tipos de aço).
Fabricação de AçoFabricação de Aço
e Siderurgiae Siderurgia
CoqueCoque
O processo de produção do aço envolve outro 
composto, denominado coque. O coque é um 
combustível derivado do carvão, com altos teores 
de carbono.
Coqueificação – Processo de aquecimento do 
carvão, obtendo-se um resíduo sólido, poroso, 
carbonoso (o coque), juntamente com a evolução 
de um certo número de produtos voláteis que 
escapam da câmara de coqueificação.
Fig. 4.1 – Sequência de operações em um dos fornos de 
coqueificação.
Os equipamentos desenvolvidos para produzir 
ferro metálico líquido (ferro-gusa) reduzido pelo 
carbono são chamados alto-fornos. Praticamente 
todo o ferro utilizado na produção primária do aço 
(exceção os produtos de redução direta) é obtido a 
partir de uma forma intermediária, o ferro-gusa.
Ferro-gusa – Produto imediato da redução de 
minério de ferro pelo coque em um alto-forno. 
Pode ser utilizado no estado sólido ou líquido.
Processo IndiretoProcesso Indireto
de Produção de açode Produção de aço
O Alto-FornoO Alto-Forno
O alto-forno é um reator do tipo chaminé no 
qual a carga sólida é descendente e os gases 
redutores ascendentes. É um equipamento contínuo e 
seu funcionamento é ininterrupto por anos.
Os materiais contendo ferro (minério de ferro, 
sínter e/ou pelotas), o coque (combustível e redutor) 
e os fundentes (calcário e/ou dolomita) são 
continuamente alimentados pelo topo. Ar aquecido 
entre 900°C e 1350°C, muitas vezes com adições de 
combustíveis líquidos, sólidos ou gasosos, é insuflado 
pelas ventaneiras posicionadas na parte inferior do 
forno.
O Alto-FornoO Alto-Forno
A combustão do coque previamente 
carregado e/ou do combustível injetado pelas 
ventaneiras fornece o calor necessário às 
reações químicas e para a fusão do ferro, além 
do gás para a redução dos óxidos. 
Ocorrendo a redução do minério, o ferro 
reduzido absorve carbono e é fundido, escorrendo 
para o cadinho na parte inferior do forno. O fluxo 
combina-se com as impurezas do minério e com as 
cinzas do coque e forma uma escória que 
sobrenada o metal líquido do cadinho.
Fig. 4.2 – Esquema de um alto-forno. Detalhe de dois 
mecanismos de topo para carga.
O Alto-FornoO Alto-Forno
O coque siderúrgico exerce três funções 
principais no alto-forno:
• É o combustível;
• É gerador de gás redutor ou age diretamente na 
redução;
• Assegura elevada permeabilidade à coluna de 
carga.
O processo indireto de produção do aço 
consiste, então, na purificação do ferro-gusa, 
sendo dividido em quatro etapas:
1. Preparação da carga ou sinterização – Grande 
parte do minério de ferro (finos) é aglomerada 
utilizando-se cal e finos de coque. O produto 
resultante é chamado de sínter.
2. Redução – Essas matérias-primas são carregadas 
no alto forno. O ar pré-aquecido é soprado pela parte 
de baixo do alto forno. O coque, em contato com o 
oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e 
dá início ao processo de redução do minério de ferro, 
transformando-o em um metal líquido (ferro-gusa).
Processo IndiretoProcesso Indireto
de Produção de açode Produção de aço
3. Refino – O ferro-gusa, líquido ou sólido, e sucata 
de ferro são levados às Aciarias, onde são 
transformados em diferentes tipos de aço. Nesta 
etapa, parte do carbono contido no ferro-gusa é 
removida juntamente com impurezas. A maior parte 
do aço líquido é solidificada em equipamentos de 
lingotamento contínuo ou convencional para produzir 
semi-acabados, lingotes e blocos.
4. Laminação – 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.
Processo IndiretoProcesso Indireto
de Produção de açode Produção de aço
Processos de Redução Direta – São aqueles em 
que o ferro metálico é produzido por meio da 
remoção de oxigênio a ele associado no óxido, a 
temperaturas inferiores ao ponto de fusão dos 
materiais empregados. A redução de minério de 
ferro é efetuada sem que ocorra a fusão da 
carga no reator. O produto de redução é uma 
massa porosa denominada ferro-esponja.
Ferro-esponja – Produto metálico com 85 a 95% 
de ferro e de 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a 
2,0% de C. Tem aspecto esponjoso e é obtido no 
estado sólido à temperatura em torno de 1100ºC.
Processo DiretoProcesso Direto
de Produção de açode Produção de aço
Após a produção do ferro-esponja, o 
mesmo é empregado em processos convencionais 
de aciaria, para a formação do aço (igual 
processo indireto).
A principal diferença entre os diversos 
processos de redução direta está na maneira como 
os reagentes são postos em contato, bem como 
a fonte de redutor empregada.
Atualmente, só existem instalações 
comerciais bem sucedidas utilizando gás natural, 
carvão e derivados de petróleo como fontes de 
redutores.
Processo DiretoProcesso Direto
de Produção de açode Produção de aço
Quanto à forma dos reatores, e, 
consequentemente, o modo de contato dos 
reagentes, os quatro principais tipos utilizados nos 
processos de redução direta são: fornos de leito 
móvel; retortas de leito fixo; leitos fluidizados e 
fornos rotativos.
Quanto ao tipo de redutor, os processos de 
redução direta podem ser divididos em duas classes: 
redutor sólido (carvão ou coque) ou redutor gasoso 
(gás natural-CH4 e/ou gases redutores, como CO e 
H2).
Processo DiretoProcesso Direto
de Produção de açode Produção de aço
Observando-se a composição do ferro-gusa, 
nota-se que, para se atingir a composição desejada 
nos aços, além da adição de elementos de liga, é 
necessário reduzir o teor de carbono, silício, 
manganês, fósforo e enxofre. Em uma usina 
siderúrgica, tais operações são realizadas na 
aciaria, onde ocorre o refino dos aços.
Refino de AçosRefino de Aços
O princípio químico empregado no refino do 
gusa para obtenção do aço é a oxidação. Assim, 
todos os processos de aciaria envolvem meios de 
introduzir quantidades controladas de oxigênio 
no metal a refinar. O oxigênio se combina com os 
elementos indesejáveis (exceto enxofre) e, 
inevitavelmente, com parte do ferro, formando 
óxidos que podem deixar o sistema na forma 
de gases ou passar à escória. A remoção do 
enxofre depende basicamente da escória e da 
temperatura atingida no processo.Refino de AçosRefino de Aços
À medida que o gusa é refinado (reduzindo-
se os teores de carbono, manganês e silício, 
principalmente), seu ponto de fusão aumenta, 
sendo necessário introduzir calor para se manter 
a carga líquida.
As ações realizadas nas etapas de refino têm 
efeito direto sobre a composição química do aço. 
Além disso, direta ou indiretamente, estas ações 
afetam em maior ou menor escala um amplo 
conjunto de propriedades dos aços.
Refino de AçosRefino de Aços
Fig. 4.3 – Fluxograma de produção de aço.
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