siderurgia- obtenção de aço

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Siderurgia:	obtenção	de	aço		
Prof.	Teresa	
Universidade	do	Estado	de	Minas	Gerais	–	UEMG	
Unidade	Ubá		
Disciplina:	Química	Industrial	–	II/2019	
Introdução	
Siderurgia	– indústria	de	ferro	–	forma	base	da	estrutura	econômica	
de	um	país	juntamente	com	as	indústrias	de	carvão	e	cimento.	
	
Indústria	siderúrgica:	ferramentas	de	trabalho,	fabricação	de	
máquinas	e	equipamentos	agrícolas,	construção	naval,	tecelagem,	
produtos	químicos,	material	elétrico,	material	bélico,	etc.		
	
Grau	de	progresso	de	uma	nação	(padrão	de	vida):	avaliado	pelo	
consumo	de	produtos	siderúrgicos.	
	
Aço:	liga	metálica	mais	utilizada	atualmente.	
INTRODUÇÃO	E	HISTÓRICO	
NÃO	HÁ	REGISTRO	DO	INÍCIO	DE	PRODUÇÃO	DE	FERRO	PELA	REDUÇÃO	DOS	SEUS	
MINÉRIOS	
	
REFERÊNCIAS	MAIS	ANTIGAS	–	SUGEREM	QUE	FERRO	FOI	EMPREGADO	NA	ÍNDIA	E	CHINA	
POR	VOLTA	DE	2000	a.C.	
	
FONTES	DE	FERRO:	METEORITOS,	FERRO	NATIVO	(FONTES	RARAS)	E	MINÉRIOS	FERROSOS,	
REDUZIDOS	PELO	HOMEM	
	
FATOS	CONHECIDOS:	MINERIO	DE	FERRO,	MISTURADO	COM	CARVAO	SOB	TEMPERATURAS	
ELEVADAS	PRODUZ	FERRO	METÁLICO		
	
PRODUÇÃO	DE	FERRO	COMEÇOU	A	SER	SIGNIFICATIVA	NO	INÍCIO	DO	SÉCULO	XIV	COM	
AUMENTO	DA	ALTURAS	DOS	FORNOS	E	CONDIÇÕES	DE	SOPRO	SE	APERFEIÇOANDO	
	
SURGIMENTO	DA	FUNDIÇÃO	(DESCARBURIZAÇÃO	DO	FERRO):	INDÚSTRIA	SIDERÚRGICA	FOI	
IMPULSIONADA	A	PARTIR	DA	SEGUNDA	METADE	DO	SÉCULO	XV	–	PRODUÇÃO	DO	FERRO	
PELO	“REFINO”	DO	FERRO-GUSA.	
MATÉRIAS-PRIMAS	
Minerais:	 contém	metais	 em	 sua	 composição	 química,	 que	 podem	
permitir	sua	extração.	
	
Rochas	 com	 grande	 quantidade	 de	 um	 elemento	 químico	 livre	 ou	
combinado	com	outro	elemento:	minério	 (rocha	=	minério	quando	
tem	 importância	 econômica	 – depende	 da	 concentração	 e	
viabilidade	de	extração	do	metal	de	interesse)		
	
Maiores	jazidas	de	minério	de	ferro	no	mundo:	
	-	Austrália,	Brasil,	Estados	Unidos,	Rússia,	França	e	Inglaterra	
	-	Brasil	(hematita):	MG,	MS,	PA,	AM,	BA	
	
Matérias	primas	principais:	minério	de	ferro,	carvão	e	calcário	
	-	Carvão:	combustível,	redutor	do	minério	de	ferro	e	fornecedor	
de	carbono	para	a	liga	
	-	Calcário:	material	fundente,	gerador	da	escória	(subproduto	do	
processo)		
	
PREPARO	DAS	MATÉRIAS-PRIMAS	
Preparação	do	minério	de	ferro	
-  Objetivo:	 obtenção	de	mineral	 concentrado	em	 ferro	 (60	 a	 69%	
Fe)	
-  Criação	 da	 porosidade	 que	 permita	 passagem	 dos	 gases	
redutores,	já	que	os	sólidos	finos	do	mineral	dificultam	a	entrada	
de	ar	no	processo	e	diminuem	a	velocidade	 com	que	o	ar	pode	
entrar	e	participar	da	combustão.	
-  Aglomeração	do	mineral:	
-  	 visa	 melhorar	 a	 permeabilidade	 da	 carga	 no	 alto-forno,	
reduzir	 o	 consumo	 de	 carvão	 e	 acelerar	 o	 processo	 de	
redução.	
-  Permite,	 que	 seja	 reduzida	 a	 quantidade	 emitida	 de	 finos,	
lançada	 pelo	 alto-forno	 no	 sistema	 de	 recuperação	 de	
resíduos	
-  Processos	 de	 aglomeração:	 sinterização	 e	 pelotização	
(aglutinação	dos	finos	do	minério)	
PREPARO	DAS	MATÉRIAS-PRIMAS	
Preparação	do	carvão	
-  Carvão	mineral,	 que,	 por	 não	 possuir	 resistência	 suficiente	 para	
suportar	as	 cargas	do	alto-forno,	necessita	de	uma	etapa	prévia	
de	coqueificação.	
-  Coqueificação:	 carvão	 sofre	 destilação	 na	 ausência	 de	 ar,	 com	
liberação	de	substâncias	voláteis	por	18	horas	a	uma	temperatura	
de	 1300	 oC.	 Produto:	 coque	 metalúrgico,	 poroso,	 composto	
basicamente	 por	 carbono,	 elevada	 resistência	 mecânica	 e	 alto	
ponto	de	fusão.	
Preparação	do	calcário	
-	 Moído	 e	 peneirado	 para	 ser	 utilizado	 no	 alto-forno.	 Não	 requer	
reação	 química	 prévia	 para	 que	 seja	 incorporado	 ao	 forno	 de	
produção	do	ferro.	
Processo	Siderúrgico		
Três	 grandes	 etapas:	 1)	 redução	 do	 ferro,	 2)	 refino	 e	 3)	 conformação	
mecânica	do	metal	obtido.	
	
1)  Redução	do	ferro	(e	fusão	do	ferro)	
Metais:	 alta	 tendência	 em	 doar	 elétrons.	 Nos	 minerais	 são	 encontrados	
com	NOX	+	e	é	necessário	que	sofram	redução.	
Alto	forno:	estrutura	cilíndrica	(30	m	altura),	sendo	constituída	de	3	partes	
principais:	 cadinho,	 rampa	 e	 cuba	 (revestidos	 internamente	 por	material	
refratário)	
	-	Cadinho:		Parte	inferior		
	-	Rampa:	Injeção	de	ar	aquecido,	responsável	pela	combustão	do	carvão	
	-	Topo	da	cuba:	Carregamento	do	minério	de	ferro	na	forma	de	sínter,	
coque	e	um	material	fundente	(calcário).	
	
Para	otimizar	processo	de	fusão	de	hematita,	utiliza-se	calcário,	isto	é,	uma	
substância	 que	 reage	 com	 impurezas	 do	minério,	 produzindo	 compostos	
de	fácil	separação	(escória)	e	permitindo	que	se	obtenha	uma	mistura	de	
ponto	de	fusão	mais	baixo.		
	
PF	da	hematita:	1560	oC,	mas	cai	para	1200	–	1300	oC	com	o	fundente.		
	
Na	produção	de	ferro,	calcário	decompõe-se:		
CaCO3(s)	+	calor	à	CaO(s)	+	CO2(g)	
Processo	Siderúrgico		
Ao	mesmo	tempo	que	atua	como	fundente,	o	calcário	forma	o	subproduto	
siderúrgico,	a	escória	de	alto-forno.	
Escória:	 formada	 a	 1200	 oC	por	meio	da	 combinação	de	CaO	do	 calcário	
com	as	impurezas	do	minério	(ganga)	e	as	cinzas	de	carvão.	
	
Ex:	CaO	+	SiO2	à	CaSiO3	
	
Demais	 impurezas	 são	 usadas	 na	 fabricação	 de	 adubos,	 cimentos	 ou	
tijolos.	
	
Coque	 é	 utilizado	 para	 promover	 a	 redução	 da	 hematita,	 isto	 é,	
transformação	do	Fe3+	em	ferro	metálico,	Fe.	
	
C(coque)	+	O2	à	CO2	
	
CO2+	C(coque)	à	2CO	
Processo	Siderúrgico		
CO	formado	irá	reduzir	o	ferro	da	hematita	de	acordo	com	as	etapas:	
	
3Fe2O3	+	CO	à	2Fe3O4	+	CO2	
Fe3O4	+	CO	à	3	FeO	+	CO2	
FeO	+	CO	à	Fe	+	CO	
	
As	últimas	reações	fundamentais	ocorrem	na	região	de	temperaturas	mais	
altas	da	rampa:	
	
3Fe	+	C	àFe3C	(ferro-gusa)	
3Fe	+	2CO	à	Fe3C	+	CO2	
	
No	 ferro-gusa	 se	 encontram	 incorporados	 Mn,	 Si,	 P	 e	 S	 contidos	 em	
pequenas	quantidades	na	matéria-prima.	
	
Ferro-gusa	é	liberado	no	alto-forno	para	refino.	
Parte	 superior	 do	 alto	 forno	 recolhe-se:	 N2	 (60-65%),	 CO	 (35-40%),	 CO2,	
H2,	etc.	
Processo	Siderúrgico		
Ferro-gusa	 obtido	 contém	 entre	 2	 a	 5%	 de	 C	 em	massa	 e	 é	 usado	 para	
produzir	 aço,	 cujo	 teor	 de	 carbono	 varia	 de	 0,5	 a	 1,7%,	 o	 ferro-gusa	 é	
tratado	em	fornos	especiais	de	refino.	
	
Em	países	primitivos:	minérios	de	 ferro	eram	transformados	diretamente	
em	aço	ou	 ferro-doce	 (sem	preparação	 intermediaria	do	 ferro	gusa).	 Isso	
ocorria	porque	a	temperatura	dos	fornos	não	ultrapassava	1200	–	1300	oC	
e	assim	o	ferro	era	obtido	em	consistência	pastosa.	
	
Início	do	século	XIV:	obtenção	do	ferro-gusa	pelos	altos-fornos.	Aumentou-
se	a	 temperatura	da	mistura	minério	de	 ferro	e	carvão	acima	de1500	oC,	
de	 modo	 a	 obter	 a	 fusão	 do	 ferro	 que,	 reagindo	 com	 uma	 pequena	
quantidade	de	carbono,	produzia	o	gusa.		
	
Processos	de	 siderurgia	atuais:	 indiretos	por	não	 se	produzir	aço	a	partir	
do	minério,	e	sim	a	gusa,	que	é	descarbonizada,	formando	aço.	
Processo	Siderúrgico		
Ferro-gusa:	2	a	5%	de	C,	além	de	outras	impurezas	como	enxofre	e	fósforo,	
na	sua	composição.		
Para	 obtenção	 de	 aço	à	 REFINO	 do	 metal	 nos	 conversores	 ou	 fornos	
elétricos	
	
Ferro-gusa	é	a	matéria-prima	utilizada	para	produção	de	aço.	As	matérias-
primas	são	carregadas	através	de	um	eletroíma	para	dentro	de	cestões.	
	
Dos	cestões,	os	materiais	 ferrosos	são	encaminhados	aos	conversores	ou	
fornos	elétricos	para	refino.	
	
Gusa	à	 Aço	 (processo	de	oxidação	parcial	– combinação	do	 ferro	e	das	
impurezas	 com	 o	 oxigênio)	 até	 que	 a	 concentração	 de	 carbono	 e	
impurezas	se	reduzam	a	valores	desejados.	
	
Bessemer	e	Thomas	(1847):	 injeção	de	ar	sob	pressão	à	aço	em	grandes	
quantidades.	
Linz-Donawitz:	injeção	de	O2	puro	
Refino	do	ferro-gusa:	produção	do	aço	
Conformação	mecânica	
Moldagem	do	aço	em	diversas	conformações	dependendo	do	objetivo	do	
uso	final	do	produto	(pregos,	fios	de	aço,	concreto	armado,	etc)	
	
Processos:laminação	a	quente	e	trefilação		
	
	-	Laminação	a	quente	
Barras	produzidas	nas	lingoteiras	são	reaquecidas	a	1200	oC	e	submetidas	
a	 esforços	 por	 compressão.	 O	 aço,	 é	 forçado	 a	 passar	 pelos	 trens	 de	
laminação	 que,	 em	 geral,	 são	 divididos	 em	 3	 categorias:	 debastadores,	
intermediários	e	acabadores.	
Ocorre	 oxidação	 superficial	 da	 barra,	 formando	 fios	 e	 chapas	 de	 aço:	
carepa	de	laminação.	
	
	-	Trefilação	
Rolos	de	fios	de	aço	são	submetidos	a	uma	deformação	a	frio	através	do	
estiramento	 do	 aço.	 Antes	 disso,	 é	 necessária	 decapagem	 dos	 fios	
provenientes	 dos	 laminadores	 a	 quente	 para	 remover	 a	 carepa	 de	
laminação.