Processos de Fabricação Aula 2 João Carlos

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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
FABRICAÇÃO DE AÇOS E FERROS FUNDIDOS
AÇOS x FERROS FUNDIDOS
AÇOS: C < 2,0%; FERROS FUNDIDOS > 2,0%
AÇOS x FERROS FUNDIDOS
AÇOS: OBTIDOS ATRAVÉS DOS PROCESSOS DE SIDERURGIA
FERROS FUNDIDOS: OBTIDOS ATRAVÉS DOS PROCESSOS DE FUNDIÇÃO
SIDERURGIA
FUNDIÇÃO
Produção de ferro
Nas siderúrgicas, é feita a produção de ferro e aço por meio do mineral hematita, que passa por reações de oxirredução em altos-fornos.
O ferro não existe de forma livre na natureza, mas sim nas formas de seus minérios, ou seja, compostos que contêm ferro, sendo que os principais são: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita (Fe2O3.H2O) e pirita (FeS2).
É possível realizar transformações nesses minerais para a obtenção do ferro metálico. A área que faz a extração de um metal através de seus minerais é chamada de metalurgia, e o ramo da metalurgia que trata apenas da produção de ferro através dos minerais mencionados acima é a siderurgia, palavra que vem do grego que significa “trabalho feito sobre o ferro”. Conforme será mencionado mais adiante, nas siderúrgicas também é produzido o aço.
Geralmente, o mineral utilizado nas siderúrgicas é a hematita (figura abaixo) e o processo de produção do ferro é feito em altos-fornos. Primeiramente, colocam-se nesses altos-fornos o carvão coque, que irá ser queimado e produzir calor. Depois se adiciona uma mistura de hematita, calcário (CaCO3) e carvão coque.
 
    
O ferro é escoado por uma saída inferior do alto-forno, estando na forma líquida. Outra camada líquida menos densa é formada, sendo chamada de escória, que sai por um conduto separado. Trata-se de impurezas retiradas pelo CaO e pelo CO2, que foram formados na combustão do calcário:
 CaCO3 → CaO + CO2­
 CaO +  SiO2  →  CaSiO3
 sílica (impureza do minério)               escória
       
Uma corrente de ar favorece a queima do carvão coque e é produzido monóxido de carbono (CO), que reage com a hematita, em uma reação de oxirredução:
Queima do carvão coque: 2 C + O2 → 2 CO
Redução da hematita pelo CO: 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe2O4+ CO2
                                                  Fe2O4 + CO → 3 FeO + CO2
O óxido de ferro (II) (FeO) reage com monóxido de carbono, formando ferro metálico (Fe0) e dióxido de carbono:
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FeO + CO → Fe +  CO2
O ferro formado nesse processo é o ferro-gusa, que contém pequenas porcentagens de carbono (cerca de 5%) e, por isso, é quebradiço. A partir dele, pode-se produzir o aço comum, que é uma liga metálica que contém cerca de 98,5% de ferro, entre 0,5 e 1,7% de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo. Isso significa que é necessário purificar o ferro-gusa para que ele fique com menos carbono.
Quando atinge a pureza praticamente de 100%, ou seja, quando a porcentagem de carbono é menor que 0,5%, ele é chamado de ferro doce.
Tanto para a produção do aço quanto para a produção do ferro doce, injeta-se gás oxigênio no alto-forno, que reage com o carbono na mistura e forma dióxido de carbono, um gás que se desprende:
 C + ½ O2 → CO2
SIDERURGIA – FONTES DE Fe
PROCESSO DE SIDERURGIA
SIDERURGIA – PROCESSOS DE PREPARAÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
SINTERIZAÇÃO: Processo de aglomeração de partículas de minério de Fe através de
Uma fusão incipiente causada pelo calor produzido pela queima de um combustível
Sólido (finos de coque ou de carvão vegetal misturado ao minério; origina o SÍNTER,
produto com melhores propriedades Físicas e químicas para uso em alto-forno
SIDERURGIA – PROCESSOS DE PREPARAÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
PELOTIZAÇÃO: Processo de aglomeração de finos de Minério de Fe na forma de es-
Feras que sofrem, posteriormente, um tratamento térmico para endurecimento. O produto
São as pelotas. 
SIDERURGIA – PROCESSOS DE PREPARAÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
SINTER
PELOTAS
O coque é obtido a partir da destilação do carvão mineral em fornos, na ausência de ar num tempo estabelecido. No processo de coqueificação tem-se a formação do, gás de coqueria, alcatrão e outros produtos químicos.
O coque no interior do alto forno é submetido à degradação tanto física quanto química, sob uma variada gama de temperaturas. Conseqüentemente, requerer-se-á que o coque mantenha sua resistência tanto a temperaturas médias quanto altas. O carvão em forma de coque precisa desempenhar as seguintes funções básicas:
1 – Suprir o calor necessário para os requisitos endotérmicos das reações químicas e fundir as escórias e produtos metálicos dessas reações;
2 – Produzir e regenerar os gases para a redução de vários óxidos (principalmente CO);
3 – Proporcionar a formação de uma forte e permeável armação, através da qual a escória e o metal possam cair para a fornalha, e que os vários gases possam se elevar até o topo do forno;
4 – Suprir carbono que se dissolverá no metal quente.
Para atender às condições de emprego no alto-forno, o coque deve ter resistência para suportar o manuseio, resistir ao esmagamento causado pela carga do forno e ser poroso o bastante para queimar rapidamente em frente às ventaneiras. Além disso o coque deve ser uniforme no tamanho para uma boa distribuição e, também uniforme em análise. Um coque uniforme, com uma estrutura celular bem desenvolvida, poroso e leve, porém, com paredes das células fortes, parece ser o coque ideal para o alto-forno.
Coque
SIDERURGIA – PROCESSOS DE REDUÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
FUNDENTES (OU ESCORIFICANTES): Materiais cuja composição química seja tal que, quando adicionados à carga do alto-forno, reagem com elementos indesejáveis, formando compostos estáveis que se separarão do banho para constituírem a escória do processo. 
Esses elementos indesejáveis podem ser Sílica, Alumina, Fósforo ou Enxofre. 
O Calcário é um dos principais fundentes.
REDUTORES: São os combustíveis sólidos para gerar a reação de redução do Fe. 
Os redutores mais utilizados são carvão vegetal e coque (carvão mineral)
SIDERURGIA – PROCESSOS DE REDUÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
ALTO-FORNO
SIDERURGIA – PROCESSOS DE REDUÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
ALTO-FORNO
SIDERURGIA – PROCESSOS DE REDUÇÃO DO MINÉRIO DE Fe
ALTO-FORNO
SIDERURGIA – PROCESSOS DE REFINO DO AÇO
SIDERURGIA – PROCESSOS DE LINGOTAMENTO DO AÇO
LINGOTAMENTO
CONVENCIONAL
LINGOTAMENTO 
CONTÍNUO
OBRIGADO!!
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Escola de Tecnologia e Engenharia