Aula 3_Nocoes 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. 
Produção do Aço 
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 concentrados (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 (pó de argamassa) . 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 
 
Ferro Primário 
• Fontes de Ferro 
5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 
6mm< Minério 
<40mm 
granulado 
 Em detalhe 
• Detalhes do processo 
 
 
 
 Típica Bateria de coqueificação 
Coque incandescente 
pronto para ser descarregado 
Coqueria 
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 Forno 
O alto forno é um forno de cuba que operado em 
regime de contra corrente. 
No topo do forno o coque, calcário, e o material 
portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) 
são carregado em diferentes camadas. 
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por 
gravidade reagindo com o gás que sobe. 
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos 
regeneradores) é injetado através das ventaneiras. 
Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage 
com o coque formando monóxido de carbono (CO) 
que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro 
presente na carga que desce em contra corrente. 
Alto 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 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). 
Produção do Aço Líquido-métodos mais 
usados atualmente 
A produção do aço líquido se dá através da oxidação 
controlada das impurezas presentes no gusa líquido 
e na sucata. 
Este processo é denominado refino do aço e é 
realizado em uma instalação conhecida como 
aciaria. 
O refino do aço normalmente é realizado em 
batelada pelos seguintes processos: 
 - Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga 
 predominantemente líquida). 
 - Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA 
 (carga predominantemente sólida). 
Conversor LD 
Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) 
da produção de aço líquido mundial, a tecnologia 
continua a ser a mais importante rota para a 
produção de aço, particularmente, chapas de aço de 
alta qualidade. 
Processo industrial teve início em 1952, quando o 
oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir 
daí o crescimento foi explosivo. 
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de 
aços, desde o baixo carbono aos média-liga. 
Conversor LD 
Conversor 
Conversor LD 
Metalurgia de Panela 
Após o refino, o aço ainda não se encontra em 
condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito 
visa os acertos finais na composição química e na 
temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o 
lingotamento contínuo na cadeia de produção de 
aço carbono. 
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser 
liberado, maximizando a produção de aço. 
 - Forno de panela 
 - Desgaseificação 
Forno de Panela 
Forno na metalurgia de panela 
Toda a etapa de refino do aço se dá no estado 
líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma 
adequada em função da sua utilização posterior. 
O lingotamento do aço pode ser realizado de três 
maneiras distintas: 
 - DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira; 
 - INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical 
 penetrando na lingoteira pela sua base; 
 - CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para 
 um molde de cobre refrigerado à água. 
Lingotamento 
Lingotamento Contínuo 
 O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o 
aço fundido é solidificado em um produto semi-
acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente 
laminação. 
 Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos 
anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário 
(lingoteiras). 
Lingotamento Contínuo 
Seções possíveis 
no lingotamento 
contínuo (mm) 
Conformação 
 A grande importância dos metais na tecnologia 
moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com 
que eles podem ser produzidos nas mais variadasformas, para atender a diferentes usos. 
 Os processos de fabricação de peças a partir dos 
metais no estado sólido podem ser classificados em: 
 - Conformação Mecânica: volume e massa são 
 conservados; 
 - Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material 
 para se obter a forma desejada; 
 
 Os processos de conformação mecânica podem ser 
classificados de acordo com o tipo de força aplicada 
ao material: 
 - Compressão direta: Forjamento, Laminação; 
 - Compressão indireta: Trefilação, Extrusão, 
 Embutimento; 
 - Trativo: Estiramento; 
 - Dobramento: Dobramento; 
 - Cisalhamento: Corte. 
Conformação 
 Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem 
reduzida sua seção transversal pela aplicação de 
pressões elevadas, forçando-o a escoar através do 
orifício de uma matriz. 
 Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal 
através de uma matriz, por meio de uma força de 
tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz. 
Tipos de Conformação 
 Forjamento: Processo de transformação de metais por 
prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de 
conformação existente). 
 Laminação: Processo de deformação plástica no qual 
o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e 
rotação. É o de maior uso em função de sua alta 
produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente 
ou a frio. 
Tipos de Conformação 
Dobramento 
Forjamento 
Laminação 
Trefilação 
Embutimento 
Profundo Estiramento 
Matriz 
Cisalhamento 
 
ExtrusãoExtrusão
Tipos de Conformação 
Lingotamento e Laminação