Processo siderurgico 3

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Professara: Tatiana Salazar 
Processos Industriais– aula 3 
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Processos de obtenção do aço 
Quanto a matéria-prima 
 Gusa (Bessemar, Thomas, LD e Siemens-Martin) 
 Sucata de aço (Siemens-Martin, Forno elétrico a arco) 
 Ferro Esponja (Forno eletrico a arco) 
Quanto a fonte de energia 
 Autógenos (conversores); 
 Não autógenos (Forno a arco ou indução); 
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Ferro Gusa versus Aço 
Elemento 
Quimico 
Composição gusa Composição Aço 
C 3,50 a 4,50 % 0,008 a 2,11% 
Mn 0,50 a 2,50 0,50 % 
Si 0,50 a 4,00 % 0,25 % 
P 0,05 a 2,00 % < 0,05 % 
S 0,20 % < 0,05 % 
Processos de obtenção do aço 
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Transformação de ferro gusa em aço 
Processos de obtenção do aço 
 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). 
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O gusa líquido deve ser transportado para aciaria com o mínimo 
de perdas de calor. Este transporte é realizado pelo carro 
torpedo, que possibilita, a dessulfuração em instalação própria, 
através da injeção de CaC2 e gás inerte, submergido por uma 
lança. 
Transporte do gusa líquido para a aciaria 
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Dessulfuração do gusa em carro torpedo 
3FeS + 2CaO + CaC2 3CaS + 2CO + 3Fe 
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Definição 
ACIARIA – é uma unidade dentro de uma usina 
siderúrgica com a função de produzir aços em forma 
de produtos semi-acabados (tarugos, lingotes, placas, 
etc...) 
 
Nesta unidade da fábrica, a matéria prima é 
transformada em aço através de um processo 
metalúrgico envolvendo calor. 
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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. 
Aciaria - Conversor LD 
Processos de obtenção do aço 
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 a grande produtividade; 
 custos mais baixos nas instalações em 
comparação com outras aciarias; 
 nenhum consumo de combustível; 
 consumo de refratários e mão de obra menor 
Vantagens do processo LD 
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 Rapidez da transformação do gusa em aço; 
 
 Reaproveitamento da sucata de recirculação 
(gerada dentro da própria usina) que corresponde a 
23% do aço bruto; 
 
 Comparando com a aciaria S-M, o investimento 
inicial é da ordem de 40% e o custo operacional, 50% 
menor. 
Vantagens do processo LD 
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Transformar o ferro gusa Liquido (1350º C) em aço 
ATRAVÉS DA OXIDAÇAO DO CARBONO 
Definição processo LD 
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Ferro gusa Aço 
C -- (3,0 a 4,5%) 0,1 % 
Temp = 1350ºC Temp = 1650 ºC 
Mn = 0,4 % Mn = 1,0 % (adicionado) 
Oxig = 0,005 Oxig = 0,20 % (absorve) 
Fe = 94,5% Fe = 99,2% 
Características antes e depois do Refino 
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Conversor LD - combinado Esquema de limpeza dos gases 
TUBOS DE SOPRO DE GÁS INERTE 
COIFA 
COLETORA 
DE GÁS 
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 Por cima – através de uma lança suspensa da boca 
do conversor; 
 
 Combinados - normalmente injetando oxigênio por 
cima através da lança e o gás inerte, pelo fundo do 
conversor, através de tubos, para agitar o banho. Os 
resultados seriam reações mais rápidas e completas, 
menor teor de FeO na escória, menor quantidade de 
inclosões, quando comparado com o LD convencional. 
Introdução do oxigênio 
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Descrição do conversor 
 O conversor LD, é um recipiente de forma cilíndrica 
montado em munhões, capaz de girar completamente em 
torno de um eixo horizontal, a carcaça de aço tem a base 
de forma côncava, uma seção cilíndrica intermediária e 
uma seção cônica onde está o canal de vazamento que 
permite a separação do aço e da escória. 
 
 Uma coifa coletora de gás, refrigerada a água, é instalada 
exatamente acima da boca do conversor, na posição 
vertical 
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Calha de carga 
Panela de gusa 
Exaustão de 
gases 
Conversor 
Lança de oxigênio 
Sub-Lança de temperatura e 
carbono 
Silo de adições 
Panela de aço Pote de escória 
Equipamentos 
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CONVERSOR LD 
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CONVERSOR LD 
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 Convetedor 
Refratários 
• Óxidos básicos: CaO e MgO 
 
• Consumo: 2 a 10 kg/t 
 
• Regiões de desgate critícas: 
– Linha de escória: erosão 
– Fundo: impacto da carga 
 
 Prolongamento da vida do refratário 
– Uso de projeção de massa para reparos a quente; 1 vez por turno 
– Uso “slag splashing”: ao término de cada corrida 
Equipamentos 
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 Lança 
˃ Objetivo: injetar a máxima vazão de oxigênio sem 
alterações operacionais como 
+ projeções de metal/escória para fora do conversor, 
+ desgaste acentuado do revestimento, 
+ baixo rendimento metálico, 
+ baixa eficiência energética. 
˃ Corpo da lança: 3 tubos concêntricos (fluxo de oxigênio e 
água de refrigeração) 
˃ Bico: 
+ Material: cobre eletrolítico de alta condutividade térmica 
+ Projeto: 3 furos com seção convergente/divergente para obter 
jato supersonico. 
Equipamentos 
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 Sub-Lança 
˃ Função: medir a temperatura e o teor de 
carbono durante o sopro; 
 
˃ Objetivo: atingir, ao final do sopro, as faixas 
de temperatura e teor de 
carbono;objetivadas, sem necessidade de 
resopro; 
 
˃ Resultado: menor tempo de corrida (maior 
produtividade) 
Equipamentos 
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Seqüência de operação – Conversor LD 
 Carregamento de sucata; 
 
 Carregamento do gusa liquido; 
 
 Inicio do sopro de oxigênio e adição do fundente; 
 
 tomada de temperatura e composição; 
 
 Vazamento do aço – (adições); 
 
 Vazamento da escória. 
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Seqüência de operação do conversor LD 
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Operação Tempo em min 
Carga 8 
Sopro de Oxigênio 18 
Tomada de temperatura 
e comp. quimica 
5 
Vazamento do aço 6 
Retirada da escória 3 
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Matérias- primas – Conversor LD 
1. Gusa líquido 
 
 Constitui a parte predominante da carga metálica, +/- (70%) 
sendo o seu conteúdo térmico, em termos de composição 
química e temperatura responsável pela quase totalidade do 
fornecimento de calor ao processo. 
 
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A composição típica de um ferro gusa utilizado como 
carga em um conversor é: 
 
Composição Quantidade em % 
C 3,0 a 4,5 
Si 0,4 a 6,0 
Mn 0,6 a 0,8 
S Máx 0,05 
P Máx 0,15 
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A proporção de gusa líquido na carga do conversor 
depende: 
Composição (%Si) – capacidade térmica e formação de escória 
Temperatura 
Qualidade do aço a ser produzido (elementos residuais) 
Qualidade da carga sólida (densidade e tamanho) 
Qualidade da cal 
Dimensões do conversor (efeito da perda térmica) 
• Pequenos (~ 30 t): 85 – 90% 
• Grandes (300 t): 70% 
 % de gusa impacta diretamente no custo 
 Alta %, custo mais alto 
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2. Sucata 
 A utilização de material refrigerante na carga do conversor “LD” é 
imprescindívelpara o controle de temperatura do aço no final de sopro. 
3. Cal 
 A adição de cal é então necessária para neutralizar os óxidos ácidos 
formados nas reações de oxidação que, de outra maneira, atacariam 
violentamente o revestimento básico do conversor e para obtenção de 
um índice de basicidade (CaO/SiO2) adequado, imprescindível a uma 
boa dessulfuração e desfosforação. O consumo da Cal é de 
aproximadamente de 58 kg/ton aço. 
 
 
Matérias- primas – Conversor LD 
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4. Fundente 
A função mais importante do fundente é baixar o ponto de fusão da escória, 
outra função importante também é a sua influencia sobre a viscosidade da 
escória; a diminuição dessa viscosidade facilita a impregnação da cal pela 
escória. 
A fluorita, constituída basicamente de fluoreto de cálcio (Ca F2), é utilizada 
como fundente, 
2 Ca F2 + Si O2 Ca O + SiF4 
Matérias- primas – Conversor LD 
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5. Oxigênio 
 O processo LD utiliza oxigênio de elevada pureza. O valor mínimo 
aconselhável é de 99% de O2, sendo ideal valores na faixa de 99,7 a 
99,8% com restante constituído de argônio e cerca de 50 ppm de 
Nitrogênio. 
 
 É importante a altura da lança em relação ao banho metálico. Lanças 
muito próximas do banho permitem que haja oxidação direta do ferro no 
banho, também o oposto faz aumentar em muito o teor de FeO na 
escória. Ambos os extremos resultam em menores rendimentos 
metálicos e enfatizam a importância do controle da altura da lança que 
deve ser de 0,8 a 1,0 m do banho. 
 
Matérias- primas – Conversor LD 
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6. Ferro-ligas e desoxidantes 
 Os ferros-ligas e desoxidantes são materiais utilizados para 
acertos de composição química do aço na panela. É 
necessário e fundamental que os rendimentos das adições 
dos ferros-ligas sejam os mais elevados possíveis, e este 
rendimento depende de vários fatores, sendo os principais, a 
oxidação do banho e a quantidade de escória que cai na 
panela. Uma operação bastante eficiente é quando esta 
adição é feita na panela de vazamento com injeção de gás 
argônio sob pressão pelo fundo. 
Matérias- primas – Conversor LD 
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INJEÇÃO DE GÁS INERTE 
ADIÇÕES DE DESOXIDANTE 
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1. Efervescentes ------------- > 200 ppm de O2 
 
2. Semi-acalmado ------------- 100 ppm < x < 200 ppm 
 
3. Acalmado --------------------- < 100 ppm de O2 
Classificação dos aços em relação ao 
teor de oxigênio 
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Classificação dos aços em relação ao 
teor de oxigênio 
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3. Aços acalmados são aços totalmente desoxidados, 
apresentam teor de oxigênio abaixo de 100 p.p.m. 
2. Aços semi-acalmados são aqueles em que se procurou 
combinar as vantagens da boa superfície dos aços 
efervescentes, com a redução de segregação. Para tal, a 
efervescência foi interrompida, através da adição de alumínio. 
Devido a desoxidação aço apresenta um teor de oxigênio entre 
100 e 200 p.p.m..São utilizados na fabricação de chapas 
grossas para a construção naval. 
Classificação dos aços em relação ao 
teor de oxigênio