DPS 1079 - 13 Materiais metálicos ferrosos - produção do ferro e aço

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Fundamentos dos materiais de construção
13 – Materiais metálicos ferrosos: produção do 
ferro e aço
Universidade Federal de Santa Maria – UFSM
Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas
Curso de Engenharia de Produção
ROTEIRO DA AULA
• Introdução.
• Produção do aço.
• Refino primário.
• Refino secundário.
• Lingotamento.
• Laminação.
OBJETIVOS DO TÓPICO 13
• Identificar a matéria-prima para a produção do aço e fofo.
• Conhecer os processos de produção do aço e fofo.
INTRODUÇÃO
• Concentração média de ferro na crosta terrestre:
• Maiores depósitos de ferro no mundo.
INTRODUÇÃO
Fonte: Branco, PM, Dicionário de mineralgoia citado por Ministério de minas e energia (2001)
• Regiões ricas em ferro no Brasil.
INTRODUÇÃO
O minério de ferro é uma “rocha” com grande 
concentração de ferro
Mina de ferro
(Carajás – PA)
• Como o ferro é encontrado na natureza.
INTRODUÇÃO
Uma das formas mais conhecidas é como óxido de ferro (Fe2O3 – Hematita)
• Alguns tipos de minérios de ferro.
INTRODUÇÃO
Quantidade média de ferro (%)
Hematita Magnetita Limonita Siderita
• Como fazer a pedra se transformar em barras de aço?
INTRODUÇÃO
Pedra rica em ferro Material metálico ferroso
PRODUÇÃO DO AÇO
Pedra rica em ferro Material metálico ferroso
Óxido de ferro Ferro metálico
Fe O Fe Fe
Átomos de ferro ligados a átomos de oxigênio Átomos de ferro ligados a átomos de ferro
PRODUÇÃO DO AÇO
Fe O
Óxido de ferro
Fe O
C
Óxido de ferro
Carbono
Fe
OC
Fe
Monóxido de carbono
Ferro metálico
PRODUÇÃO DO AÇO
A transformação de minério de ferro em aço é feita numa
Usina Siderúrgica
PRODUÇÃO DO AÇO
Minério de ferro
Material metálico ferroso de 
baixa qualidade (gusa)
Aço líquido
Lingotes de aço
Refino primário
Refino secundário
Lingotamento
PRODUÇÃO DO AÇO
• Ciclo de produção → usina integrada.
0 h
Carro Torpedo
Ferro gusa
Minério de Fe
Coque
Fundente
Ferro gusa dessulf.
Conversor LD Forno Panela
Aço carbono
8 h 9 h 10 h 11 h
Aço ligado
Alto Forno
PRODUÇÃO DO AÇO
• Ciclo de produção → usina integrada.
Lingotamento 
Contínuo
12 h
Lingotes de aço
Laminação
Forno de 
reaquecimento
REFINO PRIMÁRIO
• Ingredientes para a produção do aço.
 I – Minério de ferro (fonte de ferro).
 II – Carvão coque (fonte de carbono).
 III – Fundente (calcário – auxilia na “purificação” do aço).
REFINO PRIMÁRIO
• Beneficiamento do minério de ferro.
Granulado
Trituração
Finos
Mineração
Aglomeração
REFINO PRIMÁRIO
• Beneficiamento do minério de ferro.
Aglomerado:
Sinter
Aglomerado:
Pelotas
Granulado
Tamanho:
5 – 18 mm
Tamanho:
5 – 50 mm
Tamanho:
6 – 40 mm
REFINO PRIMÁRIO
• Beneficiamento do carvão.
Coqueifação:
Processo que visa a remoção da matéria volátil 
do carvão
Funções do coque:
1.Reduzir o minério de ferro;
2.Gerar calor;
3.Fornecer carbono à liga.
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
Minério 
de ferro Coque
Fundente
Carga sólida
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
Ventaneiras
Ar quente 
(1000 ºC)
Queimadores
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
150 ºC
2.200 ºC
1.500 ºC
+/- 1.700 ºC
Os gases saem em com temperatura 
de aprox. 150 ºC
A região próxima aos queimadores 
chega a 2.200 ºC
O minério se transforma em metal fundido 
e escorre para o fundo do alto forno a uma 
temperatura de aprox 1.500 ºC
Redução do minério de Ferro
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
O oxigênio do ar em alta temperatura 
reage com o coque (queima do
carbono) formando CO2 e calor
Reações dentro do alto-forno
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
O CO2 na presença de calor reage com o 
coque formando CO (monóxido de C)
Reações dentro do alto-forno
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
O CO na presença de calor reage com 
minério de ferro promovendo sua redução 
(separação do Fe e do Oxigênio)
Reações dentro do alto-forno
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
1.Escória
2.Ferro Gusa
REFINO PRIMÁRIO
• Alto forno.
Gases da reação
Os gases da reação (CO e CO2) atravessam o Alto 
Forno e são recolhidos por uma tubulação que 
leva o gás para retirar a poeria
Estes gases (o CO) são posteriormente queimados 
e o calor gerado é usado para aquecer o ar que 
entra pelas ventaneiras
REFINO PRIMÁRIO
• Aproveitamento dos subprodutos do alto forno
REFINO PRIMÁRIO
• Ferro gusa x aço.
Aciaria
Carro
Torpedo
REFINO SECUNDÁRIO
REFINO SECUNDÁRIO
• Carro torpedo:
Conduz o FERRO GUSA no estado LÍQUIDO para a ACIARIA
REFINO SECUNDÁRIO
• Conversor LD:
Transforma FERRO GUSA em AÇO CARBONO 
(Refino Secundário)
REFINO SECUNDÁRIO
• Conversor LD:
Sucata de aço
Gusa líquido
Fundente
Gases da reação
(CO / CO2)
Escória Líquida
Aço Líquido
O2
REFINO SECUNDÁRIO
• Conversor LD:
O sopro de O2 “queima” o excesso de carbono (e de 
impurezas) a níveis aceitáveis para se tornar AÇO
REFINO SECUNDÁRIO
• Forno elétrico:
REFINO SECUNDÁRIO
• Forno elétrico:
REFINO SECUNDÁRIO
• Controle da composição química
FORNO PANELA
No Forno Panela são efetuadas 
a adição de elementos de liga 
ao aço e a correção da 
composição química
REFINO SECUNDÁRIO
LINGOTAMENTO
Sucata de aço e
/ou ferro gusa
Forno a arco
Forno Panela
Lingotamento
LINGOTAMENTO
• Lingotamento convencional:
LINGOTAMENTO
Lingotes Solidificados
Formatos das seções transversal e 
longitudinal das lingoteiras
• Lingotamento convencional:
LINGOTAMENTO
• Lingotamento contínuo:
LINGOTAMENTO
• Lingotamento contínuo:
LINGOTAMENTO
• Lingotamento contínuo:
Fonte: http://www.gerdau.com.br
LAMINAÇÃO
• Obtenção de produtos semi-acabados:
Laminação logo após o 
lingotamento contínuo
Bobinamento
Limpeza 
química
Trens de
laminação
Estocagem de produtos 
semi-acabados
LAMINAÇÃO
• Obtenção de produtos semi-acabados:
LAMINAÇÃO
• Obtenção de produtos semi-acabados:
O QUE É IMPORTANTE 
LEMBRAR?
O QUE É IMPORTANTE 
LEMBRAR?
REFERÊNCIAS 
► Capítulo II – Processo de produção do gusa.
→ Páginas: 17 – 29.
• CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. III.
2a ed., São Paulo: Editora Mc GraW Hill; 1986.
► Capítulo III – Fabricação do aço.
→ Páginas: 30 – 46.
► Capítulo V – Processos de fundição contínua.
→ Páginas: 51 – 52.
• RIZZO, E.M.S. Introdução aos processos
sinderúrgicos. 1a ed. São Paulo: Editora ABM; 2005.