RESUMO PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO FERRO GUSA E ESPONJA

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Siderurgia II - Parte I 
RESUMO PROCESSOS DE OBTENÇÃO DO 
FERRO-GUSA E FERRO ESPONJA 
Nome: Guilherme de Paula Azevedo 
 
Dentro da metalurgia extrativa muitas foram as técnicas desenvolvidas para extração ferro de sua 
forma mineral para metálica vide a importância econômica e social do ferro na sociedade dês dos 
primórdios da idade do ferro até a siderurgia moderna, entre os processos desenvolvidos o Alto 
Forno se destaca através de sua alta produtividade além da relativa simplicidade para obtenção e 
preparação das matérias primas do processo. De forma resumida o alto forno é conceitualmente 
um reator metalúrgico vertical em formato de cuba que trabalha de forma contracorrente, ou seja, 
os gases redutores ascendem para o topo do reator enquanto as cargas constituídas por matérias 
primas ferrosa, fundentes e combustíveis sólidos a base de carbono descendem do topo a parte 
inferior do reator. A carga ferrosa ou metálica utilizada nos altos fornos se encontra na forma de 
hematita (Fe2O3) ou magnetita (Fe3O4) para o caso de minérios de ferro granulados e também na 
forma de óxidos de ferro em materiais produtos de métodos de aglomeração dos finos de minério 
como pelotas e sínter. Para que a temperatura e a atmosfera química interna ao reator seja tal que 
propicie a redução do óxido de ferro para sua forma metálica, é necessário junto a carga metálica 
adicionar o combustível sólido rico em carbono, no caso o coque metalúrgico ou o carvão vegetal, 
o combustível sólido no reator atua de forma a fornecer energia química através da queima do 
combustível desta forma dando origem as isotermas necessárias para o processo de redução, outro 
aporte térmico e químico para o reator é através do ar soprado pelas ventaneiras em altas 
temperaturas aproximadamente 1000ºC variando pelo volume e características de cada reator. 
 
Figura 1, Representação esquemática de um alto forno 
 O oxigênio presente no ar soprado quando em contanto com o excesso de carbono propiciado 
pelo combustível sólido tem papel fundamental senão o principal para a operação do reator pois 
as reações termoquímicas que ocorrem em tal ambiente tendem para a formação do monóxido de 
carbono (CO), reação de Boudouard, esse gás então é responsável pela redução do oxido de ferro. 
Outro papel fundamental do combustível sólido rico em carbono é o próprio fornecimento do 
carbono para o ferro reduzido, dissolvendo-se no metal até próximo a saturação que ocorre entre 
aproximadamente 5 – 3 % de C originando assim o produto final dos altos forno, o ferro gusa. 
 
Figura 2, Reações químicas de processo 
 Unido ao combustível sólido fonte de carbono e a carga metálica é também enfornado materiais 
que atuam de forma a reagir em contado com a ganga presente no minério e as cinzas no carvão 
formando compostos eutéticos com pontos de fusão mais baixos que os óxidos presentes 
originalmente na ganga, dessa forma esses materiais denominados como fundentes tornam tais 
óxidos fusíveis dentro da temperatura de operação do reator formando assim a escória vazada 
junto ao ferro gusa através do furo de gusa, além disso os fundentes são utilizados para balancear 
a basicidade da escória de forma que a mesma seja de acordo com o projetado para os refratários 
dessa forma preservando-os. Visando aumentar a produtividades dos altos fornos para desta forma 
atender as crescentes solicitações do mercado nas ultimas décadas, técnicas como a injeção de 
finos de carvão nas ventaneiras (PCI ou ICP) e o enriquecimento do oxigênio (O2) no ar de sopro 
vem sendo cada vez mais objetos de estudo e análises de processo. A ICP propicia o aumento da 
relação minério/carvão ganhando assim volume de produção e o enriquecimento de oxigênio 
reduz o volume de ar soprado necessário para reduzir as cargas ganhando assim em produtividade. 
O destino do ferro gusa é amplo, sendo que o mesmo após vazado segue para processos de 
lingotamento para assim se obter o lingote de gusa matéria prima para as siderúrgicas e fundições, 
porém a principal rota é através do conceito de siderurgia integrada a qual o gusa produzido pelos 
altos fornos segue líquido por meio de carros torpedos ou panelas para a aciaria onde junto a 
sucata metálica e através de processos de refino seu teor de impurezas naturalmente elevado é 
reduzido além de ser sujeito ao processo de descarbonização, fundamental para obtenção do aço. 
 
Figura 3, Rota siderúrgica integrada 
São muitas as rotas alternativas desenvolvidas para obtenção e redução do ferro, tais processos 
concorrentes dos altos fornos buscam qualidades que justifiquem suas aplicações como menores 
custos de produção e atender as crescentes demandas estabelecidas pelo conceito de indústria 
sustentável. Porém tais rotas ainda estão em sua maioria em processos de desenvolvimento para 
que então possam ser aplicadas em escala global de forma que sua produção seja economicamente 
viável. 
 
 
Tabela 1, Processo alternativos extração de Ferro 
Dentre os processos em estágio avançado o processo Corex se destaca por ser a única rota 
alternativa validada comercialmente, esse processo emprega minérios granulados e aglomerados 
como carga ferrosa e como fonte de carbono é empregado o carvão não coqueificável. A rota de 
processo passa por duas etapas sendo a primeira em reator o oxido de ferro é reduzido através 
do gás redutor proveniente das reações do carbono do carvão no segundo reator, produzindo 
assim o ferro esponja esse ferro esponja segue para esta segunda etapa onde ocorre então a fusão 
do material e também a formação da escória através dos óxidos presentes na ganga. 
 
Figura 4, Fluxograma processo Corex 
Outras técnicas que também em paralelo com o alto forno empregadas para a redução do minério 
de ferro são por muitas vezes, em contra partida com os altos fornos, formas de reduzir o óxido 
ferro sem passar por etapas de fusão completa da carga. Os chamados processos de redução direta 
têm como produto o ferro esponja e quanto a matéria prima variam de acordo com as 
peculiaridades de cada processo, podendo empregar propriamente pelotas e minérios granulados, 
mas também aglomerados alto redutores ou os próprios finos de minério diretamente. Por muitas 
vezes tais processão não necessariamente empregam combustíveis sólidos a base de carbono 
podendo-se empregar o gás natural como agente combustível. Dentre os processos de redução 
direta mais utilizados vale citar como exemplo o processo Midrex, o qual em um forno são 
adicionadas as cargas metálicas de minério e pelotadas juntamente a uma mistura de gases 
previamente elaborada de metano e outros gases a 1000ºC, tais gases atuam diretamente como os 
redutores da carga metálica oxidada. A cinética de redução quando em comparação aos altos 
fornos é dada de forma mais lenta sendo necessários 6 horas de residência do gás para que em 
torno de 760ºC ocorra a redução do minério de ferro, o material posteriormente recebe um gás 
frio para que na parte inferior do reator seja extraído o ferro esponja. 
 
Figura 5, Fluxograma processo Midrex 
Em conclusão o estudo dos processos de redução do minério de ferro em resumo tem sido objeto 
de estudo fundamental para indústria e atualmente devido cenários como redução de qualidade da 
matéria prima e pressões ambientais o desenvolvimento de formas sustentáveis e ao mesmo tempo 
operacionalmente viáveis domina as pautas nas tomadas de decisão na siderurgia.