Produção de Aço - Visão Geral

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA MINAS GERAIS – PUC MINAS
Trabalho Produção de aço
Visão Geral
Belo Horizonte
2019
Sumário: 
1.	Introdução	3
1.1.	Aço:	3
1.2.	Exemplos	3
2.	Coqueria:	4
2.1.	Carvão	4
2.2.	Produção do Coque	4
2.3.	Gases de coqueria	4
3.	Sinterização	6
4.	Calcinação:	7
5.	Alto Forno:	8
6.	Aciaria	9
6.1.	Dessulfuração:	9
6.2.	Convertedor	9
7.	Lingotamento	10
7.1.	Lingotamento Convencional	10
7.2.	Lingotamento Contínuo	10
8.	Laminação:	11
8.1.	Chapas Grossas	11
8.2.	Laminação de tiras a Quente	12
8.3.	Laminação de tiras a frio	12
9.	Galvanização	13
9.1.	Galvanização Eletrolítica	13
9.2.	Galvanização por imersão a quente	14
10.	Referências	15
Introdução 
Aço:
O aço é uma liga metálica composta basicamente de ferro e carbono, com concentrações de até 2% de carbono, podendo conter outros metais que resultam na criação de outros tipos de aços, com diferentes características físico-químicas e diferentes aplicações.
Alguns tipos de aço mais comuns são o aço inoxidável que contém quantidades de cromo e de níquel em sua composição e dificilmente sofre oxidação, as ligas de aço invar e platinite que apresentam quantidades bem maiores de níquel, quase 50% para a primeira e 56% para a segunda, e são ligas que não sofrem muita dilatação, existem vários tipos de ligas para diferentes aplicações, materiais mais resistentes para lâminas, produção de trilhos entre outros usos. 
Exemplos
Foto: Aço inox
Foto: Ligas Platinite e Invar
Coqueria:
Carvão
O carvão é um elemento com elevado teor de carbono e é o produto redutor do minério de ferro, combustível básico no alto-forno, o carvão é triturado até atingir a granulometria/tamanho ideal para a coqueirização, o coque é obtido a partir da destilação do carvão mineral em fornos.
Produção do Coque
A produção do coque em siderurgias possui algumas etapas, desde o recebimento e armazenamento do carvão, até a separação do tipo de carvão e a produção do coque, o carvão chega na indústria por meio de navio ou trem, pois tem maior capacidade de transporte já que a demanda de carvão é elevada, é transportado por meio de esteiras até o pátio de armazenagem, onde carvões com propriedades diferentes são empilhados e separados, após o processo de separação o carvão é colocado em silos para a dosagem, onde passará por um processo de homogeneização das diferentes propriedades do carvão e estará pronto para ir aos fornos de coqueificação.
Nos fornos de coqueificação o carvão é submetido a temperaturas de mais de 100ºC de 16h a 18h e sem a presença de oxigênio, esse processo resulta na liberação de gases do carvão então produzindo um material sólido e poroso, o coque , então o coque produzido é retirado do forno, resfriado imediatamente com água, transportado em correias e armazenado em silos do alto forno, nesse processo também é produzido o gás de coqueria. 
Gases de coqueria
Os gases produzidos são levados para área de carboquímicos onde são processados e produzem gases combustíveis e alcatrão(é utilizado nas ventaneiras do alto forno e reduz o consumo de coque), que podem ser reaproveitados no processo para o aquecimento e produção de energia elétrica, também são produzidos outros produtos como amônia e óleos leves que são vendidos. 
Foto: Forno de coqueria
Foto: Carvão mineral antes e depois do processo de coqueificação
Imagem: PFD(Process flow diagram) da etapa de coqueificação
Sinterização 
A sinterização é um processo da produção do aço que tem como objetivo aproveitar ao máximo o uso dos recursos, reduzindo o desperdício e a quantidade de rejeitos. Nesse processo são utilizadas partículas, os finos do minério de ferro, do coque e fundentes para a produção do sínter, material com características adequadas para o alto forno.
Utilizando água para unir os materiais começa o processo de sinterização, que utiliza os finos de minério, coque, fundentes, e até o pó resultante no final da sinterização, após a mistura dos componentes o composto é levado por meio de esteiras de grelha para os fornos de ignição, onde começa a queima dos combustíveis com a sucção do ar por meio de um sistema de exaustão, nesse processo o combustível é queimado, ocorre a evaporação da água e a fusão parcial das partículas.
O sínter então passa por um processo de resfriamento e sai da máquina passando ainda por dois processos, de britagem e peneiramento, onde atingem a granulometria adequada para ir ao alto forno, o pó resultante desse processo é levado ao precipitador eletrostático e reaproveitado no processo.
Foto: Forno de ignição
Foto: Sínter após o processo de sinterização
Imagem:PFD Sinterização
Calcinação:
É o processo de transformação do calcário em cal virgem, para ser utilizada como fundente no processo de produção do aço, as rochas de calcário armazenadas nos pátios de estocagem são enviadas ao britador e são britadas até atingir a granulometria adequada para serem enviadas ao forno, onde ocorre o processo de descarbonatação que transforma o calcário em óxido de cálcio(CaO) a cal, que é utilizada no processo de sinterização como fundente.
A cal inserida no processo ajuda na formação de ligas com outras substâncias facilitando a formação do ferro gusa com menos impurezas, tanto no processo do alto forno quanto no processo de dessulfuração, e demais processos onde existe a produção de escória.
Imagem: Forno de calcinação
Foto: Rochas de calcário e a cal após o processo de calcinação e após ser moída
Alto Forno:
É no alto forno onde ocorre a produção do ferro gusa, a matéria prima na produção do aço, os produtos como o minério de ferro, o sínter, a cal e o coque são colocados no topo o alto forno e na parte inferior ocorre a injeção de ar quente, aproximadamente 1200ºC, junto com outros combustíveis como gás natural e carvão mineral pulverizado, a queima desses combustível e do coque libera mais calor e um gás com potencial de redução, que reduz o minério de ferro em ferro gusa que é depositado no cadinho, além da produção do gusa ocorre a produção de escória por meio dos fundentes colocados, que eram impurezas presentes no minério e é removida do alto forno. Quando o cadinho está cheio uma perfuratriz faz um buraco no furos de gusa por onde sai o ferro gusa que então percorre os canais de corrida até chegar nos caminhões torpedo, que levarão o gusa até a aciaria.
Imagem: Alto Forno
Imagem: PFD Alto Forno
Aciaria
Dessulfuração: 
Redução das quantidades de enxofre de acordo com a necessidade de cada tipo de aço, na dessulfuração uma lança é colocada nos carros torpedos para injetar aditivos e gases para reduzir os níveis principalmente de enxofre e pequenas quantidades de outras impurezas.
Figura: Processo de dessulfuração
Convertedor
O ferro gusa é colocado em um convertedor onde é misturado com sucata para o refino primário, que é o procedimento de soprar oxigênio e mais fundente para diminuir as quantidades de carbono e fósforo no ferro e eliminar mais algumas impurezas, o aço necessita de quantidades adequadas de carbono em sua composição para resultar em um produto de boa qualidade, com muito carbono o aço se torna duro e quebradiço e pouco carbono maleável e não resistente. 
Após esse processo de sopro o aço é produzido e é derramado em uma panela onde são colocados ferros-liga que são diversos elementos responsáveis na criação de diferentes tipos e aplicações de aço, com diferentes propriedades físico-químicas. No final desse processo o aço passa por mais algumas etapas de ajuste de suas características e então é levado à etapa de lingotamento contínuo.
Figura: Etapas do convertedor
Lingotamento 
O lingotamento é o processo de transformação do aço líquido em barras de aço sólido, existem dois tipos de lingotamento, o convencional e o contínuo, que é mais utilizado hoje em dia.
Lingotamento Convencional
O aço vazado na panela após sair da aciaria é depositado em moldes e são formados os lingotes, após o resfriamento
o aço é removido dos moldes e levados para outras etapas.
Lingotamento Contínuo
Após o aço sair do convertedor, ser derramado na panela e adicionado os ferros-ligas, a panela é transferida para as torres giratórias e então vaza o aço líquido em um distribuidor que distribui o aço nos moldes com resfriamento para a solidificação do aço, são formadas as placas que são mandadas para serem cortadas nos comprimentos específicos e marcadas, em seguida as barras passam por um processo de supervisão e retirada de rebarbas e finalmente são carregadas pelas pontes rolantes até os vagões onde seguem para os processos de laminação ou já são vendidas.
Foto: Processo de lingotamento contínuo.
Imagem: PFD Lingotamento Contínuo
Laminação: 
O processo de laminação consiste em 3 diferentes tipos, a laminação de chapas grossas, laminação de tiras a quente e laminação de tiras a frio, cada processo gera produtos diferentes para fins específicos, de acordo com as especificações dos clientes.
Chapas Grossas
No processo de laminação de chapas grossas as chapas são reaquecidas e laminadas até atingir as dimensões necessárias e são cortadas com espessuras de aproximadamente de 102mm. As chapas resultantes desse processão são destinadas à setores de óleo e gás, naval, construção civil, máquinas industriais entre outros.
Imagem:PFD Laminação de chapas grossas
Laminação de tiras a Quente
Na etapa de laminação de tiras a quente as barras são reaquecidas em fornos a 1200ºC e passam por um processo de desbaste com o objetivo de reduzir a espessura e então segue para a laminação de tiras a quente onde a espessura é novamente reduzida e são produzidas placas de até 16mm, no processo a largura da placa também pode ser reduzida e essas etapas de redução provocam o aumento do comprimento da placa, então as barras passam por um processo de resfriamento e são enviadas para a bobinadeira, onde são transformadas em bobinas e podem ser vendidas ou enviadas para o processo de laminação de tiras a frio.
Imagem: PFD laminação de tiras a quente
Laminação de tiras a frio
No processo de laminação de tiras a frio a bobina recebida do processo de tiras a quente é desbobinada e passa por um processo de decapagem que retira a camada de óxidos da placa, após essa etapa as placas são enviadas para o processo de laminação de tiras a frio onde tem a sua espessura reduzida novamente, atingindo tamanhos de até 2mm. Ao sair do processo de laminação as placas são enviadas para o processo de recozimento que é um procedimento de tratamento térmico para amolecer e adequar a placa para o uso, e para o processo de encruamento que ajusta as propriedades físicas do aço podendo aumentar sua resistividade ou elasticidade e planicidade. 
Após essas duas etapas as placas estão prontas para serem vendidas em forma de bobina ou de chapas, cortadas de acordo com a necessidade, porém existe a possibilidade, de acordo com as especificações do cliente, das placas passarem por um processo de galvanização que protegem contra a oxidação.
Imagem: PFD laminação de tiras a frio
Imagem: Processos de Laminação
Galvanização
A galvanização consiste na deposição de uma camada de zinco na chapa de aço com o intuito de proteger a chapa e podem ser utilizados dois procedimentos de galvanização, a galvanização eletrolítica e a galvanização por imersão a quente.
Galvanização Eletrolítica
Na galvanização eletrolítica a deposição da camada de zinco acontece com a eletrólise, a placa de aço é colocada em uma solução aquosa de zinco e com a passagem de corrente ocorre o revestimento na placa.
Imagem: PFD eletrogalvanização
Galvanização por imersão a quente
Já no processo de imersão a quente a placa de aço é mergulhada em um tanque de zinco fundido que se une ao aço e então é levado a um tratamento térmico para a produção de uma liga metálica na superfície.
Imagem: PFD Galvanização por imersão a quente
Referências
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/11326/11326_3.PDF . Acesso em: Agosto de 2019
https://www.repositorio.ufop.br/bitstream/123456789/7432/1/DISSERTA%C3%87%C3%83O_Produ%C3%A7%C3%A3oCoqueMetal%C3%BArgico.pdf . Acesso em: Agosto de 2019
http://www.fiepr.org.br/sindicatos/sindicalpr/historico-1-3302-19867.shtml .Acesso em: Agosto de 2019
https://www.wikiwand.com/pt/Lingotamento_cont%C3%ADnuo . Acesso em: Agosto de 2019
https://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo.php?codAssunto=40 .Acesso em: Agosto de 2019
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