Processos Siderúrgicos Ciclo de Produção

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Figura 1: Esquematização de um conversor LD.
Aciaria é o nome dado para um conjunto de processos que envolvem a obtenção de aço líquido. Um dos métodos mais usados para a produção de aço é através de um conversor de oxigênio ou também conhecido como conversor LD (Linz e Donawitlz). Esse tipo de forno conta com um vaso de aço em formato de ‘pera’ com um revestimento interno refratário denominado cadinho. O cadinho conta com um sistema basculante para mudá-lo de posição através de uma ponte rolante conforme a necessidade do processo. O conversor LD e tem um processo relativamente curto, com poucas etapas até a obtenção do aço líquido se comparado a outros fornos que podem ser utilizados com a mesma finalidade. 
Após a produção do ferro gusa no alto-forno, esse material é enviado juntamente com outros carregamentos de aços e sucatas para uma nova etapa para se transformar em aços de diferentes especificações de composições químicas de acordo com a aplicação de cada material, esses ajustes de composição química são feitos no conversor LD. Como o ferro gusa tem grandes quantidades de carbono que são indesejáveis na produção de alguns tipos de aço, após o abastecimento do cadinho com matéria prima e o aquecimento até a fundição do material, uma lança é inserida pela parte superior do forno injetando uma quantidade controlada de oxigênio a fim de oxidar parte desse carbono e também outros elementos indesejados como fósforo, enxofre e outras impurezas, para isso também são usados reações de dessulfuração e desfosforação, esse processo também é denominado de refino primário. Esses elementos indesejáveis no aço quando transformados em óxidos, formam uma camada acima do metal líquido denominada escória e o carbono é eliminado na forma de CO2, ainda assim pode ser que haja uma quantidade relevante de impurezas que podem acarretar problemas na qualidade final dos aços, por esse motivo o aço vai para etapa de refino secundário, onde basicamente, no aço presente em um forno panela, são realizados outros processos de reação de dessulfuração e ajustes de elementos de liga a fim de refinar ainda mais o aço, controlando muito bem o teor de impurezas que possam gerar inclusões, após isso é feita novamente análises químicas com o material líquido dentro do forno, caso a composição esteja dentro do especificado para o material requerido, o aço é liberado, terminando assim o que chamam de “corrida” e partindo para próxima etapa, o lingotamento.
 O lingotamento convencional é a etapa de resfriamento do metal líquido para se tornar um material sólido. Basicamente esse processo consiste em, após a etapa de forno, o aço líquido é vazado por uma abertura no cadinho e colocado em moldeiras de aços de alto ponto de fusão, a geometria das moldeiras irá depender do processo produtivo de cada empresa, podendo ser individuais ou em série (vários lingotes numa mesma moldeira, apenas com divisões que os separam). Esse processo apresenta diversas variáveis que são controladas de acordo com a destinação daquele aço e suas especificações, isso porquê o tempo de resfriamento é de suma importância para definir as propriedades mecânicas que o material irá apresentar no final, sendo assim o resfriamento pode ser feito muito lentamente dentro de um forno, ou dentro de galpões para essa finalidade. É nessa etapa onde o metal líquido começa a formar dendritas e depois a se solidificar formando os grãos e tomando sua forma cristalina mais estável. Figura 2: Lingotamento contínuo e convencional, respectivamente.
Há também o lingotamento contínuo, que consiste em eliminar esse tempo de resfriamento e partir para a próxima etapa que é a conformação, nesse caso o aço líquido sai do forno direto para uma esteira laminadora, onde cilindros de aço vão resfriando e conformando o material ao mesmo tempo, esse processo pode ser usado para a fabricação de determinados tipos de aço.
Após a solidificação no lingotamento onde os grãos estão consideravelmente estáveis, a etapa de conformação causa uma deformação no reticulo cristalino através de esforços mecânicos, adentrando mais energia a parte interna do metal. 
A conformação é a etapa onde o aço finalmente começará a tomar a forma final que será comercializada. Nem todos os aços passam por essa etapa, algum vão da fundição direto para o tratamento térmico e de superfície se vazados já em moldes específicos com a geometria final, mas os aços que precisam ser conformados podem sofrer mais de um tipo de conformação até a sua entrega para o consumidor final. Dentro desse processo existem novamente muitas variáveis a serem controladas para que as propriedades mecânicas requeridas sejam obtidas, como o controle de espessura, taxa de deformação, temperatura do material durante o processo, entre outros. Figura 3: Tipos de conformação mecânica.
Entre os principais tipo de conformação podemos listar a laminação, trefilação, estiramento, forjamento, estampagem, extrusão, dobramento e cisalhamento, todas elas além de modificar o material de acordo com a geometria final ou comercial, causam defeitos na microestrutura do aço que são de suma importância para suas aplicabilidades. 
Na laminação, são obtidas geralmente peças que precisarão de uma nova conformação, pois é através desse processo que são obtidas chapas, barras e perfis 
que eventualmente podem ser novamente conformados para obtenção da peça final, como chassis, latas, panelas e demais utensílios. 
Já na trefilação o material é submetido a uma força que o puxa, forçando-o a passar em uma matriz, a extrusão é bem semelhante a esse processo porém nela o material é empurrado contra a matriz; O forjamento é a conformação através de esforços compressivos, onde o material vai escoando e assumindo o formato da peça; A estampagem é quando o material é submetido a um estiramento e seguido de um embutimento, uma chapa de aço é presa nas extremidades e uma ferramenta força o metal para que ele escoe.
A relação da engenharia mecânica com esses processos metalúrgicos está na termodinâmica que envolve todos esses processos, seja de máquinas (rendimento em relação ao calor, energia e trabalho), já todos os processos citados envolvem máquinas de grande porte com alta produtividade e que precisam de manutenções regularmente além de melhora em desempenho, ou em físico-química com a cinética das reações que ocorrem ao longo do processo produtivo.