Metalurgia Extrativa e Siderurgia Tomo II - Alunos (1) pdf

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Universidade Federal de Campina Grande 
Centro de Ciências e Tecnologia 
Unidade Acadêmica de Engenharia 
Mecânica 
Metalurgia Extrativa e Siderurgia 
Tomo II 
 
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5. PROCESSOS SIDERÚRGICOS 
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5. Processos siderúrgicos 
5.1 Fabricação do Ferro Gusa; 
5.2 Fabricação do Aço; 
5.3 Processos de Redução Direta; 
5.4 Fundição Contínua. 
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5.1 Fabricação do Ferro Gusa 
A indústria siderúrgica 
abrange todas as etapas 
necessárias para, a partir das 
matérias primas, produzir-se 
ferro e aço. Figura 6.1. 
O processo clássico - “alto forno” - 
ferro-gusa” - aço. Figura 1. 
Matérias-primas da indústria 
siderúrgica: 
1. Minério de ferro – essencial, 
pois dele se extrai o ferro. 
2. Carvão – combustível, redutor 
do minério e fornecedor de 
carbono. 
3. Calcário – fundente. 
5.1 Fabricação do Ferro Gusa; 
5.2 Fabricação do Aço; 
5.3 Processos de Redução Direta; 
5.4 Fundição Contínua. 
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Minério de Ferro 
Composto – óxido, carbonato e sulfetos – raramente ocorre 
forma nativa. 
Principais Minérios: 
1. Magnetita (Fe
3
O
4
) – 50 a 70% de ferro, cinza escuro e propriedades 
 magnéticas. 
2. Hematita (Fe
2
O
3
) – 45 – 68% de ferro, avermelhado. É o tipo mais 
 comum de minério. 
3. Limonita (2Fe
2
O
3
H
2
 O) – 20 a 50% de Fe – hematita hidratada – cor 
 marrom. 
3. Siderita – pouco comum – carbonato (FeCO
3
) - 10 a 45% Fe. 
4. Pirita – pouco comum – sulfeto (FeS
2
) sem interesse metalúrgico. 
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Os minérios são geralmente lavados a céu 
aberto. Beneficiado por fragmentação, 
britagem, moagem e pulverização, seguida de 
classificação por peneiramento, concentração 
por separação magnética. Eventualmente 
passa por processo de preparação como 
calcinação e ustulação. Finalmente, 
aglomerado por pelotização e sinterização. 
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Ferro Primário 
Fontes de Ferro 
5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério 
granulado <40mm 
 Em detalhe 
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Processo de Pelotização 
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Processo de Sinterização 
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Processo de Sinterização 
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Fundente 
Função: Combinar-se com as 
impurezas (ganga) do minério e 
com as cinzas do carvão, 
formando as escórias. 
1. Principais fundentes: 
1. calcário (CaCO
3
) calcina no 
forno formando cal (CaO), que 
atuará no acerto da escória. 
2. Fluorita - Matéria-prima 
importante em siderúrgica. 
Agente fluidificante da escória. 
2. Caraterísticas: 
1. CaF
2
 – 86 – 92% 
2. SiO
2
 – 5% máximo 
3. BaSO
4
 – 2% máximo 
4. S – 0,3% máximo 
Aciaria Alto forno 
CaO 50% 48% 
MgO 
máximo 
3% 10% 
SiO2 
máximo 
2.6% Até 5% 
Al2O3 
máximo 
1% 1,5% 
P máximo 0.05% 0,05% 
S 
máximo 
0.05% 0.05% 
Fe2O3 Até 3% 
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Carvão 
Combustível utilizado no alto-forno: 
1. Coque; 
2. Carvão de madeira. 
Carvão Coque – é o produto sólido da destilação de uma mistura de 
carvões realizada a em torno de 1100
o
C em fornos chamados 
coquerias através da “coqueificação”. 
O processo de coqueificação consiste no aquecimento do carvão 
mineral na ausência da ar. 
Carvão – Mineral – restos de matéria vegetal que se decompõe com 
o tempo, na presença de umidade, ausência de ar e variação de 
temperatura e pressão, por ação geológica, transformando–se 
através de milênios, progressivamente, em turfa, linhito, carvão 
sub–betuminoso, carvão betuminoso, semi–antracito e antracito. 
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Seqüência de operação 
Coqueria 
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Detalhes do processo 
 
 
 
 Típica Bateria de coqueificação 
Coque incandescente 
pronto para ser 
descarregado 
Coqueria 
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1. O coque ou o carvão de madeira são introduzidos no alto-
forno em vez do carvão de pedra ou da lenha – resistência 
suficiente para suportar a carga. – Temperaturas mais 
elevadas são atingidas(menos infamáveis). – Na 
coqueificação origina-se uma série de derivados de grande 
valor tecnológico e comercial. – No alto–forno todos os 
componentes voláteis formados escapariam. 
2. A destilação dá origem aos produtos carbo-químicos 
(gases, vapores condensáveis, benzol, alcatrão, etc) que 
são comercializados pelas siderúrgicas. O gás de coqueria 
é um importante insumo para a própria usina. 
3. Principais produtos obtidos a partir da destilação do 
carvão mineral – Figura 3. 
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Coqueria 
O Papel do Coque no Alto Forno 
1. Fornecer o calor necessário às necessidades térmicas do processo 
ou seja – fornecedor de carbono para a combustão; 
2. Produzir e "regenerar" os gases redutores – Fornecedor de 
carbono para a redução do óxido de ferro; 
3. Carburar o ferro gusa – fornecedor de carbono como principal 
elemento de liga do ferro gusa; 
4. Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores do forno onde o 
restante da carga está fundida ou em fusão. 
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Produção do Ferro Gusa – Alto Forno 
1. O alto forno é um forno de cuba que operado em regime de contra 
corrente. 
2. No topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro 
(sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes 
camadas. 
3. A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade 
reagindo com o gás que sobe. 
4. Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é 
injetado através das ventaneiras. 
5. Em frente asventaneiras o O
2
, presente no ar, reage com o coque 
formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno 
reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em 
contra corrente. 
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Alto Forno 
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc. 
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O alto-forno – Figuras 4, 5 e 6. 
1. Diâmetro do cadinho – 10 m 
2. Altura do cadinho – 4 m 
3. Número de ventaneiras – 20 a 32 
4. Altura da rampa – 4 m 
5. Diâmetro da rampa – até 10,5 m 
6. Cuba-altura – 25 m 
7. Altura do alto-forno (total) – 30 m 
8. Acessórios: 
1. Coletor de poeira 
2. Lavadores 
3. Estufas ou regeneradores – 7. 
4. Instrumentos de controle e medida: medidor de vazão, manômetros, registradores, 
pares termoelétricos, registrador de nível de carga, etc. 
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Operação do alto-forno: aquecimento dos 
regeneradores para aquecer o ar para 
secar o alto-forno (10 a 15 dias – 6000C) 
ou pela queima de carvão de madeira ou 
coque. A primeira carga - mais coque 
para acelerar o aquecimento do 
revestimento refratário. A seguir é feito o 
aumento da proporção de outros 
elementos constituintes da carga até 
atingir o normal. – Figura 8. 
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A matéria prima requer de 6 a 8 
horas para alcançar o fundo do 
forno (cadinho) na forma do 
produto final de metal fundido 
(gusa) e escória líquida (mistura 
de óxidos não reduzidos). Estes 
produtos líquidos são vazados em 
intervalos regulares de tempo. 
Uma vez iniciada a campanha de 
um alto forno ele será operado 
continuamente de 4 a 10 anos 
com paradas curtas para 
manutenções planejadas. 
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Alto Forno 
Minério
Coque
Zona
Granular
Zona
de Amolecimento
e Fusão
Zona
de Coque Ativa
Camada
em Amolecimento
e Fusão
Zona
de Combustão
Cadinho
Zona de
Gotejamento
Zona
de Coque
Estagnado
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As Temperaturas mais elevadas – 
ventaneiras (1.800
0
C – 20000C). 
1. C + O
2
  CO
2
 originando 
grande quantidade de calor. 
O CO
2
 em contato com o coque 
incandescente tem-se: 
1. CO
2
 + C  2CO 
 CO – elemento redutor. 
A carga sofre uma secagem 
(água higroscópica e água de 
hidratação). 
Decomposição dos carbonetos do 
calcário dá-se a 
aproximadamente 800
0
C. 
1. CaCO
3
  CaO + CO
2 
2. MgCO
3
  MgO + CO
2 
1. O CO e o carbono atuam como 
agente redutor: 
1. 3Fe
2
O
3
 + CO  2Fe
3
O
4
 + CO
2 
2. Fe
3
O
4
 + CO  3FeO + CO
2 
3. FeO + CO  Fe + CO
2
 ou Fe
2
O
3
 + 
3C  2Fe + 3CO 
2. Logo acima das ventaneiras ocorrem 
as seguintes reações: 
1. Fe
2
O
3
 + 3C  2Fe + 3CO 
2. Mn
3
O
4
 + C  3MnO + CO 
3. MnO + C  Mn + CO 
4. SiO
2
 + 2C  Si +2CO 
5. P
2
O
5
 + 5C  2P + 5CO 
6. FeS + CaO + C  CaS + Fe + CO 
3. E na rampa: 
1. 3Fe + C  Fe
3
C 
2. 3Fe + 2CO  Fe
3
C + CO
2 
 
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Processo Temperatura (°C) H (kJ/Kmol) 
Evaporação da umidade 100 + 6,490 
Remoção da água de hidratação 120 - 300 + 7,955 
Remoção do CO2: 3 MnCO3  Mn3O4+CO2+CO 
 3 FeCO3  Fe3O4+CO2+CO 
 FeCO3  FeO+CO2 
> 525 
380 - 570 
> 570 
+ 363,791 
+ 236,973 
+ 112,206 
Redução do Fe2O3 a Fe3O4: 3Fe2O3+CO  Fe3O4+CO2 400 - 550 - 52,854 
Remoção do CO2: MgCO3  MgO+CO2 
 MgCO3
.
CaCO3  MgO
.
CaO+CO2 
400 - 500 
400 - 750 
+ 114,718 
+ 304,380 
Decomposição do CO: 2CO  CO2+C 450 - 600 - 172,467 
Redução do Fe3O4 a FeO: Fe3O4+CO  3FeO+CO2 570 - 800 + 36,463 
Remoção do CO2: CaCO3  CaO+CO2 850 - 950 + 177,939 
Redução do FeO a Fe: FeO+CO  Fe+CO2 650 - Ts - 17,128 
Reação de Boudouard: CO2+C  2CO > 900 + 172,467 
Fusão da escória primária 1100 + 921,1 (kg slag) 
Dissolução do CaO na escória primária 1250 + 1046,7 (kg Fe) 
Combustão do Ccoque: Ccoque+O2  CO 
 2Ccoque+CO2  2CO 
 Ccoque+0.5O2  CO 
1800 - 2000 
2000 - 1450 
1550 
- 406,120 
+ 172,467 
- 116,83 
 
Alto Forno 
Reações químicas típicas do Alto Forno 
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1. As reações de formação da escória são mais 
complexas. A escória resulta da combinação de CaO 
e do MgO do calcário com a ganga do minério e as 
cinzas do carvão. 
2. Ganga do Minério: Sílica SiO
2
, Alumina Al
2
O
3
, Sulfeto 
de cálcio CaS, Cal CaO, Magnésia MgO, Óxido de ferro 
FeO, Óxido de Titânio TiO
2
, Óxido de Manganês MnO
2
, 
Sulfeto de Manganês MnS, Óxido de Zn ZnO e Óxido 
Pb PbO
2
 
3. Cinzas do carvão: SiO
2
 e S 
4. Constituintes da escória: CaO.SiO
2
, 2CaO.SiO
2
, 
FeO.SiO
2
,
 
Al
2
O
3
.SiO
2
, MgO.Al
2
O
3
, CaO.Al
2
O
3
 etc. 
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5. Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo 
de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de 
cimento), gases de topo e material particulado. 
 
6. Produtos do Alto-Forno: 
1. Ferro gusa: C – 3-4,5%, Si – 0,5-4,0%, Mn – 0,5-2,5%, P – 0,05-
2%, S – 0,02% máx. 
2. Escória: SiO
2
 – 29-38%, Al
2
O
3
 – 10-22%, CaO + MgO – 44-48%, 
FeO + MnO – 1-3%, CaS – 3-4% 
3. Gás do alto-forno: CO
2
 – 13%, CO – 27%, H
2
 – 3%, N
2
 – 57% 
 
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Alto Forno 
As condições termodinâmicas existentes no interior do reator 
promovem a incorporação de algumas impurezas ao gusa líquido e 
separa outras na fase escória e gás. 
33 
COQUE MINÉRIO 
Fe2O3 MnO2 P2O5 K2O SiO2 CaO Al2O3 
ESCÓRIA 
GUSA 
Fe3O4 
FeO 
FeO 
Fe 
 
(99%) 
Si 
 
(10%) 
SiO2 CaO Al2O3 P2O5 
P (95%) 
G
Á S
 
K2O 
G
Á
S
 
C 
C(12%) 
G
Á
S
 
Mn 
 
(70%) 
MnO 
G
Á
S
 
Mn3O4 
MnO 
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1. Técnicas para aumentar a produção do 
alto-forno: 
1. Elevação da temperatura do ar 
soprado e controle de sua umidade; 
2. Injeção de combustível através das 
ventaneiras; 
3. Adição de oxigênio no ar; 
4. Operação a alta pressão. 
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Produção de ferro primário 
1. ALTO FORNO é um processo de redução em forno de 
cuba para a produção de metal líquido (gusa) a partir de 
pelotas, sinter, minério granulado e coque. 
2. COREX
® 
é um processo de redução em forno de cuba 
para produção de metal líquido a partir de pelotas, 
minério granulado e carvão não coqueificável. 
3. FINMET® é um processo de redução direta em leito 
fluidizado utilizando finos de minério de ferro e gás 
natural, gerando um produto com 92% de metalização. 
4. MIDREX® e HyL são processos de redução em forno de 
cuba utilizando gás redutor rico em CO para a produção 
de ferro esponja a partir de pelotas e minérios granulado. 
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Pré-tratamento do gusa 
1. De forma a maximizar a produtividade do 
Conversor LD ou Forno a Arco Elétrico (EAF) e 
minimizar os custos de refino é importante 
executar um pré-tratamento do gusa antes da 
fase de refino. 
2. O pré-tratamento do gusa inclui: 
1. remoção de enxofre; 
2. remoção de Silício; 
3. remoção de fósforo; 
4. processos para redução do teor de Va, Cr, Ti e Mn. 
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5.2 Fabricação do Aço 
1. A produção do aço líquido se dá através da oxidação 
controlada das impurezas presentes no gusa líquido e na 
sucata. 
2. Este processo é denominado refino do aço e é realizado em 
uma instalação conhecida como aciaria. 
3. Aço – Liga ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até 
2,11% de carbono, além de certos elementos residuais, 
resultantes dos processos de fabricação. 
1. Impurezas normais no ferro gusa – Si, Mn, P, S. 
2. Aços – baixos teores de C, Si, Mn, P, S. 
3. Redução desses teores – processo de oxidação. 
40 
5.1 Fabricação do Ferro Gusa; 
5.2 Fabricação do Aço; 
5.3 Processos de Redução Direta; 
5.4 Fundição Contínua. 
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Classificação dos processos de obtenção do aço: 
1. Conforme o agente oxidante utilizado: 
1. Processos pneumáticos – Agente oxidante: ar e oxigênio. 
Figuras 9 e 10. 
2. Processos Siemens Martin, elétrico, duplex, etc. – Agente 
oxidante de natureza sólida. 
 
2. Conforme o tipo de aço desejado: 
1. Processos ácidos – diminuídos ou removidos facilmente: 
C, Si, Mn – o mesmo não acontece com P e S 
2. Processos básicos – todos os elementos podem ser 
reduzidos aos valores desejados. 
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1. O refino do aço normalmente é 
realizado em batelada pelos 
seguintes processos: 
1. Aciaria a oxigênio – Conversor LD 
(carga predominantemente 
líquida). 
2. Aciaria elétrica – Forno elétrico a 
arco – FEA (carga 
predominantemente sólida). 
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Aplicações típicas dos 
aços. – Figura 6.11 
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1. Oxidação de ferro gusa. Compostos intermetálicos 
com o ferro que comprometem o desempenho do 
produto final. 
1. FeS – sulfeto de baixo ponto de fusão que se precipita e 
segrega nos contornos de grão e que fundem à 
temperatura de forjamento, provocando o surgimento da 
“fragilidade a quente”. 
2. Fe
3
P – fosfeto de elevada dureza, que faz surgir a 
“fragilidade a frio”, impedindo o sucesso dos processos de 
conformação a frio. 
3. Fe
3
C – carbeto de elevadíssima dureza. Os teores desses 
elementos devem ficar em níveis abaixo dos que 
caracterizam o ferro gusa. – Oxidação pela passagem de 
oxigênio (puro ou do ar) em meio à massa de ferro gusa 
em estado líquido (aproximadamente 1600
0
C). 
2. Tabela 6.4. 
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1. As reações de oxidação do carbono, 
silício manganês, fósforo e enxofre são 
nitidamente exotérmicas, o que permite 
a manutenção da temperatura sem o 
auxílio de combustão paralela – queima 
de combustível. 
2. O fósforo apresenta reação de oxidação 
menos viável e, visto que a oxidação é 
de caráter preferencial, será esse o 
elemento de mais difícil oxidação, com 
redução restrita de seu teor. 
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Fabricação do Aço: Processos Pneumáticos 
1. Processos Pneumáticos 
1. Conversores ácidos ou básicos dependendo 
do tipo de escória e de refratário utilizados. 
1. Ácidos – ferro gusa com teor desprezível de 
fósforo. – Escória e refratário ácidos (sílica 
SiO
2
). 
2. Básicos – ferro gusa com elevado teor de 
fósforo. – adição de cal (CaO) como fundente 
para escorificar o fósforo. – Escória e refratário 
básicos ( à base de dolomita ou magnesita) 
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1. As reações podem elevar a temperatura do 
banho de 1300
0
C (gusa líquido) para 1600
0
C 
aço líquido) limitando a reciclagem de sucata 
de aço para um máximo de 10% em peso. 
2. O tempo de oxidação (período de sopragem) é 
da ordem de 15 minutos. 
3. O uso do ar como veículo do oxigênio poderá 
provocar um aumento no teor de nitrogênio 
que, em certos casos, poderá ser prejudicial. 
 
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Fabricação do Aço: Processos Pneumáticos 
1. Conversor Bessemer – Figura 6.13. 
1. Capacidade: 25 a 30 T. 
2. Natureza: ácida – sílico-aluminoso. 
3. Carga: sucata, casca de óxido, minério (se desejado) e 
gusa líquido. 
4. Fim do sopro: coloração da chama (curta e 
transparente). 
5. Fortes desoxidantes: Fe-Si, Al e Al e C – Aços acalmados 
– Acrescentar elementos de liga (raramente). 
6. Controle problemático, processo rápido: Temperatura 
alta (excesso de O
2
 e N
2
). 
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Gusa Aço Aço Acalmado 
Carbono (%) 4,0 a 4,5 Menor 0,10 Mais 0,10 
Silício (%) 1,10 a 1,50 Menor 0,005 0,10 a 0,30 
Manganês (%) 0,40 a 0,70 Menor 0,50 0,35 a 1,25 
Fósforo (%) 0,090 max. 0,08 0,08 
Enxofre (%) 0,030 max. 0,025 0,025 
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Processos Pneumáticos - Continuação 
1. Conversor Thomas 
1. Capacidade – 40 T. 
2. Natureza – básica – dolomita. 
3. Antes da coloração da gusa no 
conversor o ferro e dessulfurado 
pela adição de “barrilha” ou 
carboneto de sódio e a escória é 
retirada. No conversor adiciona-se 
cal (130kg/t) e em seguida 
carrega-se o gusa. 
4. Característicos físicos e o 
sistema de sopragem são 
semelhantes, em princípio, aos do 
conversor Bessemer. Figura 11. 
Gusa 
Carbono (%) 3,50 a 3,80 
 
Silício (%) 0,25 a 0,50 
 
Manganês (%) 0,40 a 1,00 
 
Fósforo (%) 1,70 a 1,90 
 
Enxofre (%) 0,08 max. 
 
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Processos Pneumáticos - Continuação 
1. Conversor de sopro lateral. 
1. Capacidade - 2,5 T. 
2. Natureza – ácida - revestimento silicoso. – Conversor Tropenas. 
3. Usado em fundições. 
2. Oxidação com oxigênio puro: 
1. Evita o aumento de nitrogênio nos aços. O tempo de sopragem será maior e permite 
uma adição de até 20% de sucata na carga, sem necessidade de queimar 
combustível. 
2. Capacidade máxima entre 50 e 100 toneladas. 
3. Principais processos: 
1. Processo L-D ou BOP; 
2. Processo Kaldo; 
3. Processo Rotor; 
4. Processo Spray. 
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Processos Pneumáticos - Continuação 
1.Conversor de sopro pelo topo (Conversor L-D 
ou BOP). 
1. 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. 
2. Processo industrial teve início em 1952, quando o 
oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir 
daí o crescimento foi explosivo. 
3. Permite elaborar uma enorme gama de de tipos de 
aços, desde o baixo carbono aos média-liga. 
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6. Basicamente similar ao Bessemer porém sem 
caixa inferior de sopragem. Figura 6.16. 
7. Capacidade superior a 100t de carga. 
8. Natureza – básico – revestimento de dolomita 
ou magnesita. 
9. Sopragem por meio da lança. 
10.Temperaturas mais elevadas provocando 
reação violenta e imediata além de enérgica 
agitação do banho facilitando e acelerando as 
reações de oxidação. 
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1. O gusa pode apresentar 
qualquer composição. 
2. O controle da 
temperatura é feito pela 
regulagem da quantidade 
de sucata a ser 
adicionada. 
3. Computador permite 
cálculo preciso dos 
vários componentes da 
carga, a partir da 
especificação do aço a 
ser produzido, quantidade 
de oxigênio a ser soprado 
e fim de sopro. Figura 12. 
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Processos Pneumáticos - Continuação 
1. Processo Kaldo 
1. Derivação do processo 
LD. – Movimento de 
rotação do corpo do 
conversor. – Melhor 
homogeneização do 
banho – Figura 6.17. 
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1. Processo Rotor 
1. Desenvolvimento do processo Kaldo. – Figura 6.18. 
2. Provavelmente o mais eficiente dos processos de oxidação 
por meio de oxigênio puro. 
3. Permite a utilização de até 30% de sucata na carga. 
 
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1.Processo Spray: 
1.É o mais sofisticado dos 
processos que utilizam o 
oxigênio puro. 
2.Baseia-se na oxidação “gota 
a gota” do gusa, portanto de 
grande eficiência. Figura 6.19. 
3.Custo do aço é elevado, 
tornando-o não competitivo em 
comparação com os demais 
processos. 
 
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FABRICAÇÃO DO AÇO: 
Processo Siemens-Martin 
1. Processo Siemens-Martin (Open-Heath) 
2. Também chamado forno de sola. 
3. Cargas do forno 
1. Gusa líquido e minério de ferro como substância 
oxidante; 
2. Gusa líquido, sucata e minério de ferro; 
3. Gusa sólido, sucata e minério; 
4. Sucata (mais raramente). 
5. Usa-se, normalmente, de 20 a 50% de ferro gusa. 
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1. A fase de refino dá-se por processo de oxidação – Ferrugem 
na sucata, pelo óxido de ferro devido à atmosfera oxidante 
das chamas e, principalmente, pela adição de minério de 
ferro que, no processo, atua essencialmente como agente 
oxidante. 
2. Tem-se um maior controle da composição química do aço – 
aços de baixo, médio e alto carbono além de aços-ligas. 
3. Operação demorada: 
1. Carregamento e fusão da carga; 
2. Período de trabalho ou de refino; 
3. Acabamento da corrida. 
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Processo Siemens-Martin 
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1. Características básicas do forno (Figuras 13 e 14): 
1. Grandes dimensões e capacidades (200 t / 
operação). 
2. Geralmente fixos. 
3. Soleira (básica) magnesita ou dolomita; abobada 
(ácida) – sílica. Outros podem ser totalmente de 
natureza básica  suportam maiores 
temperaturas, permitem injeção de O
2
 e são mais 
caros. 
4. As paredes são sustentadas externamente por 
uma estrutura metálica (aço). São inclinadas para 
facilitar a limpeza do forno. 
5. Portas de carregamento (número de 3, 5 e 7). 
Figura 6.21. 
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6. Furo de corrida (tapado com dolomita ou magnesita 
durante a operação. Calha de vazamento. 
7. Bolsas ou câmaras de escória – refratário: cromo-
magnésia. 
8. Regeneradores ou recuperadores de calor – 
empilhamentode tijolos refratários (sílico-aluminoso). 
9. Queimadores de gás e dutos de chegada de ar. 
10.Chaminé (2,5 m de diâmetro – 70 m de altura). 
11.Válvulas de inversão. Figura 15. 
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1. Operação dos fornos Siemens-Martin. 
1. Tempo de operação – 10 h para fornos de 200 t. O 
uso de oxigênio encurta esse período em duas 
horas. 
2. Normalmente carrega-se primeiramente alguma 
sucata no fundo e sobre ela o fundente (calcário) e 
o minério de ferro (quando a porcentagem de gusa 
líquido e elevada). 
3. Quando a carga sólida está parcialmente fundida, é 
carregado o gusa líquido. Logo após a adição do 
gusa líquido, inicia-se as importantes reações de 
oxidação, pela ação dos óxidos de ferro do minério 
e da sucata. 
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1. Terminada a fervura inicia-se o período de trabalho ou de 
refino. 
1. Objetivos: Reduzir o fósforo e o enxofre a teores abaixo dos 
máximos especificados, eliminar o carbono rapidamente e levar o 
banho a condições que permitam e desoxidação final e o 
vazamento, mantendo ao mesmo tempo a escória com a 
composição química e a viscosidade apropriadas. 
2. Nesse período, retiram-se a intervalos regulares, amostras do 
banho para análise química. 
3. Os ajustes finais da composição da escória, da composição do 
aço e de sua temperatura são realizados antes do vazamento. 
4. Fazem-se as necessárias adições de ferro-ligas, conforme o tipo 
de aço programado e procede-se ao vazamento. 
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FABRICAÇÃO DO AÇO 
1. Aços acalmados – maior teor de C - produção de peças 
forjadas. 
2. Aços efervescentes – carbono abaixo 0,2% utilizados na 
produção de chapas e arames. Não são 
suficientemente desoxidados, de modo que, no instante 
do vazamento, contêm quantidade razoável de FeO 
dissolvido, o qual, ao reagir com o carbono do aço, 
forma bolhas de CO que produz uma efervescência nos 
lingotes. 
3. Aços semi-acalmados – tipo intermediário - destinado a 
fabricação de perfis estruturais e chapas grossas. 
4. A desoxidação final, quando necessária é feita na 
panela por ocasião do vazamento, pela adição de 
alumínio granulado. 
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OUTROS PROCESSOS 
1. Processo Duplex – Combinação 
de dois processos. 
2. Processo Elétrico – Figura 6.22. 
3. Fluxograma – Figura D45. 
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Aciaria Elétrica 
Processo industrial começou no início do século XX. 
1. Inicialmente, o forno elétrico era considerado 
sobretudo como um aparelho para a fabricação de 
aços especiais, inoxidáveis e de alta liga. 
2. Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado 
na fabricação de aço carbono. 
3. Processo reciclador de sucata por excelência; não 
há restrição para proporção de sucata na carga. 
4. A participação do aço elétrico no mundo vem 
crescendo substancialmente nas últimas décadas. 
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Aciaria Elétrica 
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Metalurgia de Panela 
1.Após o refino, o aço ainda não se encontra em 
condições de ser lingotado. O tratamento a ser 
feito visa os acertos finais na composição 
química e na temperatura. Portanto, situa-se 
entre o refino e o lingotamento contínuo na 
cadeia de produção de aço carbono. 
2.Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser 
liberado, maximizando a produção de aço. 
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Forno de Panela 
1. As seguintes operações podem ser executadas: 
1. Homogeneização do calor; 
2. Ajuste da composição; 
3. Ajuste da temperatura do aço; 
2. Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço e 
cria condições termodinâmicas para a adição de 
elementos de liga (os desoxidantes mais comuns são 
ferro-ligas, escolhidos em função do aço a ser 
fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio 
3. Desulfuração com escória sintética ou injeção de pós; 
4. Desfoforação 
 
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Forno de Panela 
Forno na metalurgia de panela 
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Desgaseificação 
1. É uma operação que tem como objetivo 
a remoção de gases residuais do aço 
(hidrogênio, nitrogênio e oxigênio) e 
secundariamente auxilia na remoção de 
inclusões. 
2. Na siderurgia, a desgaseificação é 
processada de duas maneiras: 
1. Desgaseificação à vácuo; 
2. Desgaseificação com sopro de argônio. 
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5.3 REDUÇÃO DIRETA 
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Processo de redução direta 
 
1. Consiste em tratar-se óxidos de ferro 
praticamente puros a temperaturas 
usualmente entre 950 e 1050
o
C, na 
presença de uma substância redutora, 
resultando, freqüentemente uma massa 
escura e porosa, conhecida como “ferro 
esponja”. 
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5.1 Fabricação do Ferro Gusa; 
5.2 Fabricação do Aço; 
5.3 Processos de Redução Direta; 
5.4 Fundição Contínua. 
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Processo de redução direta 
1. Pode ser classificada em: 
1. processos que utilizam redutores sólidos; 
2. processos que utilizam redutores gasosos. 
2. Eliminar o alto-forno, produzindo aço diretamente do 
minério, ou produzindo um material intermediário a ser 
empregado como “sucata sintética” nos fornos de aço. 
3. Teoricamente são aplicados em países que não dispõem do 
melhor carvão de pedra coqueificado ou que não possuam 
minérios de alto teor em ferro. 
 
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Processo de redução direta 
1. Alguns processos podem ser 
classificados como: 
1. Processo SL/RN; 
2. Processo Hognaes; 
3. Processo Midrex; 
4. Processo HyL; 
5. Processo Wiberg-Soderfors (red. 
Gasoso). 
 
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Processo SL/RN 
1. A carga consiste de concentrados de minério de 
ferro, na forma moída ou na forma de “pelotas”, 
coque e calcário moídos. 
2. A carga é levada a um forno rotativo, onde a 
temperatura é mantida na faixa de 1000 a 1076
o
C. 
3. O produto sólido resultante é resfriado e o ferro é 
separado mediante separador magnético. 
4. O coque não utilizado é removidoe reutilizado. 
5. O processo permite produzir material contendo 
enxofre entre 0,02 e 0,05% apenas, o que o torna 
adequado para a utilização em fornos de aço. 
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Processo SL/RN 
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Processo Hoganaes 
1. São carregados em recipientes cerâmicos, camada 
alternada de minério de ferro e alto teor em ferro, moinho 
ou finos de carvão e calcário. 
2. Os fornos são aquecidos pela queima de gás de 
geradores de CO resultante da redução do minério, com 
máxima temperatura de 1.260° C. 
3. Os recipientes são resfriados no interior do forno, 
removidos e o ferro reduzido é separado. 
4. Obtém-se ferros esponja e uma parte é moída e refinada 
pera ser empregada em processo de metalurgia do pó. 
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Processo Wiberg-Soderfors 
1. O redutor é gasoso, Os gases redutores consite 
numa mistura de 20 a 30% de hidrogenio e 70 e 
80% de CO, produzidos num “carburador” a coque 
ou carvão de madeira, aquecido eletricamente; 
2. O forno é construído de um material refratário; 
3. A carga consiste de minério de ferro, “sínter” ou 
“pelotas”; 
4. O produto resultante é resfriado entre 90 e 150°C 
numa camâra resfriada a água e, em seguida 
encaminhada aos fornos de aço e apresentando 
uma redução de aproximadamente 90%. 
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Processo Midrex 
1.O redutor é uma mistura de CO e 
hidrogênio, obtidos a partir de gás 
natural “re-formado”; 
2.O forno é do tipo vertical e a carga 
consiste de “pelotas” de óxido de 
ferro; 
3.A zona de redução situa-se na parte 
superior do forno e o ferro esponja 
resultante é resfriado na sua parte 
inferior. 
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Processo Midrex 
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Processo HyL 
1. O combustível resulta de gás natural, 
misturado com vapor; 
2. A mistura é “re-formada”, originado CO e H2 e 
dessulfurada; 
3. O s gases passam por torres de resfriamento a 
água de modo a remover o excesso de vapor, 
em seguida são novamente pré-aquecidos entre 
770 e 980°C; 
4. São introduzidos nas “retortas” de redução, 
chia de minério de ferro de alto teor ou 
aglomerados a partir de refino de minério. 
 
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BIBLIOGRAFIA 
1. Departamento de Ciência dos Materiais e 
Metalurgia – PUC, Rio 
2. Campos Filho, M. Prates, Introdução à Metalurgia 
Extrativa e Siderurgia, Lec./Funcamp, 1981. 
3. Chiaverini, V., Tecnologia Mecânica vol. I, vol. II e 
vol. III, Ed. Makron Books do Brasil Ltda, 1986. 
4. Nilvangela Escobar – Seminário apresentado na 
disciplina Materiais de Construção Mecânica I – 
UFCG, 2010 
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