Apuntes Siderurgia MIN238 2010 I Generalidades 1

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Disciplina: MIN238 – 11
ENGENHARIA DE PROCESSOS
(Mineração)
Prof. Miguel G. P. Sánchez - I - Semestre de 2010
Universidade Federal de Ouro Preto
Escola de Minas 
Departamento de Minas
INTRODUÇÃO À SIDERURGIA
1 Definição: Siderurgia é a parte da tecnologia metalúrgica que 
engloba os processos de obtenção de produtos à base de 
ferro (gusa, ferro esponja, aços comuns e especiais), na 
forma de graneis (ferro-esponja), lingotes (gusa), laminados 
planos, tubulares e perfilados (aços comuns e especiais); com 
características de qualidade requeridos pelo mercado 
consumidor:
Industria automobilística, eletro-domésticos, construção em 
geral, química, mecânica, petroquímica e fundições. (entre 
outros)
Introdução à Siderurgia
Metalurgia é o arte e ciência de obter metais 
dos minerais (metalurgia extrativa) e adaptar-
lhes às necessidades do ser humano 
(metalurgia física ou metalurgia). 
Homem primitivo obteve ferro dos meteoritos
< 2000 AC, sugerem que o ferro foi empregado na China e Índia
1700 AC os hititas utilizaram buracos na terra para aquecer carvão vegetal 
e minério de ferro para obter uma massa pastosa (reduzida ou ferro 
esponja), a qual era batida para desprender as impurezas e escórias e logo 
forjada.
Entre 1100 AC e 500 AC o conhecimento se estendeu e foi evoluindo com 
as contribuições de cada povo (Egipto, Grécia, Áustria, Itália, França, 
Espanha, .....)
No século XIV, combinam-se as tecnologias de altos fornos + 
alternabilidade de camadas de carvão e minério + ar insuflado, obteve-se 
um metal líquido (ferro gusa), este ferro resulto quebradiço, mas podia-se 
vazar em lingotes e logo refinado.
XV, se utiliza a força motriz da água
1785, utilização do coque
1856, Bessener / 1878 Thomas ...........
Introdução à Siderurgia
MeO + CO = Me +CO2
C + CO2 = 2CO
ee--
REDUÇÃOMe+n
Metal no Minério
Me0
Metal na forma 
SimplesCorrosãoCorrosão
ee--
Purificação do 
metal
Conformação
Extração 
da Mina
Beneficiamento do 
minério
Redução
(Minério + agente redutor)
(Carvão, óleo, gás) 
Introdução à Siderurgia
Fornos primitivos utilizados na produção de ferro
Fabricação de forno de secção 
quadrada o circular (0,5 a 0,90m 
e entre 4 a 5m de altura).
Introdução à Siderurgia (pré-alto-forno)
Pré-aquecimento com 
carvão vegetal (CV)
Carga de minério e 
escória de ferro
Adesão de C.V. + 
contínuo soprado de ar Nível de ferro
Destruição do forno 
ou sangria do ferro
Separação a martelo da 
escória e ferro esponja
Ferro Gusa
Laminação
Balística, 
grades
Carburização do ferro a temperaturas entre 1000 e 1300 °C:
3Fe + 2 CO = Fe3C + CO2
Temperatura de fusão da fundição: 1150 a 1350°C
Temperatura do forno: 1300 a 1400°C
a) Fe3O4 + ganga � separação manual da ganga
Introdução à Siderurgia
b) Fe3O4 concentrado + carvão vegetal � carregados em forno de argila
c) Combustão incompleta do carvão � redução dos óxidos � ferro metálico
d) Precipitação de uma escória rica em FeO (60%) e SiO2 � retirada e 
reaproveitada
e) Manutenção pelo menos 24 horas a temperaturas entre 1100 e 1150°C
f) Ruptura das paredes de argila � obtenção de massa esponjosa de ferro 
e impurezas (ganga + restos de carvão)
g) Trituração (martelo) � Separação manual do carvão e ganga �
moagem fina (almofariz) � separação de areia, escória e carvão
h) Ferro esponja é colocado em um crisol (fechado para evitar oxidação) �
1000 °C � bloco de ferro � forjados � recosido ao ar � forjado e temple 
� produtos
Obtenção de fundição em fornos 
de maior altura (3, 5 e 7m)
1.180 a 1.205Escória silicatadas de ferro
1.371FeO
1.583 a 1.597Fe2O3 ; Fe3O4
3,50
1,00
0,10
% aprox. de 
carbono
1.465Aço
1.539Ferro
Temperatura de 
fusão (°C)
Material
1.230Ferro Gusa (Arrabio, Fundição, Pig Iron) 
Introdução à Siderurgia (primitivo alto forno)
< carga de carvão
< altura de carga Alta temperatura
Redução do minério
> Absorção de carbono
Ferro esponja 5 a 50Kg, < C
Fundição carburada
Ferro Gusa
300 a 500Kg, 
> C
Redução direta
> carga de carvão
> altura de carga
> soprado
Refino em 
fornos baixos
< C
Introdução à Siderurgia
Obtenção de ferro em dois etapas:
1. Fundição em alto forno.
Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2 (redução do minério e obtenção do ferro)
3Fe + 2 CO = Fe3C + CO2 (Carburização do ferro e fundição)
2. Obtenção de ferro em estado pastoso por afino oxidante da fundição 
em fornos baixos de afino. A oxidação é produzida pelo oxigênio do 
ar e do FeO da escória. 
C + O2 = CO2 (oxidação do carbono da fundição pelo oxigênio do ar)
C + FeO = CO + Fe (Oxidação do carbono da fundição pelo oxido de ferro da 
escória)
Nos fornos baixos, a temperatura alcançava > 1.400°C onde a fundição 
gotejava, escoando às áreas de maior temperatura (janelas de soprado) 
� oxidando-se a fundição � diminuição do “C” � massa metálica 
pastosa.
Nos procedimentos de redução-direta, o ferro mantinha-se durante todo o 
processo na forma pastosa (t < 1539°C)
Introdução à Siderurgia
Obtenção de ferro durante afino
1. Em seqüência de redução: Si ���� Mn ���� Fe
2. Mas por abundancia:
2 Fe + O2 = 2 FeO (desde o inicio)
C + FeO = CO + Fe
Si + 2 FeO = SiO2 + 2 Fe
Mn + FeO = MnO + Fe
3. A Si, alongava o período de formação da fundição e parte do Fe 
passava à escória: fundição branca (<0,80% Si) e fundição cinza 
(aprox. 3% Si).
4. O Manganês produzia escórias pouco reativas.
Introdução à Siderurgia
Ferro Gusa (ferro de primeira fusão)
Atualmente corresponde à maior parte do ferro empregado na produção 
de aço. 
Obtido como primeira fusão da redução de óxido de ferro (minério, 
sinter e/ou pellets) em alto-forno.
Contem em torno de 4% de carbono “C” sob forma de cimentita (Fe3C) 
Possui como principais impurezas o silício (0,3 a 2%), o enxofre 
(0,01 a 1%), o fósforo (0,05 a 2%) e o manganês (0,5 a 2%). 
A principal característica física é ser duro, porém com baixa resistência 
mecânica com poucas aplicações onde não se precise muito 
esforço mecânico.
Coque + Fundentes
Escória de resíduo
Escória de resíduo
Minério de Ferro
Beneficiamento
Alto teor Baixo teor
finosGraúdos
(lump)
Sinterização, Pelotização
Rejeitos
Redução em Alto Forno
Aço S-M básico
Conduto 
de pó
F
u
m
a
ç
a
 
Refinamento
Forno Siemens – Martin
(open hearth furnace)
Refinamento em Conversor
a oxigeno soprado (LD) ou
Bessemer
Sucata
Aço LD ou Bessemer
GUSAGUSA
Fluxograma de uma Usina Integrada
S
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Introdução à Siderurgia
A Industria Siderúrgica esta compostas por três tipos de 
empresas produtoras de aço:
- Usinas Integradas: operam todas as fases do processo –
preparação, redução, refino e conformação.
- Semi-integradas: processam sucata, gusa ou ferro-esponja, nas 
fases de refino e conformação.
- Não-integradas: operam na fase de redução
Preparação Redução Refino Conformação
Introdução à Siderurgia
INDUSTRIA SIDERURGICA
INTEGRADA SEMI – INTEGRADA 
Minério
Redução
Aço liquido
Moldagem
Conformação
Redução
Aço liquido
Moldagem
Conformação
Processos de redução de minério de ferro
Processos de conformação mecânica
Usina Integrada a Coque - Fluxograma Simplificado
Ferro
Gusa
M
i
n
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o
 
d
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F
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r
o
Granulado AF
E / OU
SINTERIZAÇÃO
SinterSinter Feed
Pelota AF
E / OU
Carvão
COQUERIA
Coque
Fundente
PLACAS
. Bobinas
. Tubos c/ Costura
. Chapas
TARUGOS. BARRAS
. FIO MÁQUINA
. VERGALHÕES
BLOCOS
. PERFIS ESTRUTURAIS
. TRILHOS E TALHAS
ALTO
FORNO LINGOTAMENTO
Aço Líquido
CONVERSOR
LAMINAÇÃO
Usina Integrada Redução Direta - Fluxograma Simplificado
M
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F
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r
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Pelota RD
E / OU
Granulado RD
Ferro
Esponja
Sucata
PLACAS
. BOBINAS
. TUBOS C/ COSTURA
. CHAPAS
TARUGOS
. BARRAS
. FIO MÁQUINA , VERGALHÕES
BLOCOS
. PERFIS ESTRUTURAIS
. TRILHOS E TALHAS
Gás Natural
REFORMADOR
Gás Redutor
REDUÇÃO
DIRETA FORNOELÉTRICO 
Aço Líquido
LINGOTAMENTO
LAMINAÇÃO
Tiposbásicos de fornos: 
Fornos de cubaXVFornos de potesVI
Fornos de andaresXIVFornos de galeriaV
Fornos rotativosXIIIFornos de muflaIV
Fornos de fusão e concentraçãoXVICaldeiras de vaporVIII
Fornos de retortas
Convertidores
Fornos rotativos
Forno de cuba
Fornos de tanqueXII
Fornos de reverberoIXI
CHAMA DIRETACARGA MISTA
Fornos de câmaraXIIII
Fornos de galeriaXIIRECIPIENTE FECHADO
VII CALDEIRA ABERTA
Introdução à Siderurgia