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8/2/2019 Apostila Alto Forno
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INTRODU~AO
o alto-forno constitui ainda 0 principal aparelho utilizado na rnetalurglca do ferro. A partir
dos primeiros fornos, dos tipos mais rudimentares, em que os gases eram perdidos na atmosfera,
constantes aperfeicoamentos tecnicos vern sendo introdu zidos e a capacidade diaria
paulatinamente elevada, aproximando -se, nos dias atuais, de 10.000 toneladas de ferro gusa em
24 horas.
A metalurgia do ferro consiste essencialmente na reducao dos 6xidos dos rninerios de ferro,
mediante 0 emprego de um redutor, que e um material a base de carbono - 0 carvao- 0 qual atua
igualmente como combustivel e, indiretamente, supridor do carbono para as ligas ferro -carbono
de alto carbono, que sao os principais produtos do alto -forno.
ANTIGUIDADE
Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construldos na China da dinastia Han, no
Seculo I a.c., embora os artefatos ferreos encontrados neste pais datem do Seculo Va.c. - 0 que
torna possfvel acreditar-se que a hist6ria dos altos-fornos na China seja mais antigo do que
atualmente se sup6e. Estes fornos primitivos possulam paredes de barro com grande quant idade
de minerais fosf6ricos. Enquanto se acreditava por muito tempo que os chineses haviam
desenvolvido 0 rnetodo de derretimento do ferro, Donald Wagner (mesmo autor da referencia
anterior), publicou novo trabalho,0
que substitui algumas de suas aflrrnacoes de seu trabalhoanterior. Nesta pesquisa mais recente 0 autor coloca a data dos primeiros artefatos de fundicao
entre os seculos IV e V a.c., mas tarnbem cogita de evidencias de que 0uso dos fornos de fundicao
tenha se difundido para 0 ocidente. Ele suger e, tarnbem, que os alto-fornos primitivos teriam se
evolufdo a partir dos fornos para derretimento do bronze.
EUROPA ANTIGA
o ferro foi fundido pelos gregos, celtas, romanos e cartagineses da Antiguidade. Foram
encontrados vestlgtos variados na Franca (antiga Galla], Materiais encontrados na atual Tunisia
sugerem seu uso por ali, como tarnbern na Anti6quia durante 0 perlodo helenistico . Embora seja
pouco conhecido 0seu uso durante a Idade Media, 0processo provavelmente continuou em uso.
A fundicao aperfeicoada recebeu 0 nome de forja catala, e foi inventada na Catalunha, naatual Espanha, durante 0 seculo VIII. Em vez de usar a estrutura de ventilacao natural, adicionou 0
sistema de foles para bombear 0 ar no interior. 1550 permitiu a um tempo produzir um ferro de
melhor qualidade, como aumentou -Ihe a capacidade. E reconhecido que os monges cistercianos,
que eram bons engenheiros e qualificados metalurgicos, tinham conseguido produzir um
verdadeiro aco, sendo considerados os inv entores do alto-forno na Europa.
IDADE MEDIA
OSalto-fornos mais antigos conhecidos fora construldos na Suecia ocidental, em Lapphyttan,
eo complexo estiveram ativos entre os anos de 1150 a 1350. Em Noraskog, no municipio sueco de
Jarnboas foram encontrados restos de alto -fornos datados de antes desse perfodo, provavelmente
por volta de 1100. 1550 constitui um fato obscuro, e sera possivelmente impossfvel determ inar se 0
alto-forno foi desenvolvido indepentemente na Suecia medieval, ou se este conhecimento foi -Ihes
transmitido de alguma forma, da Asia. Estes primitivos fornos, a exemplo dos chineses, eram
extremamente ineficientes, se comparados com os atuais. Era utilizado 0 ferro das minas de
Lapphyttan para a producao de bolas de ferro forjado, conhecidas como osmonds, e que eram
internacionalmente comercializadas - uma possfvel referencia disso en contra-se em um tratado
com Novgorod, de 1203, alern de varias referencias certas nas contas alfandegarias inglesas entre
os anos de 1250 a 1320. Foram tarnbern identificados fornos dos seculos XIII a XV na Westphalia.
Podem ter sido tambern transmitidos os conhecimentos dos avances tecnol6gicos
promovidos pela Ordem de Cister, inclusive do forno de producao do a < . ; : 0 . Um alto-forno medieval
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(e 0 unico identificado fora da Inglaterra, e que se acreditou conter avances semelhantes aos alto -
fornos modernos) foi identificado por Gerry McDonnell, arqueornetalurglco da University of
Bradford. Ela localizava-se em Laskill, uma estacao externa da Abadia de Rievalux, produtora de
aco. Sua data, entretanto, nao e precisa; ela certamente nao sobreviveu a dissolucao dos
monasterlos, promovida na decada de 1530 por Henrique VIII - razao pela qual esse conhecimento
nao se espalhou para alern de Rievaulx. A data de operacao do forno nao apenas nao esta clara,
como tarnbem e possfvel nao haver sobrevivido por muito tempo, de acordo com registros do
Conde de Rutland, em 1541.
CONSTRU~AO DO ALTO -FORNO .
Como se ve, trata-se de uma estrutura cilfndrica, de grande altura, que compreende
essencialmente uma fundaciio e 0forno propriamente dito. Esta, por sua vez, e constltulda de tres
partes essenciais: cadinho, rampa e cuba.
CADINHO
turo de
00rrida
do g u S < !
di;ime!ro da rampa IRAMPA
rampa
- +
-arcaea
r:retalica
CUBA
slstema:deCIIrlllQ8 rnanto
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carcaca
metalice
-- ,
cuba
diametro da rampa,..._~-+--
furode , 1 1 _ j 1 ; ~ ~ : : : i ~ ~ ~ I I I I r : ~ ~ : _ ~ ~ ~orrida
de escor ia carrida
do gusa
..:~ ~.. ..~ >< ~ ~ : - .
FigUTK 5 Se¢o transversal rtpicade um alto-forno moderno.
CADINHO
o cadinho corresponde a parte do alto -forno onde se acumulam 0metal fundido e a escoria,
resultantes das reacoes que ocorrem no seu interior. 0 cadinho tem forma cilfndrica e econstrufdo em chapa grossa de aco, com revestimento interno de material refratario de natureza
sflico-aluminosa ou de blocas de carbono. Entre a chapa de aco e 0 revestimento refratario sao
colocadas piacas retangulares de ferro fundido, contendo no seu interior tubos de agua, por onde
esta circula, promovendo 0 resfriamento e proporcionan do, assim, melhor condicao do ma terial
suportar as temperaturas elevadas que ocorrem nessa regiao e as press6es devidas ao peso da
carga. 0 diarnetro do cadinho, dependendo da capacida de do forno, pode ser mais ou rnenos igual
ou maior que 10 metros. A altura do cadinho supera frequentemente 4 metros.
Na parte inferior do cadinho, ace rca de 1m do fundo, situa -se 0 furo de corrida do gusa, 0
qual, durante a operacao do forno, permanece f echado com massa refrataria colocada sob
pressao e,por Acima do furo de corrida do gusa, a cerca de 2,0 a 2,40m do fundo , situam -se os
furos de corrida de escoria, geralmente em numeros de dois.
Na parte superior do cadinho, a cerca de 3,25m do fundo situ am-se as ventaneiras , atraves
das quais e soprado ar pre-aquecido e sob pressao.O numero de ventaneiras, de formato conlco,
construfdas de cobre e refrigeradas a agua, varia de 20 a 32.
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RAMPA
A rampa tem formato tronco -conlco: suas dimens6es variam des de 0 diarnetro do cadinho
ate 10,5 ou mais, com altura que pode superar 4m. A rampa corresponde a zona, de certo modo,
mais quente: af a espessura do refratario e menor que a do cadinho, exigindo, em consequencia,
um resfriamento externo mediante 0 emprego de placas rnetalicas por onde circula a agua. A
incllnacao da rampa e da ordem de 80 a 82Q em relacao a horizontal,
CUBA
A cuba, tarnbern de forma tronco -conlca, tem a secao menor voltada para cima, no topo ou
goela. Sua altura, a partir da rampa, pode supera r 25m.
Em consequencia, a altura do alto -forno, compreendendo 0 cadinho, rampa e cuba, a partir
do fundo do cadinho, supera 30m, aos quais devem juntar -se cerca de 4,5 a 5,Om do fundo de
cadinho ao piso do chao.
o diarnetro superior da rampa, na sua [uncao com 0 topo, e de aproximadamente 7,25 a
7,50 metros.
A cuba e constitufda de revestimento de tijolos refratarios de grande espessura, devido ao
desgaste, essa espessura e maior no inferior e vai diminuindo ate chegar ao topo.
No topo do alto-forno situa-se 0 sistema de carregamento (fig.6). 0 sistema de
carregamento mais comum e chamado "copo e cone", como a figura mostra. Ele e constitufdo de
uma tremonha de recebimento de carga, ligada ao silo ou tremonha superior rotativas, cujo fundo
corresponde ao sino ou cone pequeno; esta pode ser movimentado por um sistema de alavancas.
A tremhonha de recebimento descarrega a caraga no silo ou tremonha rotativa, uma vez
feita a descarga, 0 cone pequeno abre -se e descarrega 0 material na tremonha inferiora, cujo
fundo corresponde ao sino ou cone grande.
Apos ter carga suficiente na tremonha inferior, abre -se 0 cone grande que despeja 0
material no interior do forno. Isto so e feito quando 0 cone pequeno esta fechado para evitar a
fuga de gases, estes saem pelos tubos de safda normal mente a 90Q um do outro que se comunica
com tubos de ascensao de gases.
S ISTEM A D E L lM PEZA
o alto-forno tem um sistema de limpeza cujo e composto pelos seguintes acessorios:
- C ole to r d e p oe ira s, cuja a funcao e recolher a grande quantidade de poeiras carregadas no
gases. Num alto-forno de 1.600tjdia de ferro gusa, a quantidade de poeiras arrastada pelos gases
situa-se em torno de 100tjdia.O gas penetra no coletor pela sua parte superior, cuja forma e
tronco-conica. A parte central do coletor e cilfndrica e a poeira e retirada por meio de carrinhos. 0
gas e, em seguida, dirigido para os lavadores.
- L av adores , que empregam, atualmente, um precipitador eletrostatico, 0 qual permite a
geracao de um campo eletrico que ioniza as partf culas de po, atraindo-os para as paredes do
parelho. Daf sao levadas ao fundo, por interrnedio de uma camada de agua que escorre pelas
paredes.
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-Regenerador de calor, Finalmente, 0 acessorio mais importante corresponde as estufas ou
regeneradores de calo. E constitufdo de uma carnara de combustao em que 0gas do alto -forno e
queimado juntamente com ar. Ao atingir a cupula do regenerador, 0 gas muda de direcao e
at raves sa, no sentido descendente, a outra seca do regenerador, ou seja, uma carnara de
empilhamento de tijolos refratarios, cedendo calor aos tijolos que atingem temperaturas da
rodem de 1.400QC, apas cerca de lh e 30m in. Uma vez atingida essa temperatura, interrompe -se,
por interrnedio de valvulas, a entrada de ar e gas na carnara de cornbustao e promove -se a
entrada de ar sob pressao, pela parte inferior da carnara de empilhamento.
Oar, ao atravessar os tijolos aquecidos, vai -se aquecendo, muda de direcao ao chegar a
cupula do regenerador e desce pela carnara de combustao ate atingir 0 terce inferior desta, de
onde sai para 0alto-forno, atraves da valvula de ar quente.
o gas queimado e dirigido a charnlne, colocada perto do regenerador, de modo a reduzir a
um mfnimo a perda de triagem. Normalmente um alto-forno e equipado com tres regeneradores.
OPERA~AO DO A LTO -FORNO
A operacao do alto-forno e iniciada depois de ter passado pelo processo de secagem e
preparo. Preliminarmente os regeneradores sao aquecidos previa mente, de modo que um dos
meios de secar 0 alto-forno consiste em soprar-se ar quente dos regeneradores, atraves das
ventaneiras, durante 10 a 15 dias, ate que a temperatura em torno de 600QC seja alcancada. Outro
rnetodo de secagem e a queima de carvao de madeira ou coque.
A primeira carga de materia prima apresenta uma proporcao maior de coque para acelerar
o aquecimento do revestimento refratarlo, assim como para formar uma quantidade maior que a
normal de escoria.
A medida que a combustao do carvao progride, a proporcao dos varies elementos
constituintes da carga e modificada ate atingi r-se a normal.
Essa carga, em outras palavras, e modificada em funcao da qualidade das varlas rnaterias -primas,
inclusive se utiliza apenas rninerios de ferro ou igualmente "sinter' ou "pelotas".
Alern da carga salida, a quantidade de ar necessaria e muito elevada da ordem de 2000 a
25000t por 1000t de gusa; do mesmo modo a agua de refrigeracao, num alto forno moderno, e da
ordem de 20m3/t de gusa Ifquido e 0 consumo de energia para 0 acionamento dos varies
dispositivos eletricos de carregamento, queimadores , precipitadores, controles etc. e da ordem de
10kWh/t de gusa Ifquido.
Num alto forno, existem duas correntes de materiais responsaveis pelas reacoes que se
verificam: uma corrente salida, representada pela carga que desce paulatinamente e uma
corrente gasosa que se origina pela reacao de carbono do carvao com 0 oxlgenio do ar soprado
pelas ventaneiras, que sobe em contra corrente.
A carga introduzida pelo topo, ao entrar em contato com a corrente gasosa ascendente,
sofre uma secagem, inicialmente, pela r ernocao da agua hlgroscopica e, a seguir, rernocao da agua
de hidratacao, rernocao essa que se completa somente por volta de 500Q C .
A formacao de escoria compreende reacoes bem mais complexas. Essa escoria, resulta da
combinacao do CaO e do MgO do calcario c om a ganga do rninerio e as cinzas do carvao.A escoria
se origina, na sua quase totalidade, ao ser alcancada a rampa, a cerca de 1200Q C .
Esse produto caracteriza -se por sua grande fluidez e seu baixo peso especffico. Assim no
cadinho, a escoria e a gusa Ifquida separam-se por gravida de, formando duas camadas: a inferior,
rnetalica e a superior, a escorla, facilitando 0vazamento de ambos os produtos.
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P RODU TO S DO ALTO -FORNO.
o principal produto do alto -forno e 0 ferro gusa, cuja utillzacao e fei ta nas aciarias, para
onde e encaminhado no estado Ifquido e transformado em aco. 0 ferro fusa e ainda utilizado no
estado solido como principal materia -prima das fundicoes de ferro fundido.
H a varies tipos de ferro gusa, basicamente, e uma liga ferro -carbono de alto teor de carbono
e teores variaveis de silfcio, manganes, fosforo e enxofre, devido as materlas-primas utilizadas e 0
processo de producao.
De um modo geral, a maioria dos ferros gusas possfveis de serem obtidos em alto -forno esta
compreendida na seguinte faixa de cornposicoes:
Carbono - 3 a 4,5%
Silfcio - 0,5 a 4,0%
Manganes - 0,5 a 2,5%
Fosforo - 0,05 a 2,0%
Enxofre - 0,20% max.
A escoria tarnbem e um produto do alto-forno, depois de solidificada pode ser empregado
como lastro de ferrovias, material isolante, etc. Sua mais importante aplicacao da -se na fabricacao
do chamado "cimento metalurglco".
CONCLUSAO
o alto-forno e um dos mais usados aparelhos para a producao de ferro -gusa Ifquido, assim
podendo aproveitar a escoria na producao de cimento, os gases do alto -forno atualmente nao
mais despejados na atmosfera. Um alto-forno moderno tem uma producao muito alta.
BIBLIOGRAFIA
Tecnologia Mecanlca , Vol. III - Materiais de construcao Mecanica.
Autor: Vicente Chiaverini.
www.wikipedia.org
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