Noções de siderurgia

Materiais metálicos, processos de fabricação de ligas ferrosas

Resumo do processo

• MINÉRIO+ CARVÃO(Coque ou carvão vegetal) + FUNDENTE (calcário) são adicionados ao ALTO FORNO que produz o FERRO GUSA. Este é levado para a ACIARIA (processo pode iniciar aqui com SUCATA) onde é colocado em CONVERSORES OU FORNOS ELÉTRICOS (nesse caso em geral a partir de SUCATA) ONDE É FABRICADO O AÇO. Ainda líquido ele é vazado em grandes lingotes – LINGOTAMENTO CONVENCIONAL, ou na forma de barras de maneira contínua LINGOTAMENTO CONTÍNUO. Sendo após CONFORMADO (laminação, trefilação, forjamento, extrusão)

• O FERRO GUSA também é entregue às FUNDIÇÕES, onde é fundido em fornos CUBILÔ para fabricar os FERROS FUNDIDOS. O metal líquido é vazado em moldes de areia com resina com uma cavidade equivalente à forma definitiva da peça a produzir.

Produção do AçoProdução do Aço

O que são materiais ferrosos?

• Os materiais ferrosos, são ligas de ferro e carbono contendo elementos residuais como silício manganês fósforo enxofre entre outros.Pode conter elementos adicionados (cromo molibdênio níquel vanádio e outros) com algum propósito particular (aços liga ou ligados ferros fundidos ligados).

• Aços: teor de carbono até aproximadamente 2% (maioria dos aços tem carbono até 0,5%).

• Ferros fundidos: teor de carbono entre 2% e 6,7% (na prática entre 2,5 , 4,5 %) em geral contendo silício em percentual maior que os aços que garante a presença de grafita (carbono puro) na estrutura.

Matéria prima dos materiais ferrosos

• Minérios:• Magnetita Fe3O4 coloração preta• Hematita Fe2O3 coloração avermelhada principal minério no Brasil

(itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.• . • São enriquecidos (Vale)• Carvão: (reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao ferro)• Coque: destilação seca do carvão mineral à 1000 1100ºC, alta

resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre (pior qualidade)

• Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre (melhor qualidade)

• Fundentes:• Calcário ou caliça . Baixam o ponto de fusão da ganga (o que

não é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem com eles formando a escória

FerroFerro PrimárioPrimário

• Fontes de FerroFontes de Ferro

5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm

granulado

6mm< Minério <40mm

granulado

Em detalhe Em detalhe

• Detalhes do processoDetalhes do processo

                                          

       

Típica Bateria de coqueificação Típica Bateria de coqueificação

Coque incandescente

pronto para ser descarregado

Coque incandescente

pronto para ser descarregado

CoqueriaCoqueria

Alto forno• Serve para produzir o ferro gusa, que

é uma forma intermediária na

produção dos aços • Entra na parte superior do forno

minério de ferro, coque (ou carvão vegetal) e fundente.

• É insuflado ar pelas ventaneiras que queima o caque gerando CO que faz a redução do minério de ferro a ferro mas esse ferro incorpora um percentual de carbono (ferro gusa).

• Ex. de reação de redução: ½ Fe2O3 + 3/2CO = Fe +3/2CO2

Alto FornoAlto FornoO alto forno é um forno de cuba que operado em O alto forno é um forno de cuba que operado em

regime de contra corrente. regime de contra corrente. No topo do forno o coque, calcário, e o material No topo do forno o coque, calcário, e o material

portador de ferro (sinter, pelotas e minério portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas. granulado) são carregado em diferentes camadas.

A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe.gravidade reagindo com o gás que sobe.

Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras.regeneradores) é injetado através das ventaneiras.

Em frente as ventaneiras o OEm frente as ventaneiras o O22, presente no ar, reage , presente no ar, reage

com o coque formando monóxido de carbono (CO) com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente. presente na carga que desce em contra corrente.

Alto FornoAlto Forno

John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.

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.

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.

Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas.

Alto FornoAlto Forno

Alto forno

Aciaria• A composição do gusa está longe

da composição típica dos aços devendo ser reduzido os teores de carbono enxofre fósforo manganês entre outros.

• O princípio químico é a oxidação dos elementos envolvendo a injeção controlada de O2 ou de ar saindo na forma de gases ou passando para a escória.

• Conversores: ar ou O2 é soprado durante 15 a 20 min.através ou sobre 100 a 150 ton. de carga, sendo a fonte de calor a própria oxidação dos elementos (reações são exotérmicas)

• Tipos de conversores: Thomas ar insuflado por baixo. Bessemer Ar insuflado por baixo, e LD O2

insuflado com lança ( em geral adiciona-se sucata junto para baixar a temperatura), (MAIS USADO)

• Fornos elétricos: Utiliza arco elétrico entre 3 eletrodos de grafite e a carga. Em geral utiliza sucata como carga, tempo de corrida 2 horas (em geral usado para aços especiais).

Produção do Aço Líquido-métodos mais Produção do Aço Líquido-métodos mais usados atualmenteusados atualmente

A produção do aço líquido se dá através da oxidação A produção do aço líquido se dá através da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquido controlada das impurezas presentes no gusa líquido e na sucata. e na sucata.

Este processo é denominado refino do aço e é Este processo é denominado refino do aço e é realizado em uma instalação conhecida como realizado em uma instalação conhecida como aciaria.aciaria.

O refino do aço normalmente é realizado em O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:batelada pelos seguintes processos:-- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga predominantemente líquida).predominantemente líquida).-- Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco –Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA FEA

(carga predominantemente(carga predominantemente sólida).sólida).

Conversor LDConversor LDResponsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano)

da produção de aço líquido mundial, a tecnologia da produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a continua a ser a mais importante rota para a produção de aço, particularmente, chapas de aço de produção de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade.alta qualidade.

Processo industrial teve início em 1952, quando o Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo.daí o crescimento foi explosivo.

Permite elaborar uma enorme gama de tipos de Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos média-liga.aços, desde o baixo carbono aos média-liga.

Conversor LDConversor LD

Conversor

Conversor LDConversor LD

Metalurgia de PanelaMetalurgia de Panela

Após o refino, o aço ainda não se encontra em Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e na visa os acertos finais na composição química e na temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o lingotamento contínuo na cadeia de produção de lingotamento contínuo na cadeia de produção de aço carbono.aço carbono.

Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço.liberado, maximizando a produção de aço.

- Forno de panela- Forno de panela

- Desgaseificação- Desgaseificação 

Forno de PanelaForno de Panela

Forno na metalurgia de panela

Toda a etapa de refino do aço se dá no estado Toda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma adequada em função da sua utilização posterior.adequada em função da sua utilização posterior.

O lingotamento do aço pode ser realizado de três O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas:maneiras distintas:

- - DIRETO: o aço é vazado diretamente na DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;lingoteira;

- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical - INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base;penetrando na lingoteira pela sua base;

- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para - CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à água.um molde de cobre refrigerado à água.

LingotamentoLingotamento

Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo

O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço fundido é solidificado em um produto semi-aço fundido é solidificado em um produto semi-acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente laminação.laminação.

Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário (lingoteiras).(lingoteiras).

Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo

Seções possíveis Seções possíveis no lingotamento no lingotamento contínuo (mm)contínuo (mm)

ConformaçãoConformação A grande importância dos metais na tecnologia A grande importância dos metais na tecnologia

moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com que eles podem ser produzidos nas mais variadas que eles podem ser produzidos nas mais variadas formas, para atender a diferentes usos. formas, para atender a diferentes usos.

Os processos de fabricação de peças a partir dos Os processos de fabricação de peças a partir dos metais no estado sólido podem ser classificados em: metais no estado sólido podem ser classificados em:

-- Conformação Mecânica: volume e massa são Conformação Mecânica: volume e massa são conservados; conservados;

-- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material material para se obter a forma desejada;para se obter a forma desejada;

Os processos de conformação mecânica podem ser Os processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material:ao material:

-- Compressão direta:Compressão direta: Forjamento, Laminação; Forjamento, Laminação;

-- Compressão indireta:Compressão indireta: Trefilação, Extrusão, Trefilação, Extrusão, Embutimento;Embutimento;

-- Trativo: Trativo: Estiramento;Estiramento;

-- Dobramento: Dobramento: Dobramento;Dobramento;

-- Cisalhamento: Cisalhamento: Corte.Corte.

ConformaçãoConformação

ExtrusãoExtrusão: Processo no qual um bloco de metal tem : Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação de reduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçando-o a escoar através do pressões elevadas, forçando-o a escoar através do orifício de uma matriz.orifício de uma matriz.

TrefilaçãoTrefilação: Processo que consiste em puxar o metal : Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.

Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação

ForjamentoForjamento: Processo de transformação de metais por : Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente).conformação existente).

LaminaçãoLaminação: Processo de deformação plástica no qual : Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua alta rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.ou a frio.

Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação

Dobramento

Forjamento

Laminação

Trefilação

EmbutimentoProfundoEstiramento

Matriz

Cisalhamento

ExtrusãoExtrusão

Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação

Lingotamento e LaminaçãoLingotamento e Laminação