Ferro Primário
Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm granulado
Em detalhe
Coqueria
O coque é o produto sólido da destilação de uma
mistura de carvões realizada em torno de 1100oC
em fornos chamados coquerias.
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.
O processo de coqueificação consiste no
aquecimento do carvão mineral na ausência da ar.
Fornecer o calor necessário às necessidades
térmicas do processo;
Produzir e "regenerar" os gases redutores;
Carburar o ferro gusa;
Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores
do forno onde o restante da carga está fundida ou
em fusão.
O Papel do Coque no Alto Forno
Coqueria
Detalhes do processo
Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente
pronto para ser descarregado
Coqueria
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.
Produção de ferro primário
Alto Forno
O alto forno é um forno de cuba que é operado em
regime de contra corrente.
No topo do forno o coque, calcário, e o material
portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado)
são carregado em diferentes camadas.
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por
gravidade reagindo com o gás que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos
regeneradores) é injetado através das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage
com o coque formando monóxido de carbono (CO)
que ascende no forno e reduz o óxido de ferro
presente na carga que desce em contra corrente.
Alto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
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
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 Forno
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
Pré-tratamento do gusa
De forma a maximizar a produtividade do Conversor
LD ou Forno Elétrico a Arco (FEA) e minimizar os
custos de refino é importante executar um pré-
tratamento do gusa antes da fase de refino.
O pré-tratamento do gusa inclui:
- remoção de enxofre
- remoção de Silício
- remoção de fósforo
- processos para redução do teor de Va, Cr, Ti e Mn
Produção do Aço Líquido
A produção do aço líquido se dá através da oxidação
controlada das impurezas presentes no gusa líquido
e na sucata.
Este processo é denominado refino do aço e é
realizado em uma instalação conhecida como
aciaria.
O refino do aço normalmente é realizado em
batelada:
- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga
predominantemente líquida).
Conversor LD
Responsável por cerca 60% da produção de aço
líquido mundial.
Processo industrial teve início em 1952, quando o
oxigênio tornou-se industrialmente barato.
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de
aços, desde o baixo carbono aos média-liga.
Conversor LD
Conversor LD
Aciaria Elétrica
Processo industrial começou no início do século XX.
Inicialmente, o forno elétrico era considerado
sobretudo como um aparelho para a fabricação de
aços especiais, inoxidáveis e de alta liga.
Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado na
fabricação de aço carbono.
Processo reciclador de sucata por excelência; não
há restrição para proporção de sucata na carga.
A participação do aço elétrico no mundo vem crescendo substancialmente nas últimas décadas.
Aciaria Elétrica
Metalurgia de Panela
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.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser
liberado, maximizando a produção de aço.
- Forno de panela
- Desgaseificação
As seguintes operações podem ser executadas:
- Homogeneização do calor;
- Ajuste da composição;
- Ajuste da temperatura do aço;
- 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.
- Desulfuração;
- Desfoforação
Forno Panela
Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
Toda a etapa de refino do aço se dá no estado
líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma
adequada em função da sua utilização posterior.
O lingotamento do aço pode ser realizado de três
maneiras distintas:
- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira pela sua base;
- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para
um molde de cobre refrigerado à água.
Lingotamento
Lingotamento Contínuo
O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o
aço fundido é solidificado em um produto semi-
acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente
laminação.
Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos
anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário
(lingoteiras).
Lingotamento Contínuo
Seções possíveis
no lingotamento
contínuo (mm)
Conformação
A grande importância dos metais na tecnologia
moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com
que eles podem ser produzidos nas mais variadas
formas, para atender a diferentes usos.
Os processos de fabricação de peças a partir dos
metais no estado sólido podem ser classificados em:
- Conformação Mecânica: volume e massa são
conservados;
- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material
para se obter a forma desejada;
Os processos de conformação mecânica podem ser
classificados de acordo com o tipo de força aplicada
ao material:
- Compressão direta: Forjamento, Laminação;
- Compressão indireta: Trefilação, Extrusão,
- Trativo: Estiramento;
- Dobramento: Dobramento;
- Cisalhamento: Corte.
Conformação
Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem
reduzida sua seção transversal pela aplicação de
pressões elevadas, forçando-o a escoar através do
orifício de uma matriz.
Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal
através de uma matriz, por meio de uma força de
tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.
Tipos de Conformação
Forjamento: Processo de transformação de metais por
prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de
conformação existente).
Laminação: Processo de deformação plástica no qual
o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e
rotação. É o de maior uso em função de sua alta
produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente
ou a frio.
Tipos de Conformação
Dobramento
Forjamento
Laminação
Trefilação
Embutimento
Profundo Estiramento
Matriz
Cisalhamento
ExtrusãoExtrusão
Tipos de Conformação
Lingotamento e Laminação
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