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5/20/2018 1.3.1- SIDERURGIA ALUNOS 14.1 (1)
1/60Prof.: Antonio Fernando de Carvalho Mota, M.Sc. Eng
SIDERURGIA - MATRIAIS PRIMAS
METALURGIA CINCIA DOS METAISSIDERURGIA A METALURGIA DO FERRO
AO A FORA DO PROGRESSO
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Colocaoem 2010 Pais
Milhes detonelada de ao
Aplicao deste total
1 China 626,7
2 Japo 109,6 63,8 em Produtosindustrializados
3 Estados Unidos 80,5 80,1 em bens finais
4 ndia 68,3 60,6 em outros produtos
5 Rssia 35,7 35,7 em outros produtos
6 Coreia do Sul 58,4 52,4 em outros produtos7 Alemanha 43,8
8 Ucrnia 33,4 5,5 em outros produtos
9 Brasil 32,9 8,6 em outros itens
10 Turquia 29,1
Ranking dos maiores produtores de ao do mundo
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HISTRICO
ORIGEM
A 1 vez que o homem viu o ferro foi sob a forma demeteoritos. Da a origem da palavra siderurgia, poisSIDUS
significa estrela, em Latim.
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ORIGEM
Primeiras evidncias de uso: China e
ndia (2.000 AC).
Incio da industrializao: Hititas,
1.700 AC.
Aqueciam uma mistura de minrio
de ferro e carvo vegetal em umburaco no solo obtendo, assim,
uma massa pastosa ferrosa.
HISTRICO
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OBTENO DE METAIS
REAES TERMOQUMICAS:
Reagentes X Produtos Na reao dada A + B C + D, temos: A + B C + D REAGENTES PRODUTOS
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Energia Livre de Gibbs
A equao da Energia Livre de Gibbs informa que:
G = H TS onde:
H = Entalpia; S = Entropia;
G = Energia Livre de Gibbs. O estudo de tal energia revela que:
G = 0 Equilbrio G < 0 Reao possvel
G > 0 Reao impossvel
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Processos de Extrao e Refino
Reao de dissociao MX M + X Tal processo, entretanto, contra-indicado, uma vez que apresenta
elevada quantidade de energia trmica.
Reao de Reduo do Composto Metlico
MX + R RX + M
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Energia Livre de Formao de xidos
Observaes importantes:
A afinidade pelo oxignio diminui com oaumento da temperatura para todos os xidos,
exceto no caso da formao de monxido decarbono (CO).
Quanto mais alta a temperatura, mais fcil setorna a reduo de todos os xidos pelo CO.
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Diagrama de EllinghamA afinidade pelo oxigniodiminui com o aumento datemperatura para todos osxidos, exceto no caso daformao de monxido decarbono (CO). G0G0
Temperatura
Crtica
Temperatura C
G0G0PossvelImpossvel
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SiderurgiaPara se extrair o ferro do minrio, preciso ento retirar o oxignio
ao qual est combinado.Isso feito atravs do processo conhecido como REDUO.Nesse processo, o carbono, presente no carvo vegetal, no coque
ou no gs natural, o AGENTE REDUTOR, ligando-se ao oxignioque se desprende do minrio com a alta temperatura, deixandolivre o ferro:
Fe2O3(s) + 3 CO 2 Fe (l) + 3 CO2(g)
Entre 20 e 30% do ferro produzido POR REDUO DIRETA:
Fe2O3(s) + 3 C 2 Fe (l) + 3 CO (g)
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Matrias-prima da indstria siderrgica
MINRIOS DE FERRO:
a- MagnetitaFe3O472,4% Fe b- HematitaFe2O369,5%Fe
c- SideritaFeCO348,3%
d- PiritaFeS2sem interesse siderrgico
Aspecto tpico dos materiais base de ferro alimentados no alto-forno:
Sinter, pelotas, minrio beneficiado e briquetes.
sinter
minrio beneficiado
pelotas
briquetes
Processo de produo do ao
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Cont. Matrias-prima da indstria siderrgica
CARVO: - Fornecedor do calor
- Fornecedor do CO para a reduo do xido de Ferro
- Fornecedor do C como principal elemento de liga.
FUNDENTE: A funo do fundente combina-se com as impurezas dominrio e com as cinzas do carvo formando as chamadasESCRIAS.
O principal fundente o calcreo, CaCO3.
Outros fundentes: Cal (CaO) e Fluorita (CaF2).
Ar: Fornecedor do oxignio para a combusto da carvo.
Processo de produo do ao
Carvo vegetal
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COQUE METALRGICO O COQUE (principal combustvel do alto-forno) obtido da destilao do
carvo mineral, o qual aquecido a altas temperaturas em cmaras especiais
(COQUERIAS), na ausncia de ar, durante 17 a 18 horas.
Nessas condies, uma grande quantidade de produtos volteis se
desprendem do carvo mineral, obtendo-se uma estrutura porosa, com
elevada resistncia mecnica, o COQUE.
Tpica Bateria decoqueificao
Coque incandescentepronto para serdescarregado
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Fornos para coqueificao
Carvomineral
1300C, durante 16 horas sem contato com o arProdutos carboqumicos: alcatro
amniaBTX bruto, BTX (Benzeno, Tolueno e Xileno)
Coquemetalrgico
Processo de produo do ao
Operao de Desfornamento da Coqueiria(Arquivo COSIPA)
Refino do BTX
benzeno um lquido txico e inflamvel
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FUNDENTE
Tem a funo de se combinar com as impurezas do
minrio de ferro e com as cinzas do carvo, formando aescria. Reduz a temperatura de fuso e forma umaescria de baixa densidade que sobre nada o banho,protegendo o metal lquido e facilita a sua retirada.
O principal fundente o CALCRIO (CaCO3).Fundenteem metalurgia pode ter dois significados:substncia que facilita a soldadura ao efetuar a limpeza qumica dos materiais aserem soldados. Em processos de alta temperatura o propsito principal dofundente prevenir a oxidao dos materiais de base e de enchimento;
na metalurgia extrativa:substncia adicionada ao contedo de, por exemplo, um alto-forno com ospropsitos de retirar as impurezas existentes no metal (por exemplo xidos) e detornar a escria mais fluida. No caso do ferro e do ao o fundente mais comum o calcrio.
http://br.all.biz/img/br/catalog/14519.jpeghttp://br.all.biz/img/br/catalog/14519.jpeg5/20/2018 1.3.1- SIDERURGIA ALUNOS 14.1 (1)
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Sinterizao
FOTO 03:Sinterizao (Arquivo USIMINAS)
Fino do
Minrio de Ferro
+
Calcrio
= SNTER
Aquecimento a 1300C
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OUTRAS MATRIAS-PRIMASMANGANS: utilizado tanto no alto-forno (na forma de
minrio), como no processo de fabricao do ao (como ligaferro-mangans).
FUNO: Elemento DESOXIDANTE e DESSULFURANTE.
Minrio mais importante: PIROLUSITA (MnO2).A pirolusita no um minrio comum.
O Brasil, entretanto, possui reservas considerveis de boaqualidade.
SUCATA DE AO: permite o reaproveitamento do material euma considervel economia de matria-prima.
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Processo SiderrgicoUsina Integrada
Coqueria
Calcreo
Coque
Ar
Snter
Gusa Lquido
Alto-Forno
LingotamentoContnuo
(Conversor)
(Forno Eltrico)
(1300C durante 16 horasSem contato com o ar)
Sinterizao(1300C)
Laminao
ProdutosLaminados
Fonte: http://www.ibs.org.br/siderurgia_usos_fluxo.asp
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ALTO-FORNO
O alto-forno no produz ao, mas um produto intermedirio lquidochamado ferro-gusa.
GALO DA MADRUGADA
30m
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Alto-Forno
Regeneradores
CARGA:Minrio de ferro1560tMinrio de mangans23t
Coque - 800tCalcreo - 350tGs de alto forno(CO2, CO, H2, N2)Poeira
Ar comprimido2000/2500t
Escria200/400t
Ferro gusa1000t
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ALTO-FORNO
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Alto-Forno: Processo de fabricao do Ferro Gusa
Reduo dos xidos de Ferroe remoo de impurezas.
Composio qumica doGusa:
Ferro = 93,8% mnimo Carbono = 3,5 a 4,0%
Mangans = 1,0%
Silcio = 1,0%
Enxofre = 0,04 a 0,06%
Fsforo =0,1%Alto-Forno
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ESCRIA Composio qumica:
SiO229 a 38%
Al2O310 a 22%
CaO + MgO44 a 48%
FeO + MnO1 a 3% CaS3 a 4%
Escria bruta aps a sinterizao
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USINA INTEGRADA A COQUE
Conversor sendocarregado com gusalquido
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O conversor LD usa tambm oprincpio da injeo do oxignio. Adiferena que o oxignio puro soprado sob presso na superfciedo gusa lquido. Essa injeo feita
pela parte de cima do conversor. constitudo de uma carcaacilndrica de ao resistente ao calor,revestido internamente por materiais
refratrios de dolomita ou magnesita
Conversor LD
Os conversores produzem aos usados nafabricao de chapas, tubos soldados,perfis laminados, arames.
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CARRO-TORPEDO
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Aciaria LD (Linz-Donawitz)
Conversor posio de carga
Revestimento bsico:Dolomita ou magnesita
BOP = Basic Oxigen ProccessouProcesso Bsico a Oxignio
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USINA INTEGRADA A COQUE
Refino secundrio
Convertedor LDForno Panela
Desgaseificadora Vcuo (RH)
Lingotamentocontnuo
Refino primario
(oxidante)O2
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USINA INTEGRADA DE REDUO DIRETA: FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO
FerroEsponja
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INDSTRIA SIDERRGICA
As usinas de ao, de acordo com seuprocesso produtivo, classificam-se em:
SIDERRGICAS:
INTEGRADAS
SEMI-INTEGRADAS
NO-INTEGRADAS
Minrio ferro gusa ao laminaoferro esponja
Matrias-primas Ao laminao(sucata, gusa ou esponja)
Guseiros ou Relaminadores
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SUCATA PICOTADAPara poder carregar a sucata no forno eltrico a arco, a sucata deve ter o
seu tamanho reduzido: usa-se para isso desde o corte com maarico atum equipamento chamado Shredder, que um grande picotador de ao.
Triturador SHREDDER :Capacidade 120t/h
Mquina Shredder na usina daGerdau em Iowa, EUA
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Sistema de Separao de No-Ferrosos ED01
Este efeito de Lenz explica o que ocorre na seletividade do
ED01 para com materiais amagnticos. Como o tambor magnetizado pode ser tratado como a fonte
indutora, os metais amagnticos so tratados como induzidos.
Assim, ambos tero o mesmo tipo de plo durante a induo, o quepermitir que os metais se repilam ao invs de se atrarem, o que
ocorreria se possussem plos opostos.
Operao com fenmeno Eddy Current.Fonte: Mastermag Integrated Recycling System.
Segundo a lei de Lenz, o sentido dacorrente o oposto da variao do campomagntico que lhe deu origem
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Aciaria eltricausina semi-integrada
Forno Panela
Forno Eltrico
A carga de um forno a arco constituda,basicamente, de sucata e fundente (cal)
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REFINO OXIDANTE
Cortesia Gerdau Aos Longos S.A.
oxidando os elementos C, Mn, Si e P
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DescarburaoDesfosforao
Rinsagem: nitrognio ou argnioDessulfuraoDesoxidao (desgaseificao)
Rinsagem: Agitao atravs do borbulhamento de um gs inerte.
65% das incluses so eliminadas pelo processo de rinsagem (agitao) com gs argnio.Produtos da reoxidao tendem a formar incluses ricas em xidos FeO e MnO, por exemplo.
(ou refino primrio e refino secundrio)
ACIARIA: FORNO ELTRICO FORNO-PANELA
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AUTOMAO E CONTROLE SIDERRGICO
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ADIO DE FERRO-LIGAS NA ACIARIA
Cortesia Gerdau Aos Longos S.A.
Forno-panela
Composio do euttico(Ferro-liga)
Soldagem ao arco eltrico
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COLETA E ANLISE DE AMOSTRA DE AO
Cortesia Gerdau Aos Longos S.A.
A checagem da composio feita por meio dacoleta de amostra e anlise no espectrmetro deemisso tica para anlise qumica das amostras e
de escrias.Com a composio qumica e a temperaturaacertada, libera-se a panela para o lingotamento.
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ANLISES QUMICAS
Anlise Qumica InstrumentalEmisso tica
Anlise Qumica por Via mida
Anlise Qumica por Combusto
Espectrofotometria
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IMPUREZAS DOS AOS
IMPUREZAS NOCIVAS:
Fsforo (P) produz a fragilidade (trinca) a frioEnxofre (S) produz a fragilidade (trinca) a quente
Fsforo (P) Enxofre (S)
Trinca a quente(solidificao)
ELEMENTO DE LIGA IMPORTANTE NA ACIARIA:Mangans (Mn) Desoxidante e DessulfuranteEm lugar de Fe-S (Tf= 1.000C) Mn-S (Tf= 1.600C)Adio na aciaria do Ferro-liga Fe-Mn
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DESOXIDAO DOS AOS
Ao efervescenteOxignio em
soluo, bolhas, CO e CO2.
Resultado da desoxidao: Formao de Incluses,
compostos slidos em lugar gases,
que durante a laminao ficamalinhados segundo a direo delaminao.
O excesso de incluses prejudica aductilidade dos aos na direotransversal e na direo da
espessura ( decoeso lamelar).
a- Ao Efervescente,
b- Semi-acalmadoc- Acalmado
Incluses: Partculas de outras substncias inclusasno ao.
Ao acalmado Desoxidado.
Desoxidantes: Ferro-Silcio, Ferro-Mangans e Alumnio (Al2O3).
Em ligar de Aos Efervescentes AosAcalmados
(masc/incluses)
vazios
(a) (b) (c)
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METALURGIA DA SOLDAGEM
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LAMINAO DE INCLUSES
Lingotes: Estruturabruta de fuso comincluses esfricas
Chapas Laminadas:Gros, incluses eSegregaes soalongadas segundoa direo de laminao
DL
Produtos da aciaria e lingotamento contnuo: Lingotes com inclusesdevido o processo de desoxidao do ao.Produtos Laminados: Chapas com incluses alongadas segundo adireo de laminao
(ANISOTROPIA)
DL
Incluses
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TRINCA INTERLAMELAR OU DECOESO LAMELAR
Fazer um amanteigamento (buttering), ou seja depositar umaou mais camadas de material dctil na superfcie do materialsensvel a trinca, antes da soldagem de unio propriamente dita.
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Bruno Rodrigues Henriques"Estudo da Incorporao de Hidrognio no Ao Lquido"Dissertao de Mestrado apresentada ao Programade Ps-Graduao em Engenharia de Materiais daREDEMAT, como parte integrante dos requisitospara a obteno do ttulo de Mestre em Engenhariade Materiais.
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Processos de Refino Secundrio: Desgaseificao dos aos
Fonte: Colpaert
Em funo de problemas causados pelo hidrognio noao. Foram desenvolvidos tratamentos do ao sob
vcuo, visando principalmente a reduo do teor deHidrognio alm de incluses no metlicas.
Vacuum degassing (VD)
Vacuum oxygen decarburisation (VOD)Reduo do carbono em aos inoxidveis
LINGOTAMENTO CONTNUO
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LINGOTAMENTO CONTNUO
Distribuidor
Corte a quente
Inaugurao do LingotamentoContnuo da CST
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Reaquecimento do lingote para a laminao
Forno de ReaquecimentoCortesia Gerdau Aos Longos S.A.
Tarugos no ptio esfriando enquantoaguarda a entrada no laminador
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Oxidao superficial causada pela elevada temperatura
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Fonte: SIDERRGICA AONORTE
Laminao entrada4m (lingote)Gerdau sada1600m (vergalho)Sucata .................. .... em 2012 R$300,00/t
Custo do lingote ....... R$ 430,00/tCusto da laminao ..R$ 40,00/tCusto total R$ 470,00/tVenda R$ 600,00/t
Componentes de um laminador qudruo
LAMINAO A QUENTE
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Laminao aquente
Laminao a
frio
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FABRICAO O GG-50 Soldvel um vergalho, do tipo CA50-A, obtido da laminao a
quente de tarugo de ao produzido em lingotamento contnuo. Aps ltimo
passe de laminao, o produto submetido a um resfriamento guacapaz de reduzir bruscamente a temperatura da superfcie (fig. A).
O ncleo da barra permanece suficientemente quente para reaquecer asuperfcie endurecida e promover o seu revenimento (fig.B).
O resultado final um produto com ncleo tenaz e superfcie temperada e
revenida, de alta resistncia mecnica e excelente ductilidade (fig.C)
(A) (B) (C)
Laminador Resfriamento Produtoacabado
A recent Thermexinstallation in India
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THERMEX -Estrutura do Material
Estrutura superficial martenstica;
Ncleo em estrutura fina ferrtica-perlitica; Combinao de microestruturas resultando em melhorias das
propriedades nos vergalhes.
C - estrutura martensticaB - estrutura intermediriaA - estrutura perlita + ferrita
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Faixa Qumica para CA50 e GG-50 SOLDVEL
Espectrmetro
5/20/2018 1.3.1- SIDERURGIA ALUNOS 14.1 (1)
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QUALIDADEEnsaio de traofonte Gerdau
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59/60
CAPACIDADE DE DOBRAMENTO
5/20/2018 1.3.1- SIDERURGIA ALUNOS 14.1 (1)
60/60
SOLDABILIDADE
OBRIGADO