5-Metais e produtos siderúrgicos.pdf

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OBTENÇÃO EPROPRIEDADES



ROCHA, MINERAIS, MINÉRIOS,METAIS

Rocha conjunto de um ou mais tipos de minerais. Mineral substância natural presente na crosta terrestre. Minérios nome dado a um mineral do qual se extrai,

com vantagem econômica, uma substância química deinteresse industrial.

“ Hematita é um minério de ferro”

“ Bauxita é um minério de alumínio”

Bauxita = Al + Sílica + Óxido de ferro + Água Metal Substância simples – Ex: AlBauxita -------- (purificação)------ Al2O3 (Alumina)

Alumina -----(reação química)---- Al (Alumínio)



METALURGIADefinição: Nome utilizado para designar a sequência deprocessos que são executados visando obter umelemento metálico a partir do minério correspondente.

(Reações de redução)

Al2O3 ----- Al (Reação de redução)

X

Fe ----- Fe2O3 (Reação de oxidação) ==== Corrosão



METALURGIA



NOBREZA DOS METAIS Aumenta facilidade sofrer redução (aumenta a nobreza)

---------------------------------------------------

Al Zn Fe Ni Sn Pb Cu Hg Ag Pt Au

--------------------------------------------------- Aumenta facilidade de sofrer oxidação (corrosão)

Quanto + difícil de reduzir, + fácil de oxidar Quanto + nobre o metal, < capacidade de oxidação



METAISDefinição: é um elemento químico que existe com cristal

ou agregado de cristais no estado sólido.

Propriedades: resistência mecânica e dureza altas.



ESTRUTURA CRISTALINADefinição: Regularidade estrutural – ligações covalentesdeterminam um número específico de vizinhos paracada átomo e orientação espacial entre eles.

Formas de cristalização:

Sistema cúbico de corpo centrado;

Sistema cúbico de face centrada;

Hexagonal compacto.Célula cristalina é a menor porção que se repete em

todas as direções.



SISTEMA CÚBICO DE CORPO CENTRADO(CCC)

Exemplos de metais CCC: Ferro (Fe), Cromo (Cr),Molibdênio (Mo) e Tungstênio (W)

N° de coordenação (que representa o n° de vizinhos mais

próximos): 8 N° átomos no interior do reticulado: (8 x 1/8 + 1) = 2

Fator de empacotamento atômico: 0,68 (68% do volume da

célula é ocupado por átomos)

Parâmetro do reticulado: a = 4R / √3 a=dimensão da célula R=raio atômico



CCC



SISTEMA CÚBICO DE FACE CENTRADA

(CFC) Exemplos de metais CFC: Alumínio (Al), Cobre (Cu),

Ouro (Au), Chumbo (Pb), Níquel (Ni), Platina (Pt),Prata (Ag)

N° de coordenação: 12 (nº átomos mais próximos)

N° de átomos no interior do reticulado:(8 x 1/8 + 6 x1/2) = 4

Fator de empacotamento atômico: 0,74 (74% do volume da célula é ocupado por átomos)

Parâmetro do reticulado: a =4R/ √2



CFC



FATOR DE EMPACOTAMENTO

ATÔMICO F = Volume de átomos em uma célula unitária

Volume da célula unitária

Exercício:

Achar o fator de empacotamento atômico para ossistemas CCC e CFC.



SIDERURGIA

Definição: Ramo da metalurgia que reduz os minérios deFERRO em alto forno (forno de cerâmica refratária)



Calcário – elimina impurezas do minério (areia ealumina). A decomposição produz CaO que reageformando a escória (T = 500-600ºC);

Temperatura interna do forno > Temperatura de fusão doferro;

Reação de Redução:

Fe2O3 + 3CO

2Fe + 3CO2Hematita + Monóx.Carbono Ferro metálico + Gás Carbônico

Destino do Ferro gusa = Aciaria

Destino da Escória = Cimentos,Fertilizantes, etc.



~O ferro gusa tem alta dureza, mas é quebradiço;~O ferro gusa contém impurezas,como carbono, silício e fósforo;~Com sua purificação, torna-se o

FERRO DOCE.- Este tem baixos teores de Carbono, por isso tem baixa

dureza.- Alta tenacidade (resist. impacto)

- Alta maleabilidade/flexibilidade/ductibilidade.

FERRO DOCE + CARBONO = AÇO, que adquire apropriedade de dureza.

FERRO GUSA e FERRO DOCE



FABRICAÇÃO EPROPRIEDADES



ACIARIASDefinição: unidade de uma usina siderúrgica ondeexistem máquinas e equipamentos voltados para oprocesso de transformar o ferro gusa em diferentestipos de aço.

Processo de conversão O principal destes

equipamentos é o convertedor, que é um tipo de forno,revestido com tijolos refratários e que transforma oferro gusa e a sucata em aço.



INTERIOR DE UMA ACIARIA



PROCESSO NA ACIARIAUma lança sopra oxigênio em alta pressão para o interiordo forno, produzindo reações químicas que separam asimpurezas gases e a escória.

Reação química no convertedor entre o oxigênioinjetado e o carbono presente no ferro gusa = gera

gases que são eliminados no convertedor. Eles secombinam e retiram o carbono do gusa, dando origemao aço.



PROCESSOS NA ACIARIA Refino primário acontece no convertedor, onde o

ferro-gusa, geralmente adicionado à sucata de aço, étransformado em aço. São removidos o silício, omanganês, e principalmente o carbono.

Refino secundário Correções mais específicas e

controladas. A composição de outros elementosquímicos é corrigida com adição de ferro-ligas.Geralmente utiliza-se Forno-Panela para este acerto decomposição química.



FORNO PANELA



LINGOTEAMENTO Após o acerto da temperatura e da composição

química, o aço líquido é solidificado.

Lingoteamento convencional blocos, tarugos ou placas sãoconformados a quente em laminadores;

Lingoteamento contínuo

blocos, tarugos e placas sãoobtidos diretamente das máquinas de lingotamento.

Blocos => dimensões 150 x 150 mm a 300 x 300 mm. (Perfis estruturais - vigas I, U, T -ou trilhos ferroviários)

Tarugos => seção quadrada ou circular com dimensões que variam de 50 x 50 mm até125 x 125 mm (Barras de diferentes seções transversais, arame, etc.)

Placas => seção retangular cuja espessura varia de 50 a 230 mm e largura entre 610 e1520 mm. (Chapas grossas para a indústria naval ou chapas laminadas a quentecom espessuras de até 3,5 mm



PROCESSOS DE CONFORMAÇÃO

aços de “dureza natural” laminados a quente; aços trabalhados a frio (encruados);

aços para concreto protendido (aços duros).

Dependendo de como é fabricado, os aços apresentamdiferentes propriedades mecânicas.



AÇOS DE “DUREZA NATURAL”

LAMINADOS A QUENTEFabricação: laminação a alta temperatura, acima de 800º C

Laminação: processo de conformação mecânica no qual ometal é forçado a passar (T = 900 a 1200º C) entre doiscilindros opostos , distanciados entre si a uma distânciamenor que a espessura da peça a ser deformada.

Produtos: Planos: chapas, tiras.Não planos: barras, fios, perfis, cantoneiras.



LAMINAÇÃO A QUENTE



AÇOS LAMINADOS A QUENTE

Características: Alta resistência mecânica;

Boa ductibilidade (grandes deformações sem ruptura) região plástica acentuada;

Possui saliências (mossas)

aderência do concreto;

Podem apresentar patamar de escoamento durante oensaio de tração curva tensão deformação.



CURVA TENSÃO x DEFORMAÇÃO COM

PATAMAR DE ESCOAMENTO



AÇOS TRABALHADOS A FRIO

(ENCRUADOS)Fabricação: trabalho mecânico à temperatura

ambiente por laminação ou trefilação.

Produtos: fios, barras, chapas e perfis.



LAMINAÇÃO A FRIO



TREFILAÇÃO POR TRAÇÃO



AÇOS TRABALHADOS A FRIOCaracterísticas:

Maior resistência mecânica;

Baixa ductibilidade (pequenas deformações até suaruptura) região plástica reduzida;

Não apresentam patamar de escoamento durante oensaio de tração curva tensão deformação típica.

Ã Ã



CURVA TENSÃO x DEFORMAÇÃOSEM PATAMAR DE

ESCOAMENTO



CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOSOs aços são classificados segundo sua dureza:

Aços doces: contém cerca de 0,25% de Carbono.(perfis de estruturas metálicas quando ligados a outroselementos: Cr, Cu )

Aços meio-duros: entre 0,25% e 0,50% de Carbono.

(aços para concreto armado – CA-50 e CA-60) Aços duros: teor de carbono acima de 0,50%.

(cordoalhas para concreto)



TRATAMENTOS TÉRMICOS Antes de serem utilizadas, as ligas são submetidas a

tratamentos térmicos conferir determinadaspropriedades.

Definição: aquecer as ligas e resfriar posteriormente.Tipos: Recozimento – resfriamento muito lento(↓ resistência mecânica e ↑ ductibilidade)

Normalização – resfriamento ao ar(Equilíbrio entre resistência mecânica e ductibilidade) Têmpera – resfriamento rápido(↑ resistência mecânica e ↓ ductibilidade)



CORROSÃO

Corrosão fenômeno de deteriorização e perda do materialdevido a modificações químicas e eletrônicas com o meio.

Para que ocorra a corrosão:

- Deve haver umidade;- Deve haver oxigênio;- Deve haver diferença de potencial;- Pode existir agentes agressivos (H2S; SO2; SO3, etc.)

Tipo mais comum processo de oxidação metálica = formaçãodo óxido hidratado de ferro (“ferrugem”)



PROTEÇÃO DE SUPERFÍCIES

METÁLICAS Escolha de metais e ligas que resistam à corrosão:- metais não ferrosos (Cu, Zn e Al);- aços inoxidáveis (contém teor de Cr > 11% e Ni)

Emprego de revestimentos protetores:- galvanização: cobertura com zinco (calhas)- estanhagem: revestimento anti corrosivo (latas de

conserva)- eletro deposição: cuba eletrolítica (maioria dos metais)

Proteção física: cobrimento.



COBRIMENTO



PRODUTOS METÁLICOSPARA CONSTRUÇÃO CIVIL



PRODUTOS DE AÇO PARA CONSTRUÇÃOCIVIL

Cordoalhas de aço para concreto protendido;

Perfis laminados e soldados para estruturas metálicas;

Telas soldadas para armação; Chapas em geral;

Barras de aço para concreto armado. σ

cconcreto ~15 MPa a 60 MPa

σt concreto ~1/10 σc concreto

σt aço ~ σc aço ~500 a 1000 MPa



AÇOS CONVENCIONAIS PARA CONCRETO ARMADO

Aços laminados a quente: são fabricados em barras com diâmetro variando de 5,0 a 38,0

mm (NBR 7480)

• Aços encruados: são fabricados em fios (lisos) com diâmetro variando de 2,4 a

12,5mm

em menos freqüência são fornecidos em barras (com

saliências ou mossas) de diâmetro entre 5,0 e 38,0mm

• Classificação dos aços convencionais (NBR 7480):

exemplos: aços CA-60 e CA-50



CORDOALHAS DE AÇO PARA CONCRETOPROTENDIDO

Protensão: introdução de um estado prévio de tensõesde maneira à compensar tensões da estrutura emserviço;

Vantagens: possibilita a construção de estruturas maisesbeltas, suportando maiores esforços e com maiores

vãos livres; Figura: esquema de protensão; Aços patenteados: usados na fabricação de cordoalhas

de aço para protensão; Tipos de cordoalhas: 2, 3 e 7 fios (tabela) Aplicações: barragens, viadutos, pontes, etc.



PRODUTOS DE AÇO PARA CONSTRUÇÃO CIVIL

Chapas: Especificadas no projeto através do símboloCH, seguido da espessura da chapa em mm e o nomedo aço.

Exemplo: Chapa CH 25 – ASTM A 588



Perfis laminados: Utilizados em estruturas metálicas. As seções transversais dos perfis produzidos no Brasil

são:



Perfis H, I e C

Símbolo, altura nominal d (mm) x massa por unidade decomprimento (kg/m) – Aço

Exemplo: PERFIL H 152 X 37,1 – ASTM A 36

Cantoneiras

Símbolo L, dimensões nominais das abas (mm),espessura (mm), aço.

Exemplo: L 127 X 127 X 9,5 – ASTM A 36L 102 X 76 X 7,9 - NIOCOR



Aços para barras: As de maior interesse na construçãocivil são as barras de aço para concreto armado.

Exemplo: CA 60 (6,3mm)CA 50 (12,5mm)



Aços para tubos: Podem ter seção circular, quadradaou retangular.

- Especificações:

Tubos redondos: Símbolo “tubo” (diametro externo(mm)) x espessura da parede (mm) – AçoExemplo: Tubo (101,6 x 6,3 – ASTM A 500)

Tubos quadrados e retangulares: Símbolo “tubodimensões externas (mm), espessura (mm), aço

Exemplo: Tubo (100 x 100 x6,3 – ASTM A 500

Tubo (90 x 50 x5 – DIN 17100



Chapas de piso: Têm uma das superfícies com ressalto,para evitar o escorregamento. As mais usadas são as

chapas xadrez e chapas USIPISO da Usiminas.



Chapas zincadas: Produzidas pela CSN, tendoresistência à corrosão atmosférica superior à chapa

comum. Tem aplicação em telhas de aço.



Trilhos ferroviários (aços alto carbono):

TR 37 KG / M, TR 45 KG / M, etc.(0,5% < C < 0,85%)



Telas soldadas: É uma armadura pré fabricada,formada por fios de aço longitudinais e transversais

sobrepostos e soldados entre si em todos os pontos decruzamento (nós), formando malhas quadradas ouretangulares.

Os fios longitudinais são obtidos por trefilação.



Vantagens:

TÉCNICAS: - aderência ao concreto através das juntas soldadas;- espaçamento uniforme dos fios.

ECONÔMICAS: - não há perdas por cortes nas pontas;- dispensa o uso de amarração;- facilita a montagem;- libera mais rápido para concretagem;

Alguma aplicações:- Lajes, pilares e vigas- Cortinas de contenção- Paredes auto-portantes- Revestimento de túneis- Fundações em geral- Pontes e viadutos



PRODUTOS NÃO FERROSOS PARA

CONSTRUÇÃO CIVIL



PRODUTOS NÃO FERROSOS PARACONSTRUÇÃO CIVIL

Esquadrias metálicas de alumínio;

Ferragens para esquadrias e metais sanitários;

Tubos para instalações de água fria, água quente egás;

Outras aplicações de metais não ferrosos.



ESQUADRIAS DE ALUMÍNIO

Vantagens: Facilidade de conservação do material.

Leves e de grande resistência mecânica.Durabilidade – resistência ao intemperismo.

Tipos de esquadrias: Janelas e portas de correr, portas deabrir, fachadas convencionais.

Fabricação: Extrusão,

anodização,selagem, montagem



FERRAGENS PARA ESQUADRIAS

Fechos, fechaduras, dobradiças e puxadores.

Requisitos comuns para as ferragens:

-Boa resistência mecânica e à oxidação

- Facilidade de manufatura e manuseio- Resistência ao desgaste.



METAIS SANITÁRIOS

Válvulas e torneiras

• Tipos de válvulas: gaveta, prato e retenção;

• Tipos de torneiras: com válvula de prato e a de macho

Fabricadas em latão e bronze



FIM DA AULA!

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