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Resumo – Este documento descreverá o processo de obten-ção do aço. Para isto serão apresentados o histórico da suaprodução, uma série de conceitos relativos ao processo side-rúrgico envolvido e processo em si.

Palavras-chave – Aço, siderurgia, gusa, coque, fundente.

I. INTRODUÇÃO

O aço é um material de grande importância nos dias dehoje. As diversas propriedades que lhe são atribuídas o tor-nam indispensável para o mundo como conhecemos hoje.Suas propriedades mecânicas e eletromagnéticas são larga-mente alteradas, através de diferentes processos de fabrica-ção e diferentes concentrações de outros elementos a nãoser o ferro (principal elemento). É por isso que o aço é larga-mente utilizado na construção civil, nas engenharias elétricae mecânica e outras áreas.

II. AÇO

A. Definição

Basicamente uma liga ferro-carbono com teor de carbonoinferior a 1,8% em massa e susceptível de adquirir, por meiode tratamento mecânico e térmico, variadas propriedades,podendo conter em sua composição outros elementos comoníquel, manganês, tungstênio, vanádio, cromo, silício, etc.

B. Histórico

Um dos primitivos métodos de obtenção do aço foi o aforja catalã, onde o minério de ferro era reduzido pelo carvãoem uma instalação de pedra onde incidia um sopro de ar. Oproduto obtido era uma mistura pastosa de metal com escó-ria, sendo esta eliminada por martelamento. A partir do sé-culo XV surgiram os primeiros altos-fornos, onde através doaumento da quantidade de ar soprado foi possível o aumen-to da temperatura e a conseqüente obtenção da mistura emestado líquido. Basicamente é este processo que produz agrande maioria do aço utilizado no mundo até os dias dehoje.

Mas a grande expansão do aço ocorreu no século XIXcom a crescente demanda de um material versátil para darsuporte à Revolução Industrial que estava no seu auge. Os

principais métodos de obtenção que despontaram nestaépoca e hoje em via de desaparecimento foram os processosBessemer, Thomas e Siemens-Martin.

Gradativamente estes processos foram sendo substituí-dos por processos mais modernos e eficientes. A produçãofoi aumentando gradativamente e durante o século XX aprodução chegou a patamares gigantescos, maiores que1.000.000.000 toneladas/ano. Apenas no fim do século, emtorno de 1975, a produção de aço estabilizou-se e começou adiminuir. Atualmente a produção anual oscila entre 700 e 800milhões de toneladas/ano.

O Brasil está entre os dez maiores produtores, com cercade 26 Mt/ano. Mesmo assim muito abaixo dos maiores pro-dutores mundiais; Rússia com cerca de 160 Mt, Japão com100 Mt, EUA com 90 Mt, China 60 Mt e Alemanha com 50Mt.

C. Conceitos

- Minério de ferro: presente em aproximadamente 5%da crosta terrestre. O ferro não é encontrado em es-tado puro na natureza mas em combinações químicasde metais contidos nas rochas. Essas combinaçõesquímicas ocorrem misturadas com as “gangas”,compostas de silício, alumínio, cal e magnésio. Osprincipais são: magnetita (Fe3O4) com cerca de 60%de ferro; hematita vermelha (Fe2O3) com cerca de65% de ferro; ferro oolítico; siderita ou ferro espático(FeCO3) com alto teor de manganês; FeS2.

- Coque: desempenha uma dupla função na elabora-ção da gusa: a de combustível e a de redutor. O co-que provém da destilação do carvão, que deve ser omais puro possível para evitar resíduos como enxo-fre e fósforo. Como redutor absorve o oxigênio com-binado com outros elementos.

- Ganga: Impurezas que ocorrem junto com o minériode ferro em estado bruto, compostas principalmentede silício, alumínio, cal e magnésio.

- Carbono: símbolo C, com massa atômica 12. É ummetalóide sólido muito resistente ao calor, volatili-zando-se em torno dos 3500 ºC. O carbono tem afundamental propriedade de ser solúvel em ferrofundido. O carbono pode ser encontrado basicamen-te em três estados, o diamante, grafita e o carvão.

- Fundente: pedra de cal ou magnésio adicionada amassa incandescente para separar o ferro da ganga.O fundente com a ganga dá a escória, que por ser

Obtenção do Aço

Fabrício Dzierva, Departamento de Engenharia Elétrica – UFPR

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mais fusível e leve que o ferro se acumula sobre ometal líquido.

- Escória: uma espécie de vidro de qualidade inferiorque é produto da mistura entre a ganga e fundente.

- Gusa: é a parte útil para a produção do aço, compos-ta basicamente de ferro fundido com carbono entre2,5% a 6,67%.

- Aço de alto teor de carbono: pouco utilizado porcausa da sua grande fragilidade. Ferro + 1,8% a 2,5%de carbono

- Ferro puro ou ferro da Suécia: Ferro + pequenos tra-ços de carbono.

D. Processo de obtenção da gusa

Inicialmente tem-se o minério de ferro que é compostopelo metal (ferro) e pela ganga. Primeiro é necessário liberar oferro usando um redutor (carvão) para eliminar o oxigênio dometal. Para isto é necessário fornecer muito calor, fornecidopela própria queima do carvão. O ferro, já em estado líquido,se acumula no fundo do alto-forno. Para eliminar a gangajunta-se o fundente, o que nos dá a escória, que por ser maisleve, se acumula sobre o ferro. Portanto, utilizando o proces-so de decantação, separa-se o ferro da escória.

Dentro do alto-forno tem-se a seguinte seqüência, comoilustra a figura 1:

- Introduz-se a carga, composta de minério de ferro, co-que e fundente.

- Entre 300ºC e 350ºC temos a dessecação, onde o vaporde água contido na carga é liberado.

- Entre 350ºC e 750ºC ocorre a redução, onde o óxido deferro perde o oxigênio.

- Entre 750ºC e 1150ºC temos a carburação, onde o ferrose combina com o carbono formando a gusa.

- Entre 1150ºC e 1800ºC ocorre a fusão, onde a gusapassa para o estado líquido

- Em torno dos 1600ºC ocorre a liquefação, onde a gusase separa da escória.

A gusa obtida pode ter três destinos: a fundição dos lin-gotes, destinados a as aciarias de segunda fusão; a execuçãode grandes peças por vazamento direto nos moldes; e fabri-cação do aço.

A gusa produzida pelo alto-forno ou gusa de primeira fu-são pode ser de dois tipos: gusa branca ou fundição gris.Elas são destinadas a produção do aço através do seu refinoposterior. A gusa branca tem como composição e caracterís-tica: C = 2,3% a 3%, P = 2%, Mn = 1,5%, Si = 0,6%, Fe restan-te; densidade = 7,4 kg/dm3 e ponto de fusão = 1200ºC. Afundição Gris: C = 3% a 4,5%, Si = 1,5% a 5%, Mn = 1%, P=0,08%, S = 0,054%; densidade = 7,4kg/dm3 e ponto de fusão= 1200ºC.

Figura 1. Etapas da obtenção do aço em um alto-forno

E. Propriedades

O aço apresenta diferentes propriedades quando outroselementos são adicionados a sua composição:

- Níquel: de 0,5% a 5% melhora a temperabilidade eaumenta a resistência mecânica. Com 50% aumentaa resistência à corrosão;

- Cromo: de 1% a 6% aumenta a temperabilidade e re-sistência mecânica. De 10% a 20% torna-o inoxidá-vel. Com 25% torna o aço refratário;

- Silício: até 2% aumenta a elasticidade e diminui asperdas magnéticas;

- Manganês: a 2% favorece a têmpera e a 13% aumen-ta a resistência ao impacto e ao desgaste;

- Tungstênio: até 18% favorece a resistência.

F. Alto-fornos

Os alto-fornos modernos são aparelhos com cerca detrinta metros de altura, consistindo basicamente por doiscones truncados unidos pela base.

No tronco inferior ou cadinho com cerca de 8 metros oumais de diâmetro se acumulam os produtos obtidos, a gusa ea escória. Pelos alcavariz, no topo do cadinho, o ar quente éinsuflado.

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No troco superior temos a guela, onde a carga é introdu-zida e a carburação, redução e dessecação ocorrem.

Na figura 2 podemos ver toda estrutura envolvida noalto-forno.

Figura 2. O alto-forno e suas instalações anexas

1. O minério2. O minério aglomerado3. O fundente4. O coque5. Caçamba de carregamento6. Alto-forno7. Câmara da boca içável e abaixável hidraulicamente,

com divisor rotativo8. “Receptor de Poeiras” para a separação primária das

poeiras contidas no gás da boca, e que são retiradaspela parte inferior

9. Depurador úmido no qual se opera a depuração dosgases da boca por gotejamento de água. A água é di-rigida para uma bacia de decantação

10. Aparelho Cowper em aquecimento pela combustãodos gases da boca

11. Aparelho Cowper “insuflante” para aquecimento doar circulante enviado para o alto-forno

12. Insufladores (alcavariz)13. Ar frio14. Escória15. Gusa16. Tubulagem circular de ar quente seguida de bocais

permitindo insuflar ar quente no alto-forno17. Poeiras recuperadas para serem aglomeradas com o

coque, o minério e o fundente

G. Transformação gusa-aço

Para transformar a gusa em aço é preciso tirar uma partede carbono do silício, do manganês, e a totalidade do fósforoe impurezas. Para isto é utilizado oxigênio puro ou o oxigêniopresente no ar.

Nós temos dois tipos de refinação, a ácida e a básica. Narefinação ácida, a gusa de primeira fusão foi obtida de umminério de ferro rico em Si (2%) e pobre em P (0,07%), típicosdos minérios americanos. Já na refinação básica temos o con-trário, a gusa vem de um minério de ferro rico em P (2%) epobre em Si (0,5%), típicos dos minérios europeus.

A seguir os principais métodos classificados quanto aouso do oxigênio:

- Processo Thomas: oxidação do C da gusa pelo oxigê-nio do ar, processo quase obsoleto, sendo substituí-do pelo do oxigênio puro.

- Processos LD (Linz Donawitz), OLP (Oxigênio – Lan-ça – Poeira) e Kaldo: oxidação da gusa por oxigêniopuro.

III. AGRADECIMENTOS

O autor gostaria de agradecer primeiramente ao professorPiazza que forneceu bibliografia para a confecção deste tra-balho. Também gostaria de agradecer ao meu amigo Gustavo(o Mato Grosso) por ter escaneado para mim algumas figurasdo livro. Além é claro da Siemens, que forneceu gentilmentea impressora para a impressão do trabalho escrito.

IV. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Livros:

[1] A. Remy, M. Gay, R. Gonthier, Materiais,. São Paulo, 1990, p.18-43.

[2] V. Chiaverini, Aços e Ferros Fundidos. São Paulo, 1977. 4ª edi-ção.

[3] Grande Enciclopédia Larousse Cultural, vols. 1 e 22. São Paulo,1998, Ed. Nova Cultural.