Apostila Alto Forno

8/2/2019 Apostila Alto Forno

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INTRODU~AO

o alto-forno constitui ainda 0 principal aparelho utilizado na rnetalurglca do ferro. A partir

dos primeiros fornos, dos tipos mais rudimentares, em que os gases eram perdidos na atmosfera,

constantes aperfeicoamentos tecnicos vern sendo introdu zidos e a capacidade diaria

paulatinamente elevada, aproximando -se, nos dias atuais, de 10.000 toneladas de ferro gusa em

24 horas.

A metalurgia do ferro consiste essencialmente na reducao dos 6xidos dos rninerios de ferro,

mediante 0 emprego de um redutor, que e um material a base de carbono - 0 carvao- 0 qual atua

igualmente como combustivel e, indiretamente, supridor do carbono para as ligas ferro -carbono

de alto carbono, que sao os principais produtos do alto -forno.

ANTIGUIDADE

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construldos na China da dinastia Han, no

Seculo I a.c., embora os artefatos ferreos encontrados neste pais datem do Seculo Va.c. - 0 que

torna possfvel acreditar-se que a hist6ria dos altos-fornos na China seja mais antigo do que

atualmente se sup6e. Estes fornos primitivos possulam paredes de barro com grande quant idade

de minerais fosf6ricos. Enquanto se acreditava por muito tempo que os chineses haviam

desenvolvido 0 rnetodo de derretimento do ferro, Donald Wagner (mesmo autor da referencia

anterior), publicou novo trabalho,0

que substitui algumas de suas aflrrnacoes de seu trabalhoanterior. Nesta pesquisa mais recente 0 autor coloca a data dos primeiros artefatos de fundicao

entre os seculos IV e V a.c., mas tarnbem cogita de evidencias de que 0uso dos fornos de fundicao

tenha se difundido para 0 ocidente. Ele suger e, tarnbem, que os alto-fornos primitivos teriam se

evolufdo a partir dos fornos para derretimento do bronze.

EUROPA ANTIGA

o ferro foi fundido pelos gregos, celtas, romanos e cartagineses da Antiguidade. Foram

encontrados vestlgtos variados na Franca (antiga Galla], Materiais encontrados na atual Tunisia

sugerem seu uso por ali, como tarnbern na Anti6quia durante 0 perlodo helenistico . Embora seja

pouco conhecido 0seu uso durante a Idade Media, 0processo provavelmente continuou em uso.

A fundicao aperfeicoada recebeu 0 nome de forja catala, e foi inventada na Catalunha, naatual Espanha, durante 0 seculo VIII. Em vez de usar a estrutura de ventilacao natural, adicionou 0

sistema de foles para bombear 0 ar no interior. 1550 permitiu a um tempo produzir um ferro de

melhor qualidade, como aumentou -Ihe a capacidade. E reconhecido que os monges cistercianos,

que eram bons engenheiros e qualificados metalurgicos, tinham conseguido produzir um

verdadeiro aco, sendo considerados os inv entores do alto-forno na Europa.

IDADE MEDIA

OSalto-fornos mais antigos conhecidos fora construldos na Suecia ocidental, em Lapphyttan,

eo complexo estiveram ativos entre os anos de 1150 a 1350. Em Noraskog, no municipio sueco de

Jarnboas foram encontrados restos de alto -fornos datados de antes desse perfodo, provavelmente

por volta de 1100. 1550 constitui um fato obscuro, e sera possivelmente impossfvel determ inar se 0

alto-forno foi desenvolvido indepentemente na Suecia medieval, ou se este conhecimento foi -Ihes

transmitido de alguma forma, da Asia. Estes primitivos fornos, a exemplo dos chineses, eram

extremamente ineficientes, se comparados com os atuais. Era utilizado 0 ferro das minas de

Lapphyttan para a producao de bolas de ferro forjado, conhecidas como osmonds, e que eram

internacionalmente comercializadas - uma possfvel referencia disso en contra-se em um tratado

com Novgorod, de 1203, alern de varias referencias certas nas contas alfandegarias inglesas entre

os anos de 1250 a 1320. Foram tarnbern identificados fornos dos seculos XIII a XV na Westphalia.

Podem ter sido tambern transmitidos os conhecimentos dos avances tecnol6gicos

promovidos pela Ordem de Cister, inclusive do forno de producao do a < . ; : 0 . Um alto-forno medieval



(e 0 unico identificado fora da Inglaterra, e que se acreditou conter avances semelhantes aos alto -

fornos modernos) foi identificado por Gerry McDonnell, arqueornetalurglco da University of

Bradford. Ela localizava-se em Laskill, uma estacao externa da Abadia de Rievalux, produtora de

aco. Sua data, entretanto, nao e precisa; ela certamente nao sobreviveu a dissolucao dos

monasterlos, promovida na decada de 1530 por Henrique VIII - razao pela qual esse conhecimento

nao se espalhou para alern de Rievaulx. A data de operacao do forno nao apenas nao esta clara,

como tarnbem e possfvel nao haver sobrevivido por muito tempo, de acordo com registros do

Conde de Rutland, em 1541.

CONSTRU~AO DO ALTO -FORNO .

Como se ve, trata-se de uma estrutura cilfndrica, de grande altura, que compreende

essencialmente uma fundaciio e 0forno propriamente dito. Esta, por sua vez, e constltulda de tres

partes essenciais: cadinho, rampa e cuba.

CADINHO

turo de

00rrida

do g u S < !

di;ime!ro da rampa IRAMPA

rampa

- +

-arcaea

r:retalica

CUBA

slstema:deCIIrlllQ8 rnanto

2



carcaca

metalice

-- ,

cuba

diametro da rampa,..._~-+--

furode , 1 1 _ j 1 ; ~ ~ : : : i ~ ~ ~ I I I I r : ~ ~ : _ ~ ~ ~orrida

de escor ia carrida

do gusa

..:~ ~.. ..~ >< ~ ~ : - .

FigUTK 5 Se¢o transversal rtpicade um alto-forno moderno.

CADINHO

o cadinho corresponde a parte do alto -forno onde se acumulam 0metal fundido e a escoria,

resultantes das reacoes que ocorrem no seu interior. 0 cadinho tem forma cilfndrica e econstrufdo em chapa grossa de aco, com revestimento interno de material refratario de natureza

sflico-aluminosa ou de blocas de carbono. Entre a chapa de aco e 0 revestimento refratario sao

colocadas piacas retangulares de ferro fundido, contendo no seu interior tubos de agua, por onde

esta circula, promovendo 0 resfriamento e proporcionan do, assim, melhor condicao do ma terial

suportar as temperaturas elevadas que ocorrem nessa regiao e as press6es devidas ao peso da

carga. 0 diarnetro do cadinho, dependendo da capacida de do forno, pode ser mais ou rnenos igual

ou maior que 10 metros. A altura do cadinho supera frequentemente 4 metros.

Na parte inferior do cadinho, ace rca de 1m do fundo, situa -se 0 furo de corrida do gusa, 0

qual, durante a operacao do forno, permanece f echado com massa refrataria colocada sob

pressao e,por Acima do furo de corrida do gusa, a cerca de 2,0 a 2,40m do fundo , situam -se os

furos de corrida de escoria, geralmente em numeros de dois.

Na parte superior do cadinho, a cerca de 3,25m do fundo situ am-se as ventaneiras , atraves

das quais e soprado ar pre-aquecido e sob pressao.O numero de ventaneiras, de formato conlco,

construfdas de cobre e refrigeradas a agua, varia de 20 a 32.

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RAMPA

A rampa tem formato tronco -conlco: suas dimens6es variam des de 0 diarnetro do cadinho

ate 10,5 ou mais, com altura que pode superar 4m. A rampa corresponde a zona, de certo modo,

mais quente: af a espessura do refratario e menor que a do cadinho, exigindo, em consequencia,

um resfriamento externo mediante 0 emprego de placas rnetalicas por onde circula a agua. A

incllnacao da rampa e da ordem de 80 a 82Q em relacao a horizontal,

CUBA

A cuba, tarnbern de forma tronco -conlca, tem a secao menor voltada para cima, no topo ou

goela. Sua altura, a partir da rampa, pode supera r 25m.

Em consequencia, a altura do alto -forno, compreendendo 0 cadinho, rampa e cuba, a partir

do fundo do cadinho, supera 30m, aos quais devem juntar -se cerca de 4,5 a 5,Om do fundo de

cadinho ao piso do chao.

o diarnetro superior da rampa, na sua [uncao com 0 topo, e de aproximadamente 7,25 a

7,50 metros.

A cuba e constitufda de revestimento de tijolos refratarios de grande espessura, devido ao

desgaste, essa espessura e maior no inferior e vai diminuindo ate chegar ao topo.

No topo do alto-forno situa-se 0 sistema de carregamento (fig.6). 0 sistema de

carregamento mais comum e chamado "copo e cone", como a figura mostra. Ele e constitufdo de

uma tremonha de recebimento de carga, ligada ao silo ou tremonha superior rotativas, cujo fundo

corresponde ao sino ou cone pequeno; esta pode ser movimentado por um sistema de alavancas.

A tremhonha de recebimento descarrega a caraga no silo ou tremonha rotativa, uma vez

feita a descarga, 0 cone pequeno abre -se e descarrega 0 material na tremonha inferiora, cujo

fundo corresponde ao sino ou cone grande.

Apos ter carga suficiente na tremonha inferior, abre -se 0 cone grande que despeja 0

material no interior do forno. Isto so e feito quando 0 cone pequeno esta fechado para evitar a

fuga de gases, estes saem pelos tubos de safda normal mente a 90Q um do outro que se comunica

com tubos de ascensao de gases.

S ISTEM A D E L lM PEZA

o alto-forno tem um sistema de limpeza cujo e composto pelos seguintes acessorios:

- C ole to r d e p oe ira s, cuja a funcao e recolher a grande quantidade de poeiras carregadas no

gases. Num alto-forno de 1.600tjdia de ferro gusa, a quantidade de poeiras arrastada pelos gases

situa-se em torno de 100tjdia.O gas penetra no coletor pela sua parte superior, cuja forma e

tronco-conica. A parte central do coletor e cilfndrica e a poeira e retirada por meio de carrinhos. 0

gas e, em seguida, dirigido para os lavadores.

- L av adores , que empregam, atualmente, um precipitador eletrostatico, 0 qual permite a

geracao de um campo eletrico que ioniza as partf culas de po, atraindo-os para as paredes do

parelho. Daf sao levadas ao fundo, por interrnedio de uma camada de agua que escorre pelas

paredes.

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-Regenerador de calor, Finalmente, 0 acessorio mais importante corresponde as estufas ou

regeneradores de calo. E constitufdo de uma carnara de combustao em que 0gas do alto -forno e

queimado juntamente com ar. Ao atingir a cupula do regenerador, 0 gas muda de direcao e

at raves sa, no sentido descendente, a outra seca do regenerador, ou seja, uma carnara de

empilhamento de tijolos refratarios, cedendo calor aos tijolos que atingem temperaturas da

rodem de 1.400QC, apas cerca de lh e 30m in. Uma vez atingida essa temperatura, interrompe -se,

por interrnedio de valvulas, a entrada de ar e gas na carnara de cornbustao e promove -se a

entrada de ar sob pressao, pela parte inferior da carnara de empilhamento.

Oar, ao atravessar os tijolos aquecidos, vai -se aquecendo, muda de direcao ao chegar a

cupula do regenerador e desce pela carnara de combustao ate atingir 0 terce inferior desta, de

onde sai para 0alto-forno, atraves da valvula de ar quente.

o gas queimado e dirigido a charnlne, colocada perto do regenerador, de modo a reduzir a

um mfnimo a perda de triagem. Normalmente um alto-forno e equipado com tres regeneradores.

OPERA~AO DO A LTO -FORNO

A operacao do alto-forno e iniciada depois de ter passado pelo processo de secagem e

preparo. Preliminarmente os regeneradores sao aquecidos previa mente, de modo que um dos

meios de secar 0 alto-forno consiste em soprar-se ar quente dos regeneradores, atraves das

ventaneiras, durante 10 a 15 dias, ate que a temperatura em torno de 600QC seja alcancada. Outro

rnetodo de secagem e a queima de carvao de madeira ou coque.

A primeira carga de materia prima apresenta uma proporcao maior de coque para acelerar

o aquecimento do revestimento refratarlo, assim como para formar uma quantidade maior que a

normal de escoria.

A medida que a combustao do carvao progride, a proporcao dos varies elementos

constituintes da carga e modificada ate atingi r-se a normal.

Essa carga, em outras palavras, e modificada em funcao da qualidade das varlas rnaterias -primas,

inclusive se utiliza apenas rninerios de ferro ou igualmente "sinter' ou "pelotas".

Alern da carga salida, a quantidade de ar necessaria e muito elevada da ordem de 2000 a

25000t por 1000t de gusa; do mesmo modo a agua de refrigeracao, num alto forno moderno, e da

ordem de 20m3/t de gusa Ifquido e 0 consumo de energia para 0 acionamento dos varies

dispositivos eletricos de carregamento, queimadores , precipitadores, controles etc. e da ordem de

10kWh/t de gusa Ifquido.

Num alto forno, existem duas correntes de materiais responsaveis pelas reacoes que se

verificam: uma corrente salida, representada pela carga que desce paulatinamente e uma

corrente gasosa que se origina pela reacao de carbono do carvao com 0 oxlgenio do ar soprado

pelas ventaneiras, que sobe em contra corrente.

A carga introduzida pelo topo, ao entrar em contato com a corrente gasosa ascendente,

sofre uma secagem, inicialmente, pela r ernocao da agua hlgroscopica e, a seguir, rernocao da agua

de hidratacao, rernocao essa que se completa somente por volta de 500Q C .

A formacao de escoria compreende reacoes bem mais complexas. Essa escoria, resulta da

combinacao do CaO e do MgO do calcario c om a ganga do rninerio e as cinzas do carvao.A escoria

se origina, na sua quase totalidade, ao ser alcancada a rampa, a cerca de 1200Q C .

Esse produto caracteriza -se por sua grande fluidez e seu baixo peso especffico. Assim no

cadinho, a escoria e a gusa Ifquida separam-se por gravida de, formando duas camadas: a inferior,

rnetalica e a superior, a escorla, facilitando 0vazamento de ambos os produtos.

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P RODU TO S DO ALTO -FORNO.

o principal produto do alto -forno e 0 ferro gusa, cuja utillzacao e fei ta nas aciarias, para

onde e encaminhado no estado Ifquido e transformado em aco. 0 ferro fusa e ainda utilizado no

estado solido como principal materia -prima das fundicoes de ferro fundido.

H a varies tipos de ferro gusa, basicamente, e uma liga ferro -carbono de alto teor de carbono

e teores variaveis de silfcio, manganes, fosforo e enxofre, devido as materlas-primas utilizadas e 0

processo de producao.

De um modo geral, a maioria dos ferros gusas possfveis de serem obtidos em alto -forno esta

compreendida na seguinte faixa de cornposicoes:

Carbono - 3 a 4,5%

Silfcio - 0,5 a 4,0%

Manganes - 0,5 a 2,5%

Fosforo - 0,05 a 2,0%

Enxofre - 0,20% max.

A escoria tarnbem e um produto do alto-forno, depois de solidificada pode ser empregado

como lastro de ferrovias, material isolante, etc. Sua mais importante aplicacao da -se na fabricacao

do chamado "cimento metalurglco".

CONCLUSAO

o alto-forno e um dos mais usados aparelhos para a producao de ferro -gusa Ifquido, assim

podendo aproveitar a escoria na producao de cimento, os gases do alto -forno atualmente nao

mais despejados na atmosfera. Um alto-forno moderno tem uma producao muito alta.

BIBLIOGRAFIA

Tecnologia Mecanlca , Vol. III - Materiais de construcao Mecanica.

Autor: Vicente Chiaverini.

www.wikipedia.org

6

http://www.wikipedia.org/

http://www.wikipedia.org/

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