apostila tec mec 1

Siderurgia e Metalurgia

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GOVERNO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO ANOTAES DE AULA SECRETARIA DE ESTADO DE CINCIA E TECNOLOGIA FUNDAO DE APOIO ESCOLA TCNICA - FAETEC

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ESCOLA TCNICA ESTADUAL FERREIRA VIANA

Quando se considera a utilizao dos diversos materiais na indstria, os materiais metlicos ocupam uma posio de destaque devido ao grande volume de produtos que so fabricados com os metais. Os materiais metlicos so o principal objeto de estudo de Tecnologia dos Materiais I, com maior nfase para o estudo dos metais ferrosos: ao e ferro fundido, pois estes so as principais matrias prima da indstria mecnica. MINERAO, MINERAIS E MINRIOS A minerao consiste na extrao econmica dos minrios. Deve-se destacar que mineral um agregado de ocorrncia natural que a atual tcnica de extrao no permite a sua explorao econmica e minrio um agregado de ocorrncia natural, do qual retira-se os metais, sendo sua explorao economicamente vivel. Alm do metal desejado, que a parte til do minrio, tem-se no mesmo minrio as impurezas que so denominadas GANGA.Metal Alumnio Minrio Bauxita Cassiterita Galena Calcosita Cobre Calcopirita Cromo Cromita PentlanditaTabela 01: Metais e Minrios

Curso Tcnico de Mecnica Tecnologia dos Materiais I

INTRODUO O atual estgio de desenvolvimento tecnolgico da civilizao humana necessita de diversos tipos de materiais como matria prima para a fabricao de utenslios que so utilizados diariamente. Os diversos tipos de materiais utilizados na indstria moderna podem assim ser agrupados:Materiais

Metlicos

Ferrosos Ao Ferro Fundido No Ferrosos Alumnio Cobre No Metlicos Zinco, etc... Naturais Madeira

Frmula Al2O3 SnO2 PbS Cu2S CuFeS2 FeCr2O4 FeNiS2

Estanho Chumbo

Couro

NquelAlgodo, etc... Sintticos PolmerosCermicas,

etc...

Os minrios podem ser encontrados na forma de xidos, sulfetos, hidratos ou carbonatos. O lugar onde esses minrios aparecem em grande


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quantidade chamado de jazida. O Brasil, por exemplo, rico em jazidas de minrio de ferro. Os minrios de ferro que apresentam interesse econmico para a siderurgia so basicamente os xidos. Os mais utilizados so a hematita e a magnetita. Os principais minrios de ferro so apresentados a seguir:Designao Frmula FeCO3 Fe3O4 Fe2O3 40 a 60 % 3H2O Fe2O3 45 a 70 % Teor Metlico 25 a 45 % 45 a 70 %

REDUO Recebimento de eltrons OXIDAO Perda de eltrons Metal no minrio (carga positiva) Metal como

Siderita(Carbonato Frrico)

substncia simples (carga nula) Metal na forma reduzida

Magnetita(xido Ferroso Frrico)

Limonita(xido Frrico Hidratado)

Metal na forma oxidada

Ganho de eltrons Perda de eltrons

Hematita(xido Frrrico)

Tabela 02: Tipos de Minrio de Ferro

OBSERVAES: xidos: so compostos constitudos por um elemento qumico qualquer ligado ao oxignio. Ex: Al2O3 (alumina), Fe2O3 (hematita). Sulfetos: so compostos constitudos por um elemento qumico qualquer ligado ao enxofre. Ex: Cu2S (calcosita) Hidratos: so compostos que contm gua em sua estrutura. Ex: Al(OH2) hidrxido de alumnio. Carbonatos: so compostos que apresentam o grupo CO3 em sua estrutura. Ex: CaCO3 (carbonato de clcio). O minrio de ferro o principal produto utilizado na fabricao do ao e do ferro fundido. Para a produo do ao e do ferro fundido necessrio que o minrio sofra um processo de REDUO. A REDUO um processo fsico-qumico que possibilita a separao do metal dos demais elementos que compem o minrio. No processo de REDUO para a obteno do metal a partir de seu minrio, ocorre uma diminuio da carga dos tomos do minrio (recebimento de eltrons).

As reaes de OXIDAO (o inverso da reduo) esto relacionadas aos processos de corroso dos metais. A corroso um processo natural que tende a oxidar os metais, isto , fazer com que o metal retorne para a sua forma de minrio. Quanto maior a tendncia de um metal para sofrer OXIDAO, maior a dificuldade de obt-lo a partir de seu minrio pelo processo de reduo. A facilidade com que o metal se oxida inversamente proporcional sua facilidade de sofrer reduo a partir de seu minrio. Isto significa dizer que quanto maior a tendncia de um metal sofrer OXIDAO, maior a dificuldade para obt-lo a partir do minrio, pelo processo de reduo. A figura a seguir d alguns exemplos de metais e suas tendncias para sofrerem OXIDAO ou REDUO. Aumenta a facilidade de sofrer REDUO

Al Zn Fe Ni Pb Cu Hg Ag Pt AuAumenta a facilidade de sofrer OXIDAOFig. 01: Oxidao e Reduo de metais

Al, Zn e Fe apresentam maior tendncia oxidao, portanto a natureza tem preferncia para que estes metais permaneam na forma de metais combinados (xidos ou minrios). O ser


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humano, por sua vez, utiliza processos fsicos e qumicos para conseguir forar a reduo, obtendo o metal puro. Uma vez que este seja obtido devem ser tomadas providncias para que ele no volte a se oxidar, ou seja, para no corroer. Neste contexto que entram em cena as medidas preventivas visando evitar o contato do metal com o oxignio do ar e a umidade, fatores responsveis por sua corroso. No caso do Au, Pt e Ag, a natureza d preferncia a que estes metais permaneam na forma metlica (reduzida) em vez de na forma de minrio. Assim o ouro, a platina e a prata so encontradas na natureza na forma de substncia simples, no combinadas (minrios). A figura abaixo representa o Ciclo dos Metais no qual a natureza utiliza os processos de corroso para que os metais retornem para a sua forma original e o ser humano, atravs da metalurgia, trabalha no sentido contrrio, isto , transformando minrio em metal puro.

(1) Etapa de retirada do minrio da crosta terrestre.

(2) Beneficiamento do minrio. Etapa da moagem e purificao do minrio retirado anteriormente

(3) Reduo do minrio. Dependendo do tipo de metal a ser reduzido, esta pode ser a etapa de maior complexidade tcnica. O grau de dificuldade para a sua realizao varia de acordo com o tipo de metal a ser reduzido.

(4) Etapa de refino. Transformao do metal reduzido nos produtos finais do processo metalrgico. Nesta etapa ocorrem os processos de laminao, trefilao e extruso.

Fig. 02: Ciclo dos Metais

METALURGIA[Do grego. metallourga, 'trabalho de metais'.] S. f.

(5) Aps a etapa de refino, o metal transformado serve de matria prima para a indstria. Na etapa de fabricao o ao a matria prima para a fabricao de diversos produtos.

Conjunto de tratamentos fsicos e qumicos a que se submetem os minrios para se extrarem os metais, devidamente purificados e beneficiados. Fonte: Dicionrio Aurlio Essa definio de metalurgia compreende um grande nmero de operaes industriais que se iniciam com a extrao do minrio da jazida e terminam com a confeco do objeto final para o consumidor.

Fig. 03: Ciclo dos Metais fabricao com metais

Existem metais, como o ouro e a platina, que so encontrados na natureza na sua forma de metal puro e que no necessitam de reduo, o cobre, a prata e o mercrio so encontrados combinados, porm a sua reduo extremamente fcil. Outros metais como, por exemplo, o ferro, estanho, zinco e mangans necessitam de um processo mais complicado para que a reduo


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do metal seja realizada. Estes metais necessitam de calor e de uma substncia especial que facilita o processo de reduo, chamada de AGENTE REDUTOR. Os agentes redutores mais comumente utilizados so o coque (um tipo de carvo) e o monxido de carbono (CO). Por fim h outro grupo de metais, no qual o alumnio o principal exemplo. O seu processo de reduo extremamente difcil e necessita uma grande quantidade de energia para ser realizado. Grandes quantidades de energia eltrica so necessrias para que a reduo desses metais seja realizada. Alumnio, magnsio e sdio so exemplos desses tipos de metais. SIDERURGIA S. f. [Do grego siderourga.] Metalurgia do ferro e do ao.

especificamente de ao-carbono. Do contrrio, chamado de ao-liga. AO CARBONO Liga Fe + C + elementos residuais do processo de produo AO LIGA liga Fe + C + elementos de liga propositalmente adicionados + elementos residuais do processo de produo A ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas), por meio da norma NBR 6215 (Produtos Siderrgicos Terminologia), define o termo ao como sendo: Ao liga ferrosa passvel de deformao plstica que em geral apresenta teor de carbono entre 0,008 e 2%, na sua forma combinada e/ou dissolvida e que pode conter elementos de liga adicionados ou residuais.. Os aos podem ser utilizados nas condies de fundidos, forjados ou laminados. Os aos fundidos tm aplicaes restritas, da mesma forma que os ferros fundidos, embora haja sensvel diferena entre suas propriedades mecnicas. Os aos forjados possuem um maior campo de aplicao devido s suas melhores e mais amplas propriedades mecnicas. Os aos laminados so os mais amplamente utilizados, pois tm propriedades similares s do ao forjado e podem ser produzidos em maior escala e com um custo unitrio inferior. Alm dos aos, as ligas de ferro-carbono apresentam o ferro fundido que uma liga de ao e carbono com teores de carbono que variam de 2,1% at 4,5%. Entretanto, um teor considervel de silcio est quase sempre presente e, por isso, alguns autores consideram o ferro fundido como uma liga de ferro, carbono e silcio. Outra caracterstica do ferro fundido a existncia de carbono livre, na forma de lminas ou veios de grafita.

Fonte: Dicionrio Aurlio

O ferro o metal mais utilizado pelo homem. A abundncia dos seus minerais, o custo relativamente baixo de produo e as mltiplas propriedades fsico-qumicas que podem ser obtidas com adio de outros elementos de liga so fatores que do ao metal uma extensa variedade de aplicaes. Alguns metais, como o cobre, por exemplo, podem ser usados no estado quimicamente quase puro. Entretanto, isso no ocorre com o ferro. No uso prtico, o ferro est sempre ligado ao carbono e a outros elementos e, assim, no mbito da cincia dos materiais e tambm na linguagem do dia-a-dia, a palavra "ferro" deve ser evitada e deve ser entendida como uma liga dos elementos qumicos ferro, carbono e outros elementos qumicos, resultantes do processo de fabricao do ao. Ao a denominao genrica para ligas de ferro-carbono com teores de carbono que variam de 0,008 a 2,11%, em peso, alm de outros elementos residuais do processo de produo, podendo conter outros elementos de liga propositalmente adicionados. Se o ao no contm estes ltimos, chamado


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HISTRIA DA SIDERURGIA O incio H cerca de 4.500 anos, o ferro metlico usado pelo homem era encontrado in natura em meteoritos recolhidos pelas tribos nmades nos desertos da sia. Tambm existem indcios da ocorrncia e do emprego desse material metlico em regies como, por exemplo, a Groenlndia. Por sua beleza, maleabilidade e por ser de difcil obteno, era considerado um metal precioso que se destinava, principalmente, ao adorno. Muitos defendem a hiptese de que o homem descobriu o ferro no Perodo Neoltico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos a.C. Ele teria surgido por acaso, quando pedras de minrio de ferro usadas para proteger uma fogueira, aps aquecidas, se transformaram em bolinhas brilhantes. O fenmeno, hoje, facilmente explicvel: o calor da fogueira havia derretido e quebrado as pedras. O uso do ferro nesse perodo sempre foi algo acidental e o exemplo acima ilustra bem a situao. Embora raras, havia vezes em que o material tambm era encontrado em seu estado nativo - caso de alguns meteoritos (corpos rochosos compostos por muitos minrios, inclusive ferro, que circulam no espao e caem naturalmente na Terra). Como chegavam pelo espao, muitos povos consideravam o ferro como uma ddiva dos deuses. Aos poucos, o ferro passou a ser utilizado com mais freqncia, a partir do momento em que descobriu-se como extra-lo de seu minrio. A explorao regular de jazidas comeou em torno de 1.500 a.C., provavelmente no Oriente Mdio, de onde o metal teria sido importado por assrios e fencios. Do primeiro milnio da era crist em diante, o ferro difundiu-se por toda bacia do Mediterrneo. A Idade do Ferro Segundo o sistema proposto no sculo XIX por arquelogos escandinavos, Idade da Pedra se seguiu a Idade dos Metais. Primeiro a do Bronze e, em seguida, a do Ferro.

A Idade do Bronze se desenvolveu entre os anos 4000 e 2000 a.C. Por ser mais resistente do que o cobre, o bronze possibilitou a fabricao de armas e de instrumentos mais rgidos. A Idade do Ferro considerada como o ltimo estgio tecnolgico e cultural da pr-histria. Aos poucos, as armas e os utenslios feitos de bronze foram substitudos pelo ferro. Na Europa e no Oriente Mdio, a Idade do Ferro comeou por volta de 1200 a.C. Na China, porm, ela s se iniciou em 600 a.C. A partir da observao de situaes como as das fogueiras do Perodo Neoltico, os seres humanos descobriram como extrair o ferro de seu minrio. O minrio de ferro comeou a ser aquecido em fornos primitivos (forno de lupa), abaixo do seu ponto de fuso (temperatura em que uma substncia passa do estado slido para lquido). Com isso, era possvel retirar algumas impurezas do minrio, j que elas tinham menor ponto de fuso do que a esponja de ferro. Essa esponja de ferro era trabalhada na bigorna para a confeco de ferramentas. Para fabricar um quilo de ferro em barras, eram necessrios de dois a dois quilos e meio de minrio pulverizado e quatro quilos de carvo vegetal. Os primeiros utenslios de ferro no se diferenciavam muito dos de cobre e bronze. Mas, aos poucos, novas tcnicas foram sendo descobertas, tornando o ferro mais duro e resistente corroso. Um exemplo disso foi a adio de calcrio mistura de minrio de ferro e carvo, o que possibilitava melhor absoro das impurezas do minrio. Novas tcnicas de aquecimento tambm foram sendo desenvolvidas, bem como a produo de materiais mais modernos para se trabalhar com o ferro j fundido. O uso do ferro promoveu grandes mudanas na sociedade. A agricultura se desenvolveu enormemente com os novos utenslios fabricados. A confeco de armas mais


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modernas viabilizou a expanso territorial de diversos povos, o que mudou a face da Europa e de parte do mundo. Evoluo A forja catal considerada como sendo o embrio dos altos-fornos utilizados na atualidade. Ela apareceu na Espanha, logo aps a queda do Imprio Romano, e foi utilizada durante toda a Idade Mdia. Era uma lareira feita de pedra e foles manuais que inflavam a forja de ar, o que aumentava a temperatura e a quantidade de ferro produzido. Tempos depois, surgiram os foles mecnicos acionados por servos ou por cavalos. No sculo XII, as rodas d'gua comearam a serem utilizadas no acionamento de foles. Com temperaturas maiores na forja, foi possvel obter ferro em estado lquido, e no mais em estado pastoso.

produo diria do forno era de cerca de 1500 kg.

Fig. 05: Alto forno primitivo em alvenaria de pedra

Fig. 04: Forja Catal

Com a possibilidade de obteno de ferro no estado lquido, nasceu a tcnica de fundio de armas de fogo, balas de canho e sinos de igreja. Mais tarde, o uso do ferro se estendeu para residncias senhoriais de grandes portes e placas de lareira com desenho elaborado. Em torno de 1444, o minrio de ferro passou a ser fundido em altos-fornos, processo que usado at hoje. As temperaturas atingidas nesses fornos eram ainda maiores, o que permitia a maior absoro de carbono do carvo vegetal. Isso tornava o ferro e as ligas de ao mais duros e resistentes. Na ocasio, a

A Revoluo Industrial iniciada na Inglaterra, no final do sculo XVIII, tornaria a produo de ferro ainda mais importante para a humanidade. Nesse perodo, as comunidades agrria e rural comeavam a perder fora para as sociedades urbanas e mecanizadas. Mas a grande mudana s ocorreu realmente em 1856, quando se descobriu como produzir ao. Isso porque o ao mais resistente que o ferro fundido e pode ser produzido em grandes quantidades, servindo de matria-prima para muitas indstrias. Quem fabrica o ao a indstria siderrgica. A origem dessa palavra est associada histria da descoberta do minrio de ferro: sidur uma palavra grega que significa astro. Com o avano tecnolgico dos fornos e a crescente demanda por produtos feitos de ferro e ao, as indstrias siderrgicas aumentavam a produo. Isso gerava problemas, devido aos gases poluentes liberados na atmosfera pela queima de carvo vegetal. Em meados do sculo XIX, a produo diria de um alto-forno chegava a cerca de trs toneladas, o que


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elevava ainda mais o consumo de carvo vegetal. Atualmente, as indstrias siderrgicas so de extrema importncia para as naes e representam um dos alicerces de um pas desenvolvido. No toa que so chamadas de indstrias de base, j que fornecem equipamentos e produtos para todas as outras. O ferro e o ao so encontrados na agricultura (ceifadeiras, colheitadeiras, semeadores, arados etc.), nos transportes (caminhes, carros, navios, avies etc.), na construo civil, na indstria automobilstica, em embalagens, aparelhos domsticos e outras utilidades. PROCESSO DE FABRICAO DO AO E DO FERRO FUNDIDO As etapas do processo de fabricao do ao so classificados em 5 fases: - minerao; - reduo do minrio; - refino; - lingotamento; e - laminao. ETAPA DE MINERAO Os mtodos de minerao podem agrupados nas seguintes categorias: ser

ETAPA DE REDUO DO MINRIO Nesta etapa o ferro extrado do mineral e as impurezas presentes no mineral (GANGA) so eliminadas. Nesta etapa da produo do ao o silcio, o mangans, o fsforo e o enxofre so considerados impurezas. A reduo do minrio de ferro ocorre em usinas siderrgicas. Essas usinas podem ser: - usinas integradas; e - usinas semi-integradas. Usinas integradas realizam, alm da reduo do minrio de ferro, o refino, o lingotamento e a laminao do ao produzido. So empresas de grande porte que exigem elevados investimentos. Usinas semi-integradas realizam as etapas de refino, lingotamento e laminao. No atuam na reduo do minrio de ferro. Possuem instalaes mais reduzidas do que as usinas integradas e tm na sucata de ao a sua principal matria prima. O processo clssico e mais utilizado para a reduo do minrio de ferro o do ALTOFORNO, cujo produto consiste numa liga ferrocarbono de alto teor de carbono, denominado "ferro gusa", o qual, ainda no estado lquido, encaminhado "aciaria", onde, em fomos adequados, transformado em ao. As matrias primas bsicas para a reduo do minrio de ferro so: - minrio de ferro; - calcrio; - carvo (vegetal ou mineral). O minrio de ferro fornece o ferro para a produo do ao e do ferro fundido. O carvo o combustvel utilizado no alto-forno. Apresenta-se na forma de coque ou de carvo vegetal. Sua ao se faz sentir em trs sentidos:

- minas de cu aberto - utilizadas quando o mineral se encontra prximo superfcie; - minas de declive utilizadas para explorar depsitos minerais de menor profundidade, permitindo que o mineral seja extrado por vagonetes em um tnel inclinado; - minas de galeria utilizadas quando o mineral aflora superfcie permitindo a sua explorao direta; e - minas em poos verticais necessrias para alcanar depsitos minerais profundos.


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- fornecedor de calor para a combusto; - fornecedor do carbono para a reduo de xido de ferro; - indiretamente, fornecedor de carbono como principal elemento de liga do ferro-gusa. O calcrio atua eliminando impurezas do processo (atuao como fundente), estas impurezas se aglomeram formando a escria. OBSERVAES: FUNDENTE: material que possui a funo de combinar-se com as impurezas (ganga) do minrio e com as cinzas do carvo, formando as chamadas escrias. O principal fundente o calcrio, de frmula CaCo3. ESCRIA: espcie de massa vtrea formada Minrio de Ferro fundentes com algumas pela reao dos impurezas existentes no minrio. Ela pode ser aproveitada para a fabricao de fertilizantes ou de cimentos para isolantes trmicos.

Alto-Forno O principal equipamento da etapa de reduo do minrio de ferro o alto-forno, trata-se de uma construo de tijolos refratrios revestidos externamente por chapas de ao. Durante o funcionamento do alto forno a carga, composta de minrio de ferro, calcrio e carvo, introduzida pela parte superior do alto forno.

OBSERVAES: COQUE: a matria prima para o alto-forno, obtida pelo processo de coqueificao que consiste no aquecimento do carvo mineral a altas temperaturas em cmaras hermeticamente fechadas (exceto para sada de gases). No aquecimento temperatura de coqueificao e na ausncia de ar, as molculas orgnicas complexas que constituem o carvo mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgnicos slidos e lquidos de baixo peso molecular e um resduo carbonceo relativamente no voltil. Este resduo resultante o coque, que se apresenta como uma substncia porosa e heterognea, sob os pontos de vista qumicos e fsicos. A qualidade do coque depende muito do carvo mineral do qual se origina, principalmente do seu teor de impurezas.

Fig. 06: Alto-Forno

Em linhas gerais o processo de produo do ferro gusa nos alto-fornos consiste em carregar pelo topo do alto-forno o minrio de ferro, o carvo e o calcrio, enquanto o ar aquecido, enriquecido ou no com oxignio, insuflado pelas ventaneiras na parte inferior do forno. O carvo queimado e gera gases que seguem um fluxo ascendente e entram em contato com a carga de minrios descendentes, reagindo com essa carga, reduzindo e fundindo o minrio, originando o ferro-gusa e a escria que so vazados do forno.


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Produo de Ferro Fundido

Fig. 07: Alto-forno vista geral

A escria flutua sobre o gusa pois este mais denso. Regularmente so abertas comportas na lateral do alto-forno para que a escria e o ferrogusa escoem para fora do alto-forno, finalizando a etapa de reduo. Ao sair do alto-forno a composio qumica do ferro-gusa aproximadamente a seguinte: carbono (3,0 e 4,5%), silcio (0,5 e 4,0%), mangans (0,5 e 2,5%), fsforo (0,05 e 2,0%) e enxofre (0,2% max.). OBSERVAO: FERRO-GUSA: liga ferrosa obtida por fuso redutora de minrios de ferro e/ou seus aglomerados, que apresenta teor de carbono situado em torno de 4% e outros elementos residuais (Mangans, silcio, fsforo e enxofre ). Uma vez que a etapa de reduo esteja finalizada, o ferro-gusa pode seguir para a aciaria (fabricao de ao, etapa de refino) ou para a fabricao de ferro fundido.

Produo de ferro-fundido O ferro fundido uma liga de ferro, carbono e teores elevados de silcio. O ferro fundido fabricado a partir do ferro gusa em fornos chamados de cubil. Portanto, o ferro fundido um ferro de segunda fundio (o ferro gusa a primeira fundio do ferro). O fato de o ferro fundido possuir maior teor de carbono do que o ao possibilita que o ferro fundido seja mais duro e frgil do que o ao. Portanto no possvel sua conformao mecnica atravs de processos de forjamento, laminao ou qualquer outro processo de deformao. O forno cubil uma estrutura feita de tijolos refratrios e revestida de chapas de ao. A carga do cubil composta de ferro gusa, calcrio (para separar as impurezas) e carvo. Existem aberturas na parte inferior do forno (ventaneiras) para a entrada de oxignio, necessrio ao processo de combusto. O forno cubil no possibilita o controle rigoroso da composio qumica do ferro fundido. Por isso empregado na produo de ferro fundido utilizado na fabricao de peas que no sofrero grandes esforos mecnicos. Para a


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fabricao de ferros fundidos de melhor qualidade, utilizam-se fornos eltricos.

mais exigentes de composio qumica para os aos. Refino Primrio O refino primrio realizado em fornos do tipo CONVERSORES (ou CONVERTEDORES) ou em FORNOS ELTRICOS A ARCO. A carga de um forno conversor composta por ferro-gusa, sucata de ao, calcrio e o ar (enriquecido de oxignio) como agente oxidante. O princpio bsico de funcionamento dos conversores introduzir ar, pelo fundo, lateralmente ou pelo topo, por intermdio de uma lana. Na zona de impacto do ar, a reao de oxidao muito intensa e a temperatura chega a atingir entre 2.500 e 3.000C. Isso provoca uma grande agitao do banho, o que acelera as reaes de oxidao no ferro gusa lquido. Nesse conversor, a contaminao do ao por nitrognio muito pequena porque se usa oxignio puro. Isso um fator importante para os aos que passaro por processo de soldagem, por exemplo, pois esse tipo de contaminao causa defeitos na solda.

Fig. 08: Forno CUBIL para a produo de ferro fundido

ETAPA DE REFINO Na etapa de refino ou oxidao, o ferro gusa transformado em ao na aciaria e na maior parte das empresas o processo de refino do ao pode ser dividido em duas etapas: - refino primrio - refino secundrio No refino primrio objetiva-se que o carbono e as impurezas do ferro gusa (Mn, Si, P e S) tenham seus teores porcentuais reduzidos. Isto ocorre atravs de processos de oxidao, no qual o oxignio se combina com os diversos elementos presentes na composio do ferro gusa. Dessa forma possvel reduzir a concentrao de C, Si, Mn, P e S, a valores desejados. O refino secundrio objetiva aumentar a produtividade da aciaria e atender a requisitos

Fig. 09: Forno conversor


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Os fornos conversores possuem uma caracterstica especial, pois so fornos que no necessitam de combustvel. A alta temperatura alcanada e mantida, devido s reaes qumicas (reaes exotrmicas) que acontecem quando o ar injetado entra em contato com o carbono do ferro gusa lquido. Nesse processo, h a combinao do oxignio com o ferro, formando o xido de ferro (FeO) que, por sua vez, se combina com o silcio (Si), o mangans (Mn) e o carbono (C), eliminando as impurezas sob a forma de escria e gs carbnico. O uso de conversores tem uma srie de vantagens: alta capacidade de produo, dimenses relativamente pequenas, simplicidade de operao e o fato de as altas temperaturas no serem geradas pela queima de combustvel, mas pelo calor que se desprende o processo de oxidao dos elementos que constituem a carga do ferro gusa lquido. Por outro lado, as desvantagens so: dificuldade de trabalhar com sucata pois o controle da composio qumica do ao deficiente, perda de metal por queima, dificuldade de controlar o processo com respeito quantidade de carbono, presena de considervel quantidade de xido de ferro e de gases, que devem ser removidos durante o vazamento. O melhor aproveitamento de sucata em ao ocorre nos fornos eltricos. O forno a arco eltrico constitudo de uma carcaa de ao feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um recipiente cilndrico com fundo abaulado. Essa carcaa revestida por materiais refratrios. Os eletrodos, responsveis juntamente com a carga metlica, pela formao do arco eltrico esto colocados na abbada (parte superior) do forno. A carga de um forno a arco constituda, basicamente, de sucata, fundente (calcrio) e coque (para o controle do teor de carbono). Durante o processo, algumas reaes qumicas acontecem: a oxidao, na qual oxidam-se as

impurezas e o carbono, a desoxidao, ou retirada dos xidos com a ajuda de agentes desoxidantes, e a dessulfurao, quando o enxofre retirado. um processo que permite o controle preciso das quantidades de carbono presentes no ao.

Fig. 10: Vista geral de um forno eltrico

As vantagens da produo do ao nos fomos eltricos so: maior flexibilidade de operao; temperaturas mais altas; controle mais rigoroso da composio qumica do ao; melhor aproveitamento trmico; ausncia de problemas de combusto, por no existir chama oxidante; menor potencial de agresso ao meio ambiente; maior processamento de sucata. lado, as principais

Por outro desvantagens so:

o custo operacional (custo da energia eltrica); a baixa capacidade de produo dos fomos.


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Fig. 11: Etapas da produo de ao

Refino Secundrio Aps a produo do ao no refino primrio, a continuidade do processo de fabricao do ao com o ajuste da composio qumica, de temperatura e de propriedades mecnicas, pode ocorrer por meio de refino secundrio. As operaes do refino secundrio ocorrem em fornos especficos e tm como objetivo: Maior flexibilidade operacional por meio do controle do sincronismo entre a produo do ao em fornos conversores e o lingotamento do ao; Controle de temperatura do ao lquido; Ajuste da composio qumica do ao; Controle da microestrutura e das propriedades mecnicas do ao.

ETAPA DE LINGOTAMENTO Os aos elaborados nos processos de refino das aciarias podem seguir 03 rotas bsicas para a realizao de sua solidificao: - lingotamento em moldes para a fabricao de peas (peas fundidas); - lingotamento convencional para a obteno de lingotes; e - lingotamento contnuo para produo de placas, blocos, tarugos e pr-formas.

OBSERVAO: LINGOTE: massa de metal ou de um material semicondutor, que aps ter sido aquecida a uma temperatura superior ao seu ponto de fuso vertida num molde, tomando uma forma que torna mais fcil o seu manuseamento, geralmente uma barra ou um bloco.

O sincronismo operacional entre o forno conversor e o lingotamento contnuo necessrio pois o lingotamento do ao mais acelerado do que o tempo de sua fabricao no conversor e transporte para o lingotamento.


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Fig. 12: Lingotamento convencional

Fig. 13: Lingotamento contnuo vista geral


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vazamento e laminao de desbaste dos lingotes; Melhor rendimento na transformao do metal lquido em produtos semiacabados, devido s menores perdas com pontas e caudas de resfriamento; e Maior flexibilidade para a instalao de sensores e atuadores de monitoramento.

Como ponto negativo do lingotamento contnuo em relao ao lingotamento convencional podese destacar o maior investimento necessrio para a sua instalao. ETAPA DE LAMINAOFig. 14: Lingotamento contnuo - detalhes

A laminao um processo de conformao mecnica no qual o metal slido forado a passar entre dois cilindros que giram em sentidos opostos e espaados entre si de uma distncia menor que o valor da dimenso inicial do material a ser plasticamente deformado.

Fig. 15: Lingotamento contnuo sees transversais

O lingotamento contnuo apresenta as seguintes vantagens em relao ao lingotamento convencional: Maior variedade de geometria que pode ser obtida; Melhores propriedades mecnicas do ao lingotado em razo da maior velocidade de resfriamento; Melhor qualidade superficial devido ausncia de escamas e dobras, defeitos normalmente oriundos das etapas de

Fig. 16: Representao esquemtica do processo de laminao


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Por meio do processo de laminao os lingotes so convertidos em produtos acabados que devem atender s especificaes estabelecidas em termos de propriedades mecnicas, formas dimenses, acabamento superficial, dentre outros critrios. A laminao um dos processos de conformao mecnica mais utilizados nas indstrias. Tal fato ocorre porque este processo apresenta alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso.

MAIS INFORMAES EM: http://www.abmbrasil.com.br/portaltecnologico/portal/ http://www.usiminas.com/irj/portal?Navi gationTarget=navurl://43b5d4f93667200 385f48660e9e547cc http://www.csn.com.br/portal/page?_pag eid=456,170815&_dad=portal&_schema =PORTAL

BIBLIOGRAFIA: CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecnica. 3v. So Paulo: Makron Books. FUNDAO ROBERTO MARINHO. Telecurso 2000: Mecnica Materiais. So Paulo: Globo. COLPAERT, Hubertus. Metalografia dos produtos siderrgicos comuns. So Paulo: Edgard Blcher. RIZZO, Ernandes Marcos da Silveira. Introduo aos Processos Siderrgicos. So Paulo: Associao Brasileira de Metalurgia e Materiais.


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EXERCCIOS

c) Cite duas vantagens dos conversores.

1) Escreva V se a afirmao for verdadeira e Fse for falsa, justificando. a) ( ) O ferro-gusa um material duro e quebradio formado por uma liga de ferro e uma grande quantidade de carbono, alm de um pouco de silcio, mangans, fsforo e enxofre. b) ( ) A obteno das altas temperaturas que favorecem a absoro do carbono era o grande problema tcnico que envolvia a fabricao do ferro gusa. c) ( ) O aumento da produo de ferro gusa dificultou a criao de novos processos de fabricao na indstria metalrgica. d) ( ) Com o surgimento do alto-fomo, a produo aumentou e novos produtos foram criados.

4) Quais os objetivos do refino secundrio ?

2) Responda s seguintes perguntas:a) Por que a escria flutua sobre o ferro gusa ? b) Como se processa o aquecimento em um alto forno ? c) Qual a carga do alto forno ? d) Quais os produtos finais do alto forno ? e) Qual o destino do ferro gusa aps sair do alto forno ? f) O que escria ?

3) Responda s seguintes perguntas:a) Por que o ferro gusa duro e quebradio ? b) Como o ferro gusa se transforma em ao ?


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GABARITOS DOS EXERCCIOS

Aciaria para a fabricao de ao ou para a produo de ferro fundido f) O que escria ? Espcie de massa vtrea formada pela reao dos fundentes com algumas impurezas existentes no minrio. Ela pode ser aproveitada para a fabricao de fertilizantes ou de cimentos para isolantes trmicos.

1) Escreva V se a afirmao for verdadeira e Fse for falsa, justificando. a) ( V ) O ferro-gusa um material duro e quebradio formado por uma liga de ferro e uma grande quantidade de carbono, alm de um pouco de silcio, mangans, fsforo e enxofre. b) ( V ) A obteno das altas temperaturas que favorecem a absoro do carbono era o grande problema tcnico que envolvia a fabricao do ferro gusa. c) ( F ) O aumento da produo de ferro gusa dificultou a criao de novos processos de fabricao na indstria metalrgica. O aumento da produo de ferro gusa criou novos produtos e novas necessidades d) ( V ) Com o surgimento do alto-fomo, a produo aumentou e novos produtos foram criados.

3) Responda s seguintes perguntas:a) Por que o ferro gusa duro e quebradio ? Pela presena de grandes quantidades de carbono e impurezas como o silcio, mangans, fsforo e enxofre. b) Como o ferro gusa se transforma em ao ? Pelo processo de oxidao na aciaria. c) Cite duas vantagens dos conversores. Alta capacidade de produo e facilidade de operao. d) Cite duas desvantagens dos conversores. Dificuldade no controle do teor de carbono e a no capacidade de utilizao de sucata.

2) Responda s seguintes perguntas:a) Por que a escria flutua sobre o ferro gusa ? Porque o ferro gusa mais denso (pesado) do que a escria b) Como se processa o aquecimento em um alto forno ? Atravs do fornecimento (insuflao) de ar aquecido c) Qual a carga do alto forno ? Minrio de ferro Carvo Calcrio d) Quais os produtos finais do alto forno ? Ferro Gusa - Escria e) Qual o destino do ferro gusa aps sair do alto forno ?

4) Maior flexibilidade operacional por meio do controle do sincronismo entre a produo do ao em fornos conversores e o lingotamento do ao; Controle de temperatura do ao lquido; Ajuste da composio qumica do ao; Controle da microestrutura e das propriedades mecnicas do ao.

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