Upload
truongnhu
View
225
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
1
1
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
estuda
estuda
Constituição
Estrutura
Propriedades
Processos de fabrico
Tratamentos posteriores
Alterações das propriedades dos metais causadas por tratamentos
Metalurgia do ferro Metalurgia do ferro SIDERURGIASIDERURGIA sideros(ferrosideros(ferro)+ergo (trabalho))+ergo (trabalho)
Produtos siderúrgicos
Ligas de alumLigas de alumíínionio
Ligas de cobreLigas de cobre
MetalurgiaMetalurgia ciência dos metais e ligas metciência dos metais e ligas metáálicaslicas
Fe e Fe e
ligas de Feligas de Fe
gusa aço ...
2
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
Liga de Fe + <<<%C
AÇ
O
Produtos siderúrgicos Fe e Fe e
ligas de Feligas de Fe
gusa aço ...
0,2% ±1,5%% C
determina as determina as propriedades propriedades do ado aççoo
PRODUPRODUÇÇÃO DO FERROÃO DO FERROUtilização desde a Pré-história Egipto, Egipto,
Mesopotâmia; GrMesopotâmia; Gréécia; cia; Roma;...Roma;...Armas e utensílios
2
3
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
C C ++ OO22 do ar do ar COCO2 2 COCO
FeOFeO + CO+ CO Fe + COFe + CO22
Ao longo dos tempos a principal fonte de Fe foi o minério de ferro em geral os óxidos, por ex.:
hematite Fe2O3 50-60%magnetite Fe3O4 45-70%
A técnica de “separar” o Fe tem sido por redução pelo CO
4
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
1. No inícioREDUREDUÇÇÃO DIRECTAÃO DIRECTA
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
Ã
O D
O F
ERR
O RE
DU
RED
U ÇÇ
ÃO
DIR
ECTA
ÃO
DIR
ECTA
fundido em fogueiras
Mais tarde FORNOS RUDIMENTARES a carvãoFORNOS RUDIMENTARES a carvão
3
5
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
Mais tarde FORNOS RUDIMENTARES a carvãoFORNOS RUDIMENTARES a carvão
Forno tipo
poço fechado
TTfusãofusão (Fe puro) = 1536(Fe puro) = 1536ººCCMinMinéérios de Fe rios de Fe essencialmenteessencialmente óóxidos de Fexidos de Fe
C C + + OO22 do ardo ar COCO2 2 COCO
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
Ã
O D
O F
ERR
O RE
DU
RED
U ÇÇ
ÃO
DIR
ECTA
ÃO
DIR
ECTA
6
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
CO CO reduz reduz (retira; separa) o oxig(retira; separa) o oxigéénio nio do mindo minéério formandorio formando--sese COCO22
FeOFeO + CO+ CO Fe + COFe + CO22
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
Ã
O D
O F
ERR
O RE
DU
RED
U ÇÇ
ÃO
DIR
ECTA
ÃO
DIR
ECTA
Na REDUNa REDUÇÇÃO DIRECTAÃO DIRECTA•Produto pastoso
•Muitas impurezas•Produto maleável retirado do fundo do forno com vara metálica
•Posterior martelamento para retirar impurezas (expulsar escórias)
FERRO PUDELADO
•Metal não se liquefaz T insuficiente
C C + + OO22 do ardo ar COCO2 2 COCO
4
7
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
SSééculo XVIIIculo XVIII Forja catalãPR
OD
UPR
OD
U ÇÇ Ã
O D
O F
ERR
O
ÃO
DO
FER
RO
RED
UR
EDU Ç
ÇÃ
O D
IREC
TAÃ
O D
IREC
TA
• Posterior martelamento para retirar impurezas
• cuba com minério + combustível
mtº rico em Fe carvão
• fole para insuflar ar (oxigénio)• Produto pastoso
• Muitas impurezas
• Produto maleável retirado do fundo do forno
• Metal não se liquefaz T insuficientec
FERRO PUDELADO
DIFERENÇA para
o forno fechado:
Fe “absorve” algum CC podendo obter-se
FERRO MACIO (<< % C C ) ou
AÇO (>> % C C )
8
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
Entretanto percebeu-se que:
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
ÃO
DO
FER
RO Se produto final
resfriado RAPIDAMENTE em água
+ duro
Proc
esso
em
pPr
oces
so e
mp íí
rico
rico
dedeTÊ
MPE
RA
TÊM
PER
A
Forno de REVERBERO
Fe “absorve” algum CC podendo obter-se
FERRO MACIO (<< % C C ) ou
AÇO (>> % C C )
Forja catalã
a partir FERRO MACIO(<< % C C )
AÇO (>> % C C ) CEM
ENC
EMEN
TATAÇÇ
ÃOÃO
Ferro macio envolvido em carvão
5
9
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
FERRO MACIO +carvão vegetal
em pó
Forno de REVERBEROFERRO MACIO (<< % C C )
CEM
ENTA
CEM
ENTA
ÇÇÃ
OÃO
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
ÃO
DO
FER
RO
+CC
15 dias
arrefecimentoarrefecimento8 dias
AÇ
O• ligação Fe + C não uniforme• rebatimento necessário• nova fusão até homogeneização
AÇO (>> % C C )
10
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
ÃO
DO
FER
RO
Alto FornoAlto FornoAlto FornoForno cuba ou forno chaminéEuropa Central (fornos primitivos cada vez mais alto)ar insuflado pela parte inferiorferro fundido (canhões...)...1619 Inglaterra uso de coque pela 1ª vez±1800aquecimento prévio do arvários aperfeiçoamentos
evolução
Alto Forno
6
11
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
12
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
PRO
DU
PRO
DU Ç
Ç ÃO
DO
FER
RO
ÃO
DO
FER
RO
Alto FornoSeixal até há pouco tempoForno de grande altura
gusa (liga Fe+C)
3 a 4,5%C
Minério de Fe
Reacções no forno
• redução dos óxidos de Fe por acção do COCO
• ligação do Fe com C C origina gusaÓÓxidos Fe xidos Fe FeFe
Fe + C gusaFe + C gusaAFINAÇÃO na aciaria gusa aço
• combustão do carvão COCOCC
7
13
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
Matérias primas
gusa
Alto Forno1. minérios de ferro
2. carvão3. fundente
hematite Fe2O3 50-60%magnetite Fe3O4 45-70%limonite 2Fe2O3.nH2O20-60%
+ usado; + fácil redução
+rico em Fe; - abundante
siderite FeCO3 30-42%(pirite) FeS +usado como minério de S; + dispendioso retirar Fe
24 1 2 3 7 6 5 4 8 9 10 11 12 13 1 21 23 14 15 16 17 18 19 20 22 24
+30
+30
+30
Robinson Projection
14
15
16
18
17
19
19 21
1996 MAGELLAN GeographixSMSanta Barbara, CA 805 685-3100
Brasil
Alemanha
Grã- Bretanha
Moncorvo e Moncorvo e CercalCercal
>> impurezas
s/ interesse económico
16
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
gusa
Boca ou goela •com tremonha
Cuba
• tronco-cónico
• pode ser > 20m
• rev.to tijolos refractários
• + espesso na zona inferior
• diminuindo até á boca
Ventre
• zona + quente
• tronco-cónica; Ømax ~ 10mh pode ser > 4m
• rev.to refractário c/ placas metálicas c/ circulação de água
• + espesso na zona inferior
• diminuindo até á boca
Cadinho
8
17
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
gusa
Boca ou goela
Cuba
Ventre
Cadinho
•recebe o metal e escória em fusão• cilindrico; Ø~10m, h~4m
• chapa espessa de aço
• Revest.to interno
• Entre a chapa e o Revest.to interno
CAIXAS de arrefecimento(placas rectangulares de Fe fundido com tubos de água de arrefecimento)
• parte SUPERIOR TUBEIRAS de ventoTUBEIRAS de vento(insuflação de ar pré-aquecido)
•parte INFERIOR
furo (2) saída escescóória em fusãoria em fusão± 2m da base
furo safuro saíída de gusada de gusa (fechado; só aberto cada 3 a 4h)± 1m da base
Blocos refractários(silico-aluminosos)ouBlocos de carbono
19
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
9
20
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
21
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
10
Flux
o de
mat
éria
s pr
imas
minérios de ferro
carvão
fundente
Preparação das matérias prim
as
24
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
Reacções no forno
AFINAÇÃO na aciaria gusa aço
gusa
combustão do carvão com formação de monóxido de carbono
COCO
redução dos óxidos de Fe por acção do monóxido de carbono (eltºredutor)
ÓÓxidos Fe xidos Fe FeFeCO +CO +
carbonatação do Feligação do Fe com C C origina gusa
Fe + C gusaFe + C gusa
Acção do fundentedecomposição do CaCO3
Formação de escória resultante da combinação do óxido de cálcio ( calcário) com a ganga do minério e cinzas do carvão
± 800ºC
11
27
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
Depois da saída do fornoMinério + coque + fundente
escória
gusagusa
± 11m3
Panelas de escória
Lingoteiras
Ferro fundido
calhascalhas
várias sangrias
misturadora
AfinaAfinaççãoão((AciariaAciaria))
28
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
escória± 11m3
Panelas de escória
estado amorfo (>66%)arrefecimento rápido
Arrefecimento brusco em tanques
1. Lançamento em tanques de água
1500ºC Tamb
granulado
2. Peletização: a escória fundida é expandida por injecção de água, cai sobre a roda dentada que a projecta em partículas arrefecidas por jactos de água
escescóóriaria
12
29
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
escória de alto forno S
SiO2 ~ 30%
Al2O3 10 a 22%
CaO e MgO ~ 45%
FeO e MnO ~ 1 a 30%
+
ZnO
PbO2
S
impurezas
•SUB-PRODUTO da indústria do ferro fundido
•1 ton Fe 300kg escória
•mistura de CaO + SiO2+ Al2O3+ MgOproporções ≠ cimento portland
•Escória MUITAS aplicações
30
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
•agregados para betão ou estradas
•agregados leves para betão (escórias expandidas)
•lã de escória para isolamentos térmicos
•indústria do cimento substitui parcialmente o cimento P ou usado como Adição (durabilidade)
Na legislação actual (NP EN
197) escória de alto forno S
aplicaçõesescescóóriaria
13
33
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
ACTIVAÇÃO soda ou potassa caustica (álcalis), cal, silicato de sódio ou mesmo cimento
silicatos e aluminatos de cálcio hidratadosh. muito lenta
norm
aliz
ano
rmal
iza çç
ãoão
Como Substituto parcial do cimento NP EN 197-1
S ≤ 5% em qualquer cimento
6 ≤ S ≤ 35% se só K (clinquer) CEM II/A-S; CEM II/B-S
36 ≤ S ≤ 95% se só K (clinquer) CEM III/A; CEM III/B; CEM III/C
c. Portland de escória
Como Adição LNEC E 375 Escória granulada de alto forno moída para betões. Características e verificação de conformidade (1993)
c. de alto forno
Tipo II•adições hidráulicas latentes
escória de alto forno
•adições com propriedades pozolânicas
escória de alto forno SCaO+ SiO2+Al2O3+MgO
• indústria do cimento substitui parcialmente o cimentoou usado como Adição (durabilidade) escescóóriaria
34
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO 1 2006Metais e ligas metálicas Joana de Sousa Coutinho
minérios de ferro
carvão
fundente
EscEscóória ria
(~300Kg/t gusa)(~300Kg/t gusa)
(Fe) gusa (Fe) gusa Ferro fundidoFerro fundido
gasesgases • combustcombustíível industrialvel industrial(até 2800 m3/t gusa líquida) (tem CO e H2)
subp
rodu
tos
subp
rodu
tos
• partpartíículas sculas sóólidaslidasreutilizadas reutilizadas na instalação de sinterização
CO 17-25%
H2 1-4 %
CH4 0,5%
CO2 15-20%
N 54,5-59,5%
Alto Forno
Fe 94Fe 94--95% 95% 33--4,5%C4,5%C
0,30,3--0,7% Si0,7% Si0,20,2--0,8 Mn0,8 Mn<0,08% P<0,08% P<0,08% S<0,08% S