Processos Metalúrgicos

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 1 – PRODUÇÃO DE FERRO

Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica◦A indústria siderúrgica abrange todas as etapas necessárias para, a

partir de matérias-primas, produzir-se ferro e aço.◦O processo clássico e mais usado para a redução de minério de ferro

é o do alto-forno, cujo produto consiste na liga ferro-carbono de altoteor de carbono, denominado ferro-gusa.

◦O ferro-gusa é encaminhado para as “aciarias” onde , em fornosadequados, é transformado em aço.

◦Este é vazado na forma de lingotes os quais, por sua vez, sãosubmetidos transformações, resultando em blocos, tarugos e placas.Estes, finalmente, são transformados em formas estruturais.

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Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica

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◦ O ferro é um metal cuja utilização é muito antiga.Como civilizações antigas de Assíria, Babilônia,Egito, Pérsia, China, Índia e, mais tarde, da Gréciae de Roma, fabricavam, por processos primitivos,armas e inúmeros utensílios de ferro e aço.

◦ Alguns fornos primitivos utilizados na redução deminério de ferro, empregavam o carvão vegetalcomo combustível. Como o carvão vegetal éconstituído principalmente de carbono, e ominério de ferro, principalmente de oxido deferro, na combustão do carvão vegetal, auxiliadopelo oxigênio do ar, forma-se inicialmenteanidrido carbônico (CO2) e, em seguida, óxidos decarbono CO.

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◦ O ferro assim obtido apresentava-se, emgeral, relativamente dúctil, mole, maleável epodia ser trabalhado por martelamento atemperaturas relativamente elevadas.

◦ Na realidade, os processos eram de "reduçãodireta", sem que se formasse ferrointeiramente líquido.

◦ De fato, as temperaturas alcançadas não eramsuficientes para liquefazer o metal, o qual seapresentava no estado pastoso, misturadocom como impurezas do minério.

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◦Os altos fornos foram desenvolvidospaulatinamente, à medida que se aumentavaa altura dos fornos primitivos e foraminicialmente denominados fornos de cuba oufornos de chaminé.

◦Neles, a carga de matéria-prima já eraintroduzida pelo topo, em intervalos, e o ar,pela parte inferior.

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◦ No Brasil, os verdadeiros passos para dotar opaís de uma indústria siderúrgica de porteforam dados a partir de 1930.

◦ O grande passo para o estabelecimento dagrande siderurgia, baseada no carvão coque,foi lançado no govemo Getúlio Vargas, comum instituição, em 4 de marco de 1940, daComissão Executiva do Plano SiderurgicoNacional.

◦ Dos trabalhos dessa comissão resultou afundação da Companhia Siderúrgica Nacionalem janeiro de 1941. A Usina foi construídaem Volta Redonda, Estado do Rio einaugurada em outubro de 1946.

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◦As matérias-primas básicas da indústriasiderúrgica são as seguintes:◦ Minério de ferro;◦ Carvão;◦ Calcário.

◦Outras matérias-primas, minériosprincipalmente, são igualmenteimportantes, sobressaindo-se o minériode manganês, pela sua presençaconstante em todos os tipos de produtossiderúrgicos.

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◦O minério de ferro, como é obvio, constituído por matéria-primaessencial, pois dele se extrai o ferro.

◦O carvão atua em três sentidos simultaneamente:◦ Combustível;◦ Redutor do minério, que é basicamente constituído de óxidos de ferro;◦ Fornecedor do carbono, que é o elemento principal da liga dos produtos

siderúrgicos.◦O calcário atua como "fundente", ou seja, reage, pela sua natureza

básica, com como substancias estranhas ou impurezas contidas nominério e no carvão geralmente de natureza acida diminuindo seuponto de fusão e formando uma "escoria", subproduto, por assimdizer, do processo clássico do "alto-forno".

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◦Os minerais que contém ferro emquantidade apreciável são os óxidos,carbonatos, sulfetos e silicatos.◦Os principais óxidos são:◦Magnetita (oxido ferroso-férrico) de fórmula

Fe304, contendo 72,4% de Fe;◦Hematita (oxido férrico), de fórmula Fe2O3

contendo 69,9% de Fe;◦ Limonita (oxido hidratado de ferro), de

fórmula 2Fe2O3 3H2O, contendo, em média,48,3% de Fe.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaMinério de Ferro

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Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaMinério de Ferro

◦ O termo genérico beneficiamento compreende umasérie de operações a que os minérios de ferro devárias qualidades podem ser submetidos, com oobjetivo de alterar suas características físicas ouquímicas e torna-los mais adequados para a utilizaçãoem alto-forno.

◦ Essas operações são, geralmente:◦ Britamento;◦ Peneiramento;◦ Mistura;◦ Moagem;◦ Concentração;◦ Classificação;◦ Aglomeração.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaMinério de Ferro - Beneficiamento

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◦A aglomeração visa, em princípio,melhorar a permeabilidade da carga doalto-forno, reduzir o consumo de carvãoe acelerar o processo de redução.◦Há quatro principais processos deaglomeração de minério de ferro:◦ Sinterização;◦ Pelotização;◦Briquetagem;◦Nodulização.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaMinério de Ferro - Beneficiamento

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◦ Sinterização consiste em aglomerar-se finos deminério de ferro em mistura comaproximadamente 5% de um carvão finamentedividido.

◦A Pelotização é o mais novo processo deaglomeração e talvez o de maior sucesso.Neste processo, produz-se inicialmente"bolas" ou "pelotas" cruas de alto teor deminério concentrado.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaMinério de Ferro - Beneficiamento

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◦O combustível utilizado no alto-forno éo carvão (coque ou de madeira) cujaação se faz necessária em três sentidos:◦ Fornecedor de calor para um combustão;

◦ Fornecedor do carbono para uma redução doóxido de ferro

◦ Indiretamente, fornecedor do carbono comoelemento principal de liga do ferro gusa.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaCarvão

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◦ O coque é obtido por processo de coqueificação, queconsiste, em princípio, no aquecimento a altastemperaturas, geralmente em camaras hermeticamentefechadas.

◦ O carvão mineral é constituído sobretudo dos restos dematéria vegetal que se decompôs com o tempo, napresença de umidade, ausência de ar e variações detemperatura e pressão, por ação geológica, transformando-se através de milênios, progressivamente, em turfa, linhito,carvão sub-betuminoso, carvão betuminoso, semi-antracitoe antracito.

◦ O tipo betuminoso é o mais adequado para produção decoque, pelo processo de coqueificação.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaCarvão – Carvão Coque

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◦ O processo de coqueificação é realizado nasplantas de coqueificação e consistebasicamente no aquecimento àtemperaturas entre 1100°C e 1300°C decarvões minerais (principalmente os carvõesbetuminosos) em câmaras de coqueificaçãohermeticamente fechadas (ausência de ar)por períodos de até 18 horas.

◦ Os fornos de coqueificação são compostospor uma bateria de até 100 câmaras decoqueificação intercaladas com câmaras deaquecimento.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaCarvão – Carvão Coque

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◦O carvão vegetal ou “de madeira” éfabricado mediante da pirólise damadeira, ou seja, quebra das moléculascomplexas que constituem a madeira,em moléculas mais simples, mediantecalor.

◦O calor é aplicado à madeira, comausência de oxigénio, resultando gases(CO2, CO, H2, etc.), líquidos (alcatrões,ácido acético, álcool metílico) e o resíduosolido que é o "carvão vegetal".

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaCarvão – Carvão Vegetal

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◦A função do fundente é combinar-se comas impurezas do minério e com as cinzasdo carvão, formando a escória.

◦O principal fundente é o calafrio, defórmula CaCO3, o qual, para o empregodireto no alto-forno, deve apresentar acomposição média:

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaFundente

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◦Outras matérias-primas, utilizadas na indústriasiderúrgica, nos processos de fabricação de açoscomuns e especiais, incluem ferro-ligas de silício,cromo, vanádio, molibdénio, níquel, tungstênio,titânio, etc.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaOutras Matérias-Primas

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◦ Finalmente, deve-se ainda mencionar comoimportante matéria-prima a sucata de aço, ouseja, subprodutos da fabricação de aço e itens oucomponentes de produtos desbastados,quebrados ou descartados.

◦A utilização desse tipo de matéria-prima é devital importância, pois não só corresponde aoreaproveitamento de material que, de outromodo, seria inútil, como permiti uma apreciáveleconomia de minério de ferro, carvão e calcário.

Matérias-Primas da Indústria SiderúrgicaOutras Matérias-Primas

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