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APRESENTAÇÃO Prof. Estéfano A. Vieira Técnico Metalúrgico – ETVB – Belo Horizonte – MG - 1989 Engenheiro Metalúrgico – UFOP – Ouro Preto – MG - 1997 Mestre.

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1 APRESENTAÇÃO Prof. Estéfano A. Vieira Técnico Metalúrgico – ETVB – Belo Horizonte – MG Engenheiro Metalúrgico – UFOP – Ouro Preto – MG Mestre em Eng. – USP – São Paulo – SP – 2000 Área de pesquisa: Reciclagem de latas de alumínio Doutor em Eng. de Materiais – UFSCar – SP Área de pesquisa: Conformação de peças no estado semi-sólido

2 Redução Bibliografia Básica Araujo, L. A., Siderurgia, FTP, São Paulo, Campos, V. F., Fundamentos da redução direta de minérios de ferro, CNPq, 1978, São Paulo. Tambasco. M. J. A., Redução de minério de ferro em Alto Forno, ABM, 4ª ed., São Paulo, Complementar Araujo, L. A., Manual de siderurgia v. 1,2, Arte e Ciência, São Paulo, Bashforth, R. G., The Manufacture of Iron and Steel, Chapman and Hall, London, Corrêa, R. M. A., Empresa siderúrgica a carvão vegetal, ABM, São Paulo, 1981 Soares, F. et al, Carvão para siderugia, ABM, São Paulo.

3 REDUÇÃO -UM ELEMENTO QUÍMICO GANHA ELÉTRONS -REDUÇÃO DOS ÓXIDOS DE FERRO Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 FeO Fe

4 -CONSIDERAÇÕES GERAIS HISTÓRICO DA SIDERURGIA Provavelmente, o cobre nativo foi o primeiro metal empregado pelo homem na fabricação de de utensílios. A obtenção de ferro metálico, provavelmente, veio a ocorrer apenas no período neolítico, quando o carvão usado nas fogueiras protetoras das cavernas habitacionais reduziram o solo de minério de ferro a ferro primário, que, posteriormente, era elaborado e conformado.

5 HISTÓRICO DA SIDERURGIA Certamente, o país que mais se destacou na história da siderurgia foi a Inglaterra. A extração de ferro metálico nesse país remota a 400 AC e a obtenção de ferro gusa em alto forno a coque ocorreu no século XVIII. Por ser abundante e suas ligas possuírem propriedades adaptáveis a quase todas as condições requeridas, logo o ferro se tornou o metal mais empregado. Desde então, a metalurgia passou a se dividir em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos.

6 HISTÓRICO DA SIDERURGIA Logo após a descoberta do Brasil pelos portugueses, ocorreu por aqui enorme procura pelos metais. Em 1554 o Padre Anchieta relatou à Corte Portuguesa a existência de ferro e em 1587 Afonso Sardinha iniciou a produção de ferro na Freguesia de Santo Amaro, São Paulo.

7 HISTÓRICO DA SIDERURGIA Mais tarde foram descobertas as grandes jazidas de ferro das Minas Gerais, pensando-se, na ocasião, que eram reservas inesgotáveis, a ponto de uma pessoa ilustre denominar Minas Gerais de peito de ferro das Américas. Apesar de tão grande potencial, Portugal impediu o desenvolvimento da siderurgia brasileira durante o período colonial. Durante o período do Brasil Império, ocorreram algumas iniciativas importantes relacionadas com a produção de metais, porém, não consolidaram.

8 HISTÓRICO DA SIDERURGIA Um fato histórico notável foi a entrada do Brasil na Segunda grande guerra, no bloco dos Aliados, quando recebemos assessoria americana para a implantação da CSN, empresa que consolidou nosso país como produtor de aço. A consolidação do parque siderúrgico nacional foi liderado pela SIDERBRÁS durante o governo militar, que construiu e ampliou as grandes usinas siderúrgicas estatais para darem sustentação a todo o parque industrial brasileiro. Entre elas destaca-se a CSN, COSIPA, USIMINAS, Cia. Ferro e Aço de Vitória, CST e AÇOMINAS.

9 HISTÓRICO DA SIDERURGIA

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13 CONCEITOS BÁSICOS METALURGIA: é a arte de extrair do(s) minério(s) o(s) metal(is),elaborá-lo(s) e conformá-lo(s) com o fim de produzir os objetos necessários à humanidade. DIVISÃO DA METALURGIA: A metalurgia pode ser dividida em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos. SIDERURGIA: É a metalurgia do ferro e suas ligas. METALURGIA DOS NÃO FERROSOS: É a metalurgia dos outros metais, como do alumínio e suas ligas, do cobre e suas ligas, do ouro, etc. - PRINCIPAIS PRODUTOS SIDERÚRGICOS Os produtos siderúrgicos se dividem em duas famílias principais, os aços e os ferros fundidos.

14 DIAGRAMA Fe-C CCC CFC

15 DIAGRAMA Fe-C AÇO – C < 2.1 FERRO – C > 2.1 PONTO EUTÉTICO = 4,26 SOLUBILIDADE MÁXIMA DE C = 6,7% A estrutura CCC é mais resistente que a CFC logo a temperatura de conformação deverá ser suficiente para atingir a fase.

16 -CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS De acordo com a dureza, os aços se dividem nos seguintes grupos: Aços extra-doces: Abaixo de 0,15%C, Aços doces: 0,15 a 0,30%C, Aços meio-doces: 0,30 a 0,40%C, Aços meio-duros: 0,40 a 0,60%C, Aços duros: 0,60 a 0,70%C, e Aços extra-duros: Acima de 0,70%C.

17 -CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Há dezenas de normas técnicas sendo que são usadas na classificação dos aços, contudo, nesse trabalho, citaremos apenas alguns exemplos da classificação de aços pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Parte da Tabela da ABNT Tipo do Aço Classe Aço carbono comum I0XX Aço níquel (3,5%) 23XX Aço Níquel-cromo 3YXX Aço cromo(0,95%)-molibdênio(0,2%) 41XX Aço cromo 51XX Outros

18 -CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Pela ABNT, os dois primeiros dígitos indicam o(s) elemento(s) de liga existente(s) no aço, além do carbono. O número decimal expresso na posição do XX se refere à porcentagem de carbono contido pelo aço. Exemplos: Aço ABNT 1010: aço carbono comum com aprox. 0,1%C. Aço ABNT 1025: aço carbono comum com aprox. 0,45%C. Aço ABNT 4140: aço com aprox. 0,95%Cr-0,2%Mo-0,4%C.

19 – IMPORTÂNCIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS O êxito alcançado pelos produtos siderúrgicos se deve a vários fatores, dentre os quais citaremos alguns, sem desmerecer os demais. Baixo preço: O preço dos produtos siderúrgicos é insuperável pelos demais que tenham características semelhantes, o que lhes confere elevada competitividade. Exemplos: Lingotes de ferro gusa: R$220,00It Placas de aço carbono: R$450,00It Chapas de aço carbono: R$1.200,00It Chapas de aço inox. Ferrítico: R$6.000,00It Chapas de aço inox. Austenítico: R$13.000,00It Chapas de alumínio: R$12.000,00/t Chapas de alumínio ligado: R$30.000,00It Chapas de cobre: R$15.000,00It

20 – IMPORTÂNCIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS Propriedades Versáteis: É possível conferir ao produto siderúrgico as propriedades necessárias, sem onerar muito o custo de produção. Exemplos: Um aço ABNT 1080 pode adquirir diferentes durezas pela aplicação de tratamentos térmicos corretos: -Esferoidizado: 100HB -Plenamente recozido: 200HB -Temperado: 65RC (acima de 650HB, por comparação) O aço carbono comum possui os inconvenientes de oxidar-se e ser atacado por ácidos, contudo, pela adição de alto cromo pode se transformar no aço inoxidável ferrítico que não oxida e, ainda, pelas adições de cromo e níquel, forma os aços inoxidáveis austeníticos que são passivos à oxidação e a ação de ácidos. Matérias Primas Abundantes: O esgotamento das jazidas de ferro está previsto para quatro séculos.

21 – IMPORTÂNCIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS Domínio da Tecnologia Siderúrgica: Nenhum metal ainda é tão conhecido quanto o ferro. Política Administrativa: Toda nação que espera prosperar deve possuir, bem elaborada, uma política de produção e comercialização de produtos siderúrgicos, caso contrário, terá grandes dificuldades em seu desenvolvimento e, até mesmo sobrevivência como nação. Agregação de Valor ao Minério:. É preferível extrair os metais, produzir ligas, conformá-las e, então, vender os produtos obtidos. Os preços dos minérios de ferro e dos produtos siderúrgicos comprovam esse fato. A CST compra anualmente aproximadamente t de sinter feed pelo valor estimado de R$ e pode arrecadar com a exportação de suas placas a quantia de R$ Como se pode deduzir, nesse caso, há uma ampliação

22 - FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS FLUXOGRAMA REDUZIDO DE USINAS INTEGRADAS

23 Matérias Primas da Siderurgia: Minérios de ferro, carvão vegetal, carvões minerais, fundentes (calcário, dolomita, etc.), sucatas, Oxigênio, combustíveis, ferro-ligas e outros. Operações de Preparação das Matérias Primas: Britagem, peneiramento, moagem, coqueificação, sinterização, pelotização, calcinação, dessulfuração e outros.

24 Extração: A extração do ferro geralmente é feita por fusão redutora em altos fomos a carvão vegetal ou a coque, sob temperaturas muito elevadas, quando os minérios de ferro são transformados em ferro gusa líquido e escória. A extração do ferro também pode ser feita em forno elétrico a arco e por um dos processos de redução direta. Aciaria: A aciaria tem a finalidade de produzir aços, podendo usar como matérias primas principais ferro gusa e/ou sucata ferrosa, além da cal, oxigênio e outros.

25 Conformação: Os processos de conformação visam conferir ao metal ou liga as formas que os produtos devem Ter, podendo ser por fundição, forjamento, laminação, trefilação, extrusão, estampagem e outros. Principais Produtos: Peças fundidas (blocos de motores, etc.), peças forjadas (ferramentas, machado, etc.), chapas, tiras, vergalhões, etc.

26 -EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS USINA NÃO INTEGRADA - PRIMÁRIA

27 -EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS USINA NÃO INTEGRADA - SECUNDÁRIA

28 -EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS USINA INTEGRADA

29 -EXEMPLOS DE FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS USINA INTEGRADA - CONTINUAÇÃO

30 PROCESSOS DE REDUCAO DIRETA E INDIRETA A metalurgia do ferro consiste basicamente na redução dos seu óxidos por meio de um redutor que em geral é um combustível carbonoso (coque, carvão vegetal ou mineral). Para que as reações de redução dos óxidos de ferro ocorram em velocidades rápidas, e necessário temperaturas elevadas acima de 1000°

31 PROCESSOS DE REDUCAO DIRETA E INDIRETA Formas de se obter o ferro metálico: Fornos de redução indireta - no seu interior as tempera- turas ( chegam a 1900°C) produzindo-se ferro gusa liquido e que devido ao elevado teor de carbono (4,0%) devera ser tratado posteriormente para a produção do aço. A temperatura de fusão do ferro gusa é aproximadamente 1300ºC. A temperatura de fusão do Fe puro é 1538 ºC. Fornos de redução direta - normalmente se utiliza como redutor o gás e como fonte de calor a energia elétrica. A característica principal destes fornos é que a temperatura utilizada no interior dos mesmos e baixa (1100°C) portanto, obtém-se o ferro esponja no estado sólido.

32 F I M


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