Tecnologia Metalúrgica Prof. Ricardo M Naveiro Siderurgia

Sumário Matérias primas Preparação das matérias primas Coqueria Obtenção do ferro gusa Alto forno Obtenção do aço Conversor LD Lingotamento continuo Laminação Prof. Ricardo M Naveiro

Matérias primas e processo Minério de ferro e carvão mineral (vegetal) Hematita Fe²O³ e Magnetita Fe³O4 Enxofre, fósforo, silício, manganês, etc. Processo siderúrgico Eliminação do oxigênio e ligação Fe³C Elementos do processo Minério, agente redutor e fundentes. Redução do minério de ferro Teor de carbono reduzido para menos de 2% Prof. Ricardo M Naveiro

Preparação das matérias primas Granulometria 20 a 30mm de diâmetro. Britagem e peneiramento Aglomeração dos finos Sinterização Pelotização Coqueificação: carvão=>coque Fundentes: calcita e fluorita Prof. Ricardo M Naveiro

Fluxo de Produção 1 Prof. Ricardo M Naveiro

Sinterização Prof. Ricardo M Naveiro Na sinterização, a preparação do minério de ferro é feita cuidando-se da granulometria, visto que os grãos mais finos são indesejáveis pois diminuem a permeabilidade do ar na combustão, comprometendo a queima. Para solucionar o problema, adicionam-se materiais fundentes (calcário, areia de sílica ou o próprio sínter) aos grão mais finos. Com a composição correta, estes elementos são levados ao forno onde a mistura é fundida. Em seguida, o material resultante é resfriado e britado até atingir a granulometria desejada (diâmetro médio de 25mm). O produto final deste processo é denominado de sínter e em decorrência de suas características combustíveis e de permeabilidade, o sínter tornou-se mais importante para o processo do que o próprio minério de ferro. Prof. Ricardo M Naveiro

Fluxo de Produção 2 Prof. Ricardo M Naveiro

Pelotização Prof. Ricardo M Naveiro

Coqueria Prof. Ricardo M Naveiro A coqueificação ocorre a uma temperatura de 1300oC em ausência de ar durante um período de 18 horas, onde ocorre a liberação de substâncias voláteis. O produto resultante desta etapa, o coque, é um material poroso com elevada resistência mecânica, alto ponto de fusão e grande quantidade de carbono. "O coque, nas especificações físicas e químicas requeridas, é encaminhado ao alto-forno e os finos de coque são enviados à sinterização e à aciaria. O coque é a matéria prima mais importante na composição do custo de um alto-forno (60%)". Prof. Ricardo M Naveiro

Obtenção do ferro-gusa Teor de carbono entre 3,5% e 4,5% Feito no alto forno em regime contínuo Carga pelo topo em camadas sucessivas Redução do óxido de ferro Carbonetação do ferro Eliminação do fósforo e do enxofre Redução parcial da ganga e dessulfuração parcial do gusa. Prof. Ricardo M Naveiro

Aspectos ambientais Reaproveitamento dos gases Coqueria Alto forno Aproveitamento da escória Pré-aquecimento do ar Prof. Ricardo M Naveiro

Alto forno Prof. Ricardo M Naveiro Esta parte do processo de fabricação do aço consiste na redução do minério de ferro, utilizando o coque metalúrgico e outros fundentes, que misturados com o minério de ferro são transformados em ferro gusa. A reação ocorre no equipamento denominado Alto Forno, e constitui uma reação exotérmica. O resíduo formado pela reação, a escória, é vendida para a indústria de cimento. Após a reação, o ferro gusa na forma líquida é transportado nos carros-torpedos (vagões revestidos com elemento refratário) para uma estação de dessulfuração, onde são reduzidos os teores de enxofre a níveis aceitáveis. Também são feitas análises da composição química da liga (carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre) e a seguir o carro torpedo transporta o ferro gusa para a aciaria, onde será transformado em aço. Prof. Ricardo M Naveiro

Alto forno Prof. Ricardo M Naveiro O alto forno é um forno de cuba que operado em regime de contra corrente. No topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas. A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe. Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras. Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente. A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo. Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado. Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas.   Prof. Ricardo M Naveiro

Obtenção do aço Injeção de oxigênio: 1700°C Descarbonetação do ferro gusa Combinação dos elementos de liga com o O² Gases resultantes queimados Resíduos eliminados na escória Na aciaria, o ferro gusa é transformado em aço através da injeção de oxigênio puro sob pressão no banho de gusa líquido, dentro de um conversor. A reação, constitui na redução da gusa através da combinação dos elementos de liga existentes (silício, manganês) com o oxigênio soprado, o que provoca uma grande elevação na temperatura, atingindo aproximadamente 1700oC. Os gases resultantes do processo são queimados logo na saída do equipamento e a os demais resíduos indesejáveis são eliminados pela escória, que fica a superfície do metal. Após outros ajustes finos na composição do aço, este é transferido para a próxima etapa que constitui o lingotamento contínuo. Prof. Ricardo M Naveiro

Conversor LD Prof. Ricardo M Naveiro O conversor a oxigênio (fornos LD) que recebe como carga, além do ferro-gusa líquido, sucata e fundentes. Lanças colocadas dentro do banho injetam oxigênio puro no seu interior. O oxigênio combina-se com o carbono, eleva a temperatura do banho e provoca a queima das impurezas para a conversão do ferro gusa em aço. O aço líquido produzido é levado em panelas, parte para o lingotamento contínuo de placas e o restante é vazado em lingoteiras convencionais para posterior laminação. Na aciaria, o ferro gusa é transformado em aço através da injeção de oxigênio puro sob pressão no banho de gusa líquido, dentro de um conversor. A reação, constitui na redução da gusa através da combinação dos elementos de liga existentes (silício, manganês) com o oxigênio soprado, o que provoca uma grande elevação na temperatura, atingindo aproximadamente 1700oC. Os gases resultantes do processo são queimados logo na saída do equipamento e a os demais resíduos indesejáveis são eliminados pela escória, que fica a superfície do metal. Após outros ajustes finos na composição do aço, este é transferido para a próxima etapa que constitui o lingotamento contínuo. Prof. Ricardo M Naveiro

Conversor LD Prof. Ricardo M Naveiro Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a produção de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade. Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo. Permite elaborar uma enorme gama de de tipos de aços, desde o baixo carbono aos média-liga. A produção do aço líquido se dá através da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquido e na sucata. Este processo é denominado refino do aço e é realizado em uma instalação conhecida como aciaria. O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:     - Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga  predominantemente líquida).     - Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA  (carga predominantemente sólida). Prof. Ricardo M Naveiro

Lingotamento continuo No processo de lingotamento contínuo o aço líquido é transferido para moldes onde se solidificará. O veio metálico é continuamente extraído por rolos e após resfriado, é transformado em placas rústicas através do corte com maçarico. Prof. Ricardo M Naveiro

Lingotamento continuo Prof. Ricardo M Naveiro

Laminação Prof. Ricardo M Naveiro

Produtos laminados Prof. Ricardo M Naveiro Posteriormente, os lingotes devem passar pelo processo de laminação, podendo ser a quente ou a frio, onde se transformarão em chapas através da diminuição da área da seção transversal. Na laminação a quente, a peça com aproximados 250 mm é aquecida e submetida à deformação por cilindros que a pressionarão até atingir a espessura desejada. Os produtos laminados a quente podem ser: Chapas Grossas    espessura: 6 a 200 mm    largura: 1000 a 3800 mm    comprimento: 5000 a 18000 mm Tiras    espessura: 1,2 a 12,50 mm    largura: 800 a 1800 mm    comprimento-padrão: 2000, 3000 e 6000 mm Prof. Ricardo M Naveiro