00_Fabricação_de_aço_-_completa

UNIVERS. DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS CCT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA DEM

PROCESSO DE

FABRICAO DE AOS

SIDERURGIA

Andr Olah Neto Reviso Agosto/2010

UDESC CCT DEM PROCESSO DE FABRICAO DE AOS

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NDICE

PREFCIO: 03

CAPTULO I SIDERURGIA: 04 01) Seqncia de fabricao do ao 02) Coqueria 04) Produo do ferro gusa 05) Produo do ao 06) Questionrio

CAPTULO II REFINO SECUNDRIO DO AO: 23 01) Tcnicas utilizadas 02) Processos do tipo aquecimento qumico 03) Processo tipo forno panela 04) Processo a vcuo

CAPTULO III LINGOTEAMENTO: 29 01) Tipos de lingoteamento 02) Lingoteamento convencional 02) Lingoteamento convencional 03) Lingoteamento contnuo 04) Vantagens do lingoteamento contnuo

CAPTULO IV REFUSO: 39 01) Processo de refuso 02) Efeito das incluses

CAPTULO V LAMINAO: 41 01) Definio do processo 02) Objetivos da laminao 03) Laminadores 04) Classificao dos laminadores 05) Disposio ou arranjos dos laminadores 06) Disposio ou arranjos dos laminadores 07) Aquecimento de lingotes ou placas 08) Laminao de desbaste 09) Laminao contnua de chapas a quente 10) Laminao contnua de chapas a frio 11) Revestimento de chapas 12) Operaes de acabamento de chapas


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13) Laminao de perfis 14) Laminao de barras 15) Cilindros de laminao 16) Questionrio

CAPTULO VI PRODUTOS SIDERRGICOS: 67 01) Classificao dos produtos siderrgicos 02) Nomenclatura de produtos siderrgicos 03) Processo siderrgico e seus produtos 04) Formas de se produzir produtos siderrgicos

CAPTULO VII PROCESSO SIDERRGICO E PROPRIEDADES AOS: 78 01) Alto-forno 02) Alto-forno 03) Dessulfurao 04) Aciaria 05) Desgaseificao 06) Adio dos elementos de liga 07) Lingoteamento 08) Refuso 09) Conformao a quente 10) Conformao a frio 11) Recristalizao

BIBLIOGRAFIA: 84


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PREFCIO


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CAPTULO I SIDERURGIA

01) SEQUENCIA DE FABRICAO DO AO:

O ao obtido a partir da seguinte seqncia de fabricao:

Figura 1 Seqncia esquemtica de fabricao do ao processo siderrgico.

02) COQUERIA:

MINRIO DE FERRO

(Fe2O3 ferro)

CARVO MINERAL

(Carbono- redutor)

CALCREO (CaO fluxante)

PELOTIZAO (homogeneizao)

COQUERIA (produo Coque)

ALTO FORNO (reduo do minrio de ferro e fuso do

FERRO GUSA

DESSULFURAO

DESCARBONETAO

(Conversor) DESGASEIFICA

O OU DESOXIDAO AO LQUIDO

Ar (O2) ESCRIA

LINGOTEAMENTO

LINGOTEAMENTO

LAMINAO

FUSO EM FORNO

ELTRICO

SUCATA DE AO


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2.1) TIPOS DE CARVES:

Os alto-fornos podem operar com os seguintes tipos de carves:

CARVO MINERAL OU COQUE METALRGICO = obtido a partir do carvo mineral, que extrado de minas profundas, que aps lavado, para extrao das cinzas

e outras impurezas, coqueificado para extrao dos materiais volteis, gerando o coque metalrgico. O coque, principalmente o de m qualidade, tem um teor de

enxofre relativamente elevado, o que ruim, pois parte deste enxofre transferida para o ferro gusa e conseqentemente para o ao, afetando sua qualidade, necessitando ser dessulfurado;

CARVO VEGETAL = obtido a partir da madeira, e o teor de enxofre bastante reduzido.

2.2) CARACTERSTICAS DO COQUE:

O coque metalrgico para apresentar um bom desempenho deve possuir as seguintes caractersticas:

PODER CALORFICO = deve gerar a maior quantidade possvel de calor durante a combusto, o que depende principalmente do teor de carbono;

TEOR DE CARBONO = garante um bom poder de reduo;

TEOR DE CINZAS = deve ser o menor possvel para no prejudicar o poder calorfico e no gerar excesso de escria;

MATERIAIS VOLTEIS = deve ser o menor possvel; TEOR DE ENXOFRE = deve ser o menor possvel, pois este acaba se incorporando

ao metal, prejudicando suas caractersticas finais.

2.3) COQUEIFICAO:

A coqueificao consiste em:


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Aquecer o carvo mineral no sentido de remover os materiais volteis (alcatro, etc), tornando-o mais puro, aumentando a concentrao de carbono e aumentando seu poder calorfico bem como sua capacidade de reduo;

Realizado em grandes fornos chamados de coqueria, dotados de colmias independentes;

O processo gera inmera quantidade de gases diferentes, que so utilizados para o aquecimento ou gerao de sub-produtos (plsticos, benzeno, xilol, toluol, cidos, fertilizantes, sulfatos, nylon, etc).

Figura 2 Processo de fabricao do coque - Coqueria.

03) PELOTIZAO:

3.1) TIPOS DE MINRIOS DE FERRO:

O minrio de ferro se encontra na natureza sob a forma de:

HEMATITA = (Fe2O3) - apresenta 50 a 70 % de ferro; MAGNETITA = (Fe3O4) - apresenta 45 a 68% de ferro; LIMONITA = (Fe2O3.H20) - apresenta 20 a 50% de ferro;


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SIDERITA = (FeCO3) - pouco freqente - apresenta 10 a 40 % de ferro; PIRITA = (FeS2) - no apresenta interesse siderrgico

3.2) OBTENO DO MNRIO:

O minrio de ferro extrado de minas a cu aberto, conforme mostrado na figura a seguir:

Figura 3 Mina a cu aberto para extrao do minrio de ferro.

3.3) PELOTIZAO DO MINRIO DE FERRO:

A pelotizao tem o objetivo de melhorar a forma operacional do alto-forno, melhorar a produtividade, reduzir consumo de coque e reduzir desperdcios de minrio de ferro (principalmente aquele na forma de p) por arraste de partculas. A pelotizao ocorre atravs das seguintes etapas:

MOAGEM = consiste em transformar o minrio de ferro extrado das minas em um p, atravs de britagem, moagem e pulverizao, seguida de classificao por peneiramento e concentrao;


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PELOTIZAO = consiste em agregar o p atravs da adio de cimento e gua ao minrio de ferro e pelotiz-lo, atravs de um processo especial, obtendo-se pelotas de tamanho controlado;

SECAGEM = consiste em eliminar a umidade fazendo com que exista a aglomerao das partculas e as pelotas adquiram certa rigidez para que possam ser manipuladas.

Figura 4 Processo de fabricao das pelotas de minrio de ferro - Pelotizao

04) PRODUO DO FERRO GUSA:

4.1) ALTO-FORNO:

O alto-forno o equipamento utilizado para a obteno de ferro-gusa, a partir do minrio de ferro, coque e calcrio.

DEFINIO = so equipamentos de grande capacidade produtiva com um dimetro interno entre 5 a 10m e altura de 30 a 40m, que normalmente operam de forma contnua, com uma capacidade de produo de 2000 a 3000 t/dia de ferro gusa.

OBJETIVO = transformar o minrio de ferro (xido) em ferro (metal) atravs de um processo de reduo, onde ocorre uma reao qumica do carbono (presente do coque) com o xido (presente no minrio), a elevada temperatura.


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CARGA = minrio de ferro, coque e calcrio (carregado pela porta de carga no topo do alto-forno) e ar (injetado atravs das ventaneiras do forno);

Figura 5 - Processo de fabricao do ferro-gusa Alto-forno.

4.2) OBJETIVO DO COQUE:

O coque dentro do alto forno tem as seguintes funes bsicas:

a) PROMOVER GERAO DE CALOR = prxima da zona das ventaneiras do alto-forno ocorre uma reao extremamente exotrmica, liberando grande quantidade de calor, necessrio ao processo, a partir da seguinte reao:

C (coque) + O2 (ar) = CO2


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b) GERAR GS REDUTOR = o gs CO2 ascende (sobe) para a parte superior do forno e entra em contato com o coque incandescente e gera o gs CO, que o principal elemento redutor, a partir da seguinte reao:

CO2 + C (coque) = 2 CO

c) PROMOVER A REDUO DO MINRIO DE FERRO = o gs redutor (CO) reage com o minrio de ferro (xido), promovendo a sua reduo, atravs das seguintes reaes:

3 Fe2O3 (minrio) + CO = 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3 FeO + 4 CO2

FeO + CO = Fe + CO2 OU

Fe2O3 + 3C = 2 Fe + 3 CO

4.3) ETAPAS DO PROCESSO DE REDUO:

A carga slida carregada pela parte superior do forno e comea a descer assim que a carga situada abaixo dela comea a ser consumida. Os gases redutores se formam na parte inferior do forno, junto a linha de ventaneiras, e ascendem para a parte superior do forno, no sentido inverso ao da carga. Na realidade existe dentro do alto-forno uma grande coluna de material, formada por minrio (maior concentrao na parte inferior) e coque (maior concentrao na parte inferior). O processo de reduo no alto-forno passa pelas seguintes etapas:

BOCA = onde ocorre o carregamento da carga slida (minrio + coque + calcrio); CUBA = onde a carga comea ser aquecida atravs do contato dos gases quentes

ascendentes, promovendo a sua secagem;

VENTRE = onde ocorre a reduo do minrio de ferro quando o mesmo entra em contato com os gases redutores que se formam mais abaixo, a partir da combusto do coque;


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BOJO = a zona situada prxima a linha de ventaneiras (entrada do ar quente) onde ocorre a combusto do coque com o oxignio. a parte mais quente do forno e onde ocorre o derretimento da carga ainda slida.

CADINHO = onde fica armazenado o metal lquido, na parte mais inferior do forno, bem como a escria, que bia sobre o metal, por se mais leve.

Figura 6 Partes de um alto-forno.


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Figura 7 Fotografia mostrando o operador coletando uma amostra do ferro gusa quando da sada do alto-forno.

4.4) OBJETIVO DO CALCRIO:

O calcrio, adicionado dentro do alto-forno na forma de pedras, age como forte escorificante, atravs do seguinte processo:

O minrio de ferro possui impurezas cuja quantidade varia entre 30 a 40 % do volume, dependendo do tipo de minrio. Estas impurezas se volatilizam ou geram escria durante o processo de reduo e fuso dentro do alto-forno;

O coque metalrgico tambm possui na sua constituio impurezas, num teor de 10 a

15%, dependendo do tipo de coque. Estas impurezas so constitudas de materiais volteis e cinzas, que tambm geram escria;

Parte do refratrio do forno se derrete em funo da elevada temperatura e do atrito

com a carga e tambm gera a formao de escria;

Toda esta escria formada necessita ser removida para possibilitar uma operao contnua do alto-forno, caso contrrio provocariam seu entupimento;


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O calcrio um fundente, rico em clcio e magnsio, que adicionado com o objetivo de reduzir o ponto de fuso da escria, tornando-a fluda (lquida);

A escria, por ser mais leve, se separa e flutua sobre o ferro lquido, permitindo ser removida dentro do alto-forno por um orifcio separado;

A decomposio dos carbonatos contidos no calcrio d-se a aproximadamente a

800oC, onde ocorre uma calcinao, a partir da seguinte reao:

CaCO3 = CaO (cal) + CO2 CaCO3 + C = CaO + 2 CO

MgCO3 = MgO + CO2

4.5) CARACTERSTICAS DO FERRO LQUIDO:

O ferro lquido gerado pelo alto-forno pode conter elevados teores de carbono alm de outras impurezas (enxofre e fsforo). chamado ferro-gusa (pig-iron ou ferro porco), e apresenta caractersticas tecnolgicas muito pobres, com grandes restries quanto a sua aplicao. O ferro gusa apresenta a seguinte composio mdia, o qual pode variar de acordo com o tipo de alto-forno utilizado:

Carbono = 3,0 a 4,0%;

Silcio = 0,5 a 4,0%;

Mangans = 0,5 a 2,5%;

Fsforo = 0,05 a 0,2%;

Enxofre = 0,01 a 0,2%;.

O carbono e o enxofre elevado vem do coque e o silcio do refratrio do forno e prprio

minrio de ferro. O ferro gusa utilizado para os seguintes fins:

PRODUO DE AO = na aciaria, ainda no estado lquido, onde feira a reduo do carbono e das outras impurezas, transformando-o em ao.

FUNDIO = depois de solidificado na forma de pequenos lingotes, como pode ser visto a partir da figura abaixo. Neste caso utilizado na fundio como matria-prima para a produo de peas fundidas de ao ou ferro fundido.


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Figura 8 Lingoteamento contnuo de ferro gusa para uso em fundio.

4.6) ESCRIA:

A escria retirada do alto-forno no estado lquido resfriada e solidificada e apresenta a

seguinte composio mdia:

SiO2 = 28 a 38%;

Al2O3 = 10 a 22%;

CaO + MgO = 44 a 48%;

FeO + MnO = 1 a 3%;

CaS = 3 a 4%.

Esta escria posteriormente utilizada como sub produto para diversos fins, como por exemplo: na agricultura para correo da acidez de solo, na indstria cementeira, na fabricao de tijolos, na pavimentao de rodovias, etc.

4.7) GASES:

Os gases gerados durante as diversas reaes dentro do alto-forno apresentam a seguinte composio:

CO2 = 13%;


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CO = 27%;

H2 = 3%;

N2 = 57%.

Estes gases so retirados pela parte superior do alto-forno e passam por um processo de

limpeza, atravs de filtros, no sentido de remover as partculas slidas arrastadas de dentro da carga. Por serem combustveis so posteriormente aproveitados para aquecer o ar utilizado no prprio alto-forno, atravs de trocadores de calor, melhorando com isto o rendimento operacional do forno alm de reduzir o consumo de coque. Tambm so utilizados dentro da prpria usina, para aquecedores, regeneradores, caldeiras, centrais termoeltricas, para gerao de calor ou mesmo eletricidade.

05) PRODUO DO AO:

5.1) DESSULFURAO:

O ferro gusa, ainda no estado lquido, transportado do alto-forno para aciaria (fabricao do ao), atravs de carros torpedos, com capacidade de at 100 t de carga. A primeira operao realizada consiste em reduzir a quantidade de enxofre do ferro gusa para teores aceitveis, de forma que no venha prejudicar as propriedades posteriores do ao. O ferro gusa, aps sair do alto-forno, contm um teor de at 0,20% de enxofre, enquanto o normalmente aceitvel seria menor que 0,04%;

A dessulfurao feita adicionando-se calcrio (CaO) ao gusa lquido ainda dentro do carro-torpedo, seguido de uma agitao atravs da injeo de argnio ou nitrognio, atravs de uma lana, para que o processo ocorra de uma forma mais efetiva. As reaes que ocorrem

durante este processo so:

CaO + S (gusa) = Ca (escria) + SO2

Aps esta operao o ferro-gusa transferido para grande panelas, atravs do giro do prprio corpo do carro torpedo atravs de seu prprio eixo, e desta para o conversor.


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5.2) REDUO DO CARBONO:

O ferro gusa tem um teor de carbono entre 4,0 a 4,5% e o ao necessita um teor de carbono normalmente menor que 1,0%, podendo ser exigido, dependendo do tipo de ao fabricado, valores prximos de 0,05%.

A reduo do teor de carbono realizada atravs do processo de oxidao, em conversores com capacidade de 100 a 150 t de metal lquido. O processo consiste na insuflao de oxignio dentro do prprio ferro-gusa lquido, por intermdio de lanas (processo mais utilizado), atravs do fundo do forno ou atravs de outros meios. O tempo de sopro normalmente da ordem de 15 minutos, onde ocorrem as seguintes reaes:

C (gusa) + O2 = CO2 e C (gusa) + O2 = CO

2 Fe + O2 = 2 FeO FeO + C = Fe + CO

As reaes que ocorrem so extremamente exotrmicas, portanto liberam grande quantidade de calor, promovendo o aquecimento do metal, que pode chegar a atingir temperaturas superiores a 1600oC. Para aproveitar esta gerao de calor realizada a reciclagem da sucata de ao oriunda do processo de laminao, adicionando-se at 10 % em peso de sucata ao ao lquido.


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Figura 9 Processo de fabricao do ao Aciaria.

O conversor bascula ao redor de seu prprio eixo e assume as seguintes posies de trabalho:

PARA FRENTE = quando carregado com gusa lquido e a carga de ao slida;

NORMAL = quando ocorre o processo de descarbonetao com a introduo da lana de oxignio;

PARA FRENTE = quando retirada a escria que resultou do processo de descarbonetao;

PARA TRS = quando o ao removido de dentro do conversor, sendo derramado para a panela de transferncia.


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Figura 10 Operao mostrando o carregamento do conversor com ferro gusa.

Figura 11 Operao mostrando carregamento do conversor com sucata de ao.


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Figura 12 Detalhes de um conversor para a produo do ao.

Figura 13 Variao da composio qumica do metal, em particular o teor de carbono, com o tempo de sopro no processo de reduo no conversor.

Existem inmeros tipos de conversores para produo do ao, tais como:

Bessemer

Thomas

LD,


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LD/AC

Kaldo, etc

5.3) DESOXIDAO:

Durante o processo de oxidao realizado anteriormente, so gerados grande quantidade de xidos e principalmente gases, como o CO e CO2, que ficam parcialmente retidos no interior

do ao lquido. Estes gases, se no forem removidos, se desprendem quando do lingoteamento do ao, devido a perda da solubilidade com a reduo da temperatura, formando bolhas de gases no interior do lingote, afetando sua qualidade.

Para remover os gases retidos interior do ao lquido realizado uma desoxidao, atravs da adio de alumnio e mangans, seguida de uma agitao atravs da injeo de um gs neutro (argnio ou nitrognio). Durante o processo ocorrem as seguintes reaes:

Al + CO ou CO2 = C + Al2O3 3 FeO + 2 Al = Al2 O3 + Fe

FeO + Mn = MnO + Fe FeS + Mn = Mns + Fe

5.4) FORMAO DA LIGA:

Quando o ao j est pronto mesmo transferido do forno para a panela de transferncia, atravs do basculamento do forno. Neste momento so adicionados os elementos de liga, na forma de ferros-liga (Fe-Si, Fe-Cr, Fe-Mn, etc), que se dissolvem com a agitao do metal, se incorporando ao banho, formando a liga.

5.5) FUSO EM FORNO ELTRICO:

Algumas empresas siderrgicas no fabricam o ao a partir do ferro gusa lquido, mas sim a partir da reutilizao da sucata de ao existente no mercado. Para este caso utilizam fornos eltricos a arco para fundir a carga e preparar o ao lquido. A partir da, as demais etapas


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envolvidas, como o lingoteamento, laminao, etc podem ser semelhantes s usinas siderrgicas tradicionais.

Figura 14 Forno eltrico a arco utilizado para fabricao do ao.

5.6) LINGOTEAMENTO:

Independente de como o ao produzido, se diretamente a partir do minrio de ferro e gusa ou atravs de sucata de ao, a prxima etapa do processo consiste em solidific-lo e dando-

lhe uma forma definitiva, o que feito atravs do lingoteamento, como ser melhor estudado a partir do prximo captulo.

06) QUESTIONRIO:

Quais as principais etapas de fabricao de um ao? Qual o objetivo de se fazer a pelotizao do minrio de ferro? O que coque e como obtido?


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Qual a funo do coque sobre o processo de obteno do ferro gusa no alto-forno? Qual a finalidade de se adicionar calcrio no alto-forno? Que reaes tpicas ocorrem no interior de um alto-forno? O que ferro gusa e quais suas caractersticas?

Como e porque feita a dessulfurao do ferro gusa?

Atravs de que processo ocorre a transformao do ferro gusa em ao?

Quais so as reaes tpicas que ocorrem no interior de um conversor? Como e porque feita a desgaseificao do ao?

Qual a vantagem de se fazer lingoteamento contnuo em relao ao convencional? De que forma o processo siderrgico pode afetar as propriedades finais do ao?

Porque os aos so laminados a quente no incio do processo e a frio nas etapas finais de fabricao?

De que forma o processo de fabricao de um ao pode interferir nas suas propriedades finais?


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CAPTULO II REFINO SECUNDRIO

01) TCNICAS UTILIZADAS:

O processo de fabricao do ao ocorre basicamente em trs etapas, como pode ser melhor observado a partir do fluxograma a seguir:

Figura 1 Fluxograma de etapas de fabricao do ao.

Todas estas etapas podem ser incorporadas em trs fases distintas, quais sejam:

REFINO PRIMRIO = a etapa onde se fabrica o ao propriamente dito, ou a partir de alto-forno, seguido da descarbonetao em conversores, ou diretamente atravs da fuso da sucata de ao em fornos eltricos, como j discutido no captulo anterior.

REFINO SECUNDRIO = onde se realiza uma srie de operaes no ao lquido, atravs de processos especficos, objetivando melhor a qualidade final do ao;


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ETAPAS COMPLEMENTARES = compreende o lingoteamento e a laminao, objetivando dar a forma final ao ao.

Para o refino secundrio existem disponveis inmeros mtodos disponveis, cada qual com um determinado objetivo, como ser observado a partir das tabela a seguir.

Tabela I Tcnicas mais utilizadas na realizao de refino secundrio e seus objetivos.

MTODO OBJETIVOS Homogeneizao de composio qumica e temperatura. Flotao de incluses.

Injeo de gases inertes.

Dissoluo das adies realizadas. Homogeneizao de composio qumica e temperatura. Flotao de incluses.

Agitadores eletromagnticos.

Dissoluo das adies realizadas. Captao/incorporao de incluses. Dessulfurao. Desfosforao.

Prtica de escria sinttica.

Proteo do banho metlico evitando a absoro de gases da atmosfera e reduzindo a perda de calor. Acero da composio qumica. Adio de elementos de liga. Desoxidao. Modificao da morfologia das incluses. Injeo pneumtica de

compostos pulverizados de clcio.

Dessulfurao.

Injeo de arames recheados com compostos de clcio.

Modificao da morfologia das incluses.

Tratamento sob vcuo. Remoo de H, N e C. Aquecimento por arco

eltrico. Aquecimento da corrida.

Aquecimento qumico com adio de Al, ou Si e Mn.

Aquecimento da corrida.

Remoo de incluses. Refuso progressiva de peas solidificadas. Alterao de micro e macroestrutura das peas solidificadas.

Para cada um destes mtodos existem disponveis no mercado inmeras tcnicas, com designaes prprias, como pode ser observado atravs da tabela a seguir.


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Tabela II Relao dos processos de refino secundrio mais utilizados e seus objetivos.

PROCESSO OBJETIVO Homogeneizao

Ajuste de composio Desoxidao

Dessulfurao Desfosforao

Captao de incluses Modificao da morfologia das incluses

Aquecimento Remoo H e N

Descarbonetao SAB, CAS, CAS-OB e H-alt X X X X X X X CAB X X X X X X X FORNO PANELA (LF) X X X X X X X X ASEA-SKF (ABB) X X X X IR-UT X X X X X X X RH (RH-OB) X X X X X X X X RH-KTB ou RH-TOP X X X X X X X X X DH X X X X X X X VD X X X X X X X VAD X X X X X X X X X VOD X X X X X X X X AOD X X X X X X X ASM X X X X X ESR X X VAR, VIM X X

CAS Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling Process SAB Sealed Argon Bubbling Process

CAS-OB Composition Adjustment by Sealed Argon and Oxygen Blowing CAB Caped Argon Bubbling Process

H-ALT Heating Advanced Ladle Treatment IR-UT Injection Refining Up Temperature LTS Ladle Treatment Station LF Ladle Furnace DH Dortmund-Horder Huettenunion RH Ruhrstahl e Heraeus ou RD Recirculation Degasser

RD-OB Recirculation Degasser with Oxygen Blow RH-KTB Ruhrstahl e Heraeus com Kawasaki Top Blowing

VD Vaccum Degassing VOID Vaccum Oxygen Descarburization VAD Vaccum Arc Degassing AOD Argon Oxygen Descarburization ESR Electro Slag Refining VAR Vacuum Arc Degassing ASM Argon Secondary Metallurgy CHS Chemical Heating Station VIM Vacuum Induction Melting VID Vaccum Induction Degassing CHS Chemical Heating Station


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02) PROCESSOS DO TIPO AQUECIMENTO QUMICO:

Figura 2 Processo de refino secundrio aquecimento qumico, do tipo IR-UT.

03) PROCESSO TIPO FORNO PANELA:

Figura 3 Processo de refinamento secundrio tipo forno-panela.


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04) PROCESSO A VCUO:

Figura 4 - Processo de refino secundrio por Desgaseificao a vcuo tipo RH.

Figura 5 Processo de refino secundrio a vcuo, do tipo VAD (Vacuum Arc Degassing).


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Figura 6 Processo de refinamento a vcuo do tipo SD (Stream Degassing), com desgaseificao no jato do metal lquido.

Figura 7 Alternativa de desgaseificao do ao no jato do metal lquido.


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CAPTULO III LINGOTEAMENTO

1) TIPOS DE LINGOTEAMENTO:

Concludo o processo de descarbonetao, transfere-se o ao para as panelas atravs do basculamento do conversor. Nesta etapa tambm so adicionados todos os ferros ligas que iro determinar a composio da liga. Procura-se aproveitar a agitao do ao nesta operao para dissolver os ferro-liga e garantir a homogeneidade do banho. Aps de promove o lingoteamento do ao, no sentido de lhe proporcionar uma forma definitiva, que pode ser feito a partir de dois processos, quais sejam:

LINGOTEAMENTO CONVENCIONAL;

LINGOTEAMENTO CONTNUO.

02) LINGOTEAMENTO CONVENCIONAL:

Neste processo o ao lquido vazado das panelas transferncia, atravs de um orifcio posicionado no seu fundo, diretamente para as lingoteiras. Estas lingoteiras so constitudas de ferro fundido e so revestidas internamente com tintas refratrias especiais, no sentido de impedir que o ao lquido a elevada temperatura venha a aderir nas suas paredes, dificultando com isto a operao posterior de desmoldagem. O peso do lingote vazado pode variar de algumas centenas de quilos at toneladas, dependendo do tipo de processo e do tipo de material que est sendo produzido.

O ao permanece no interior das lingoteiras at momento em que esteja completamente solidificado e aps removido do seu interior atravs de dispositivos mecnicos especiais, como mostrado na figura a seguir.

Na seqncia, o lingote sofre uma operao de escarfagem, que consiste na remoo da parte superior do mesmo, normalmente a partir de maarico oxiacetilnico. Nesta regio est localizado o rechupe formado durante a solidificao, associado a contrao do material, bem


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como grande quantidade de escria e outras impurezas formadas, que flotaram sobre o banho durante a solidificao.

Figura 1 Detalhes de um lingoteamento convencional, mostrando o preenchimento da lingoteira com ao lquido, a operao de desmoldagem do lingote e a preparao da lingoteira

para novo vazamento.


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Figura X Lingoteamento convencional, mostrando o preenchimento da lingoteira com ao lquido, sob atmosfera de vcuo, utilizado em aos especiais.

Durante a solidificao lenta do lingote ocorre o fenmeno de segregao de elementos qumicos e de impurezas formadas. O primeiro metal que entra em contato com a lingoteira logo se solidifica sobre a sua superfcie, formando uma fina camada slida muito fina. Com o tempo, e com perda gradativa de calor atravs das paredes da lingoteira, o processo de solidificao tem continuidade, de forma muito lenta, devido a grande quantidade de calor envolvida. Com isto ocorre a segregao, onde alguns elementos de liga so como que empurrados da periferia para o centro do lingote, provocando uma maior concentrao nesta regio e gerando uma certa heterogeneidade qumica entre as diversas partes do lingote.

Associado a maior concentrao de elementos qumicos no centro do lingote, existe a formao de grande nmero de incluses, provocando tambm certa heterogeneidade estrutural,

como pode ser visto atravs da figura a seguir.


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Figura 2 Corte de um lingote.

Associado a reduo de temperatura durante a solidificao, tambm ocorre a reduo da

solubilidade dos gases, que at ento estavam totalmente dissolvidos no metal lquido. Com isto existe a formao de bolhas de gases, principalmente de oxignio, que foram introduzidos ao lquido nas etapas anteriores, principalmente quando da descarbonetao nos conversores.


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a b c

Figura 3 Detalhe de formao de gases no interior do lingote (a) acalmado, (b) semi acalmado e (c) efervescente.

3) LINGOTEAMENTO CONTNUO:

Neste processo o metal lquido vazado da panela de transferncia diretamente para as

lingoteiras, que j possui a forma que se quer dar ao ao. Esta lingoteira constituda de cobre, porque tem elevada condutibilidade trmica, favorecendo a extrao de calor, refrigerada

externamente com gua circulante, como pode ser mais bem observada a partir da figura a seguir. Quando uma panela termina de vazar o metal lquido na coquilha imediatamente retira e

inicia-se o vazamento de outra. Neste intervalo existe um pequeno depsito de metal lquido sobre a coquilha que evita a interrupo do processo. Por isto este processo chamado de lingoteamento contnuo.

Como o volume de metal contido dentro da coquilha muito menor, associado a uma extrao de calor muito mais eficiente, a solidificao ocorre de uma forma muito mais rpida. Com isto menor a tendncia de ocorrer segregao de elementos de liga para o centro da massa, menor a tendncia de formao de incluses, melhor a homogeneidade da estrutura e portanto melhor a qualidade do metal obtido por este processo, em relao ao lingoteamento convencional.

O metal extrado continuamente de dentro da lingoteiras atravs de roldanas que esto posicionadas logo abaixo das mesmas. Outro sistema de roldanas, posicionados logo a seguir, promove o curvamento do tarugo ou das placas e na seqncia o seu endireitamento, no sentido


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de revert-los para a posio horizontal. Nesta etapa o metal ainda est muito quente, no estado rubro, permitindo que esta operao seje feita sem maiores problemas.

Quando o material se encontra na posio horizontal so cortados transversalmente com o auxlio de maaricos oxiacetilnicos, obtendo-se as placas ou os tarugos segmentados.

Figura 4 Detalhes do processo de lingoteamento contnuo.

Atravs do lingoteamento contnuo possvel obter diretamente os tarugos ou as placas, como pode ser observado atravs das figuras a seguir. Com isto elimina-se uma etapa de

fabricao que de desbaste, absolutamente necessria para o lingoteamento convencional.


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Figura 5 Detalhes de um lingoteamento contnuo de tarugos.

Figura 6 Detalhes de um lingoteamento contnuo de placas.


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Figura 7 Foto mostrando a instalao de um lingoteamento contnuo.

Figura 8 Foto mostrando o corte de uma placa atravs de maarico, no final da linha de lingoteamento contnuo.


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4) VANTAGENS DO LINGOTEAMENTO CONTNUO:

O lingoteamento contnuo apresenta as seguintes vantagens em relao ao lingoteamento

convencional:

O processo de fabricao mais produtivo, pois permite a obteno direta de tarugos e

placas, ao invs de lingotes, sem a necessidade de laminao de desbaste;

Fenmeno de segregao menos intenso associado ao menor volume de massa envolvido e ao processo de solidificao ser mais rpido;

Melhor qualidade associada principalmente a maior homogeneidade da composio qumica;

Maior homogeneidade estrutural, tambm associado a menor segregao, a parte central da barra ou da placa apresenta uma melhor distribuio de incluses, quando comparado ao lingote;

Maior homogeneidade de propriedades mecnicas, devido a menor concentrao de certos elementos qumicos, impurezas e incluses, que tendem a afetar menos a

resistncia mecnica e principalmente o alongamento e a conformabilidade;

Maior facilidade de fabricao, associado as propriedades mecnicas mais homogneas dos tarugos e placas, em relao ao lingote;

Menor custo de fabricao devido ao fato da lingoteira utilizada no lingoteamento convencional ter uma vida til limitada, associada ao choque trmico que ocorre quando do vazamento, tendendo a apresentar fissuras ou trincas com o tempo,

devendo ser reposta periodicamente;

Menor custo final devido a maior produtividade do processo e a menor quantidade de etapas de fabricao envolvidas.


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CAPTULO IV REFUSO DO AO

01) PROCESSO DE REFUSO:

O processo de refuso, tambm chamado de solidificao progressiva, consiste em fazer com que o lingote original seje completamente refundido em um forno especial. O lingote fixo em uma das extremidades, conforme mostrado na figura a seguir, e o processo de fuso se d pela passagem de corrente atravs do lingote, formando um nodo e um ctodo, gerando um forte aquecimento na extremidade livre do lingote. Com o aquecimento o lingote progressivamente se funde, formando pequenas gotculas que passam atravs de uma escria lquida, previamente preparada, que tem a funo de eliminar as impurezas ou incluses presentes. Em seguida a gotcula se deposita e solidifica rapidamente no fundo do recipiente que resfriada atravs de

circulao de gua, formando um novo lingote. Todo o processo de fuso ocorre sob uma atmosfera protetiva ou sob vcuo, para evitar a oxidao ou contaminao do metal.


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Figura 1 Processo de refino secundrio do tipo ESR (Electro-Slag Remelting).

A vantagem do processo de refuso so as seguintes:

Elimina toda a segregao e a heterogeneidade inicial do lingote, ocorrida quando da sua solidificao, devido ao resfriamento muito lento;

Garante uma excelente homogeneidade tanto da composio qumica como da estrutura, como de propriedades, pois no existe mais segregao;

Garante uma estrutura mais limpa, sem incluses, mais refinada;

Garante melhores propriedades finais, principalmente quanto a tenacidade.


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02) FUSO SOB VCUO:

Outra alternativa de garantir excelentes propriedades nos aos a prtica de fuso do material metlico sob total atmosfera de vcuo, como mostrado na figura a seguir. Nesta

condio no existe qualquer tipo de contacto do oxignio do ar com o metal, principalmente quando o mesmo estiver no estado lquido, evitando a formao e a incluso de xidos, que

posteriormente iro afetar significamente as propriedades mecnicas do ao. Mesmo que seja feita a fuso em vcuo tambm realizada a refuso do lingote para garantir uma maior homogeneidade.

Tanto o processo de refuso como de fuso em vcuo s so utilizados na fabricao de aos muito especiais, como os aos ferramenta, por exemplo, que justificam sua aplicao bem como o impacto do maior custo de fabricao no preo final do produto. Apesar do preo mais elevado, as ferramentas obtidas a partir deste tipo de ao, com certeza, apresentaro um desempenho e principalmente uma vida til muito superior comparado com os aos produzidos

pelo sistema tradicional.

Figura 2 Processo de refino do ao mostrando a fuso e solidificao do lingote em vcuo e posterior refuso


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CAPTULO V LAMINAO

01) DEFINIO DO PROCESSO:

um processo de conformao que consiste na deformao de um metal pela passagem entre dois cilindros rotatrios que giram em sentidos opostos, designados por cilindros de laminao. A fora de atrito entre o material e o cilindro provoca a deformao, que tem sua espessura diminuda de acordo com a abertura entre os cilindros de laminao. Sucessivas passadas atravs dos cilindros, com aberturas decrescentes, reduzem o material espessura desejada.

Atravs da laminao possvel obter-se tanto produtos acabados como chapas, barras perfis, como produtos semi-acabados como as placas.

Figura 01 Esquema do processo de laminao.


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Figura 02 Sucessivos passes entre os cilindros de laminao promovem a diminuio da espessura at a medida desejada.

02) OBJETIVOS DA LAMINAO:

Os objetivos da laminao assegurar a obteno de produtos com as seguintes caractersticas:

GEOMETRIA = obter um produto final com tamanho e formato especificado;

PRECISO DIMENSIONAL = obter um produto dentro da tolerncia dimensional requerida;

PROPRIEDADES MECNICAS = obter um produto com propriedades mecnicas desejadas, principalmente quanto a dureza e resistncia mecnica;

CONDIES SUPERFICIAIS = obter um produto com boas condies superficiais, quanto a rugosidade, acabamento e presena de imperfeies;

PRODUTIVIDADE = obter um processo que permita uma elevada produtividade e baixo custo.

NMERO DE OPERAES: O nmero de operaes que o material ir passar desde o lingote inicial at o produto final,

devidamente acabado e embalado, depender das especificaes estipuladas acima. Quanto mais detalhados forem os requisitos exigidos mais complexo ser o processo, o que exigir um maior nmero de operaes.


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03) LAMINADORES:

O equipamento utilizado para o processo de laminao denominado de laminador ou cadeira de laminao e constitudo das seguintes partes:

CILINDROS DE LAMINAO = ou rolos laminadores; MANCAIS = do suporte aos cilindros de laminao;

GAIOLAS = onde so fixados os cilindros e os mancais;

MOTOR ELTRICO = para gerar a fora necessria para a conformao; SISTEMA DE TRANSMISSO = controla a velocidade dos cilindros; BOBINADEIRAS = para enrolar e desenrolar produtos planos de grande

comprimento.

Os cilindros de laminao podem ser de dois tipos:

CILINDRO DE TRABALHO = so sempre dois em cada cadeira e normalmente possuem dimetro menor que os cilindros de trabalho. So mais freqentemente trocados, pois esto sujeitos a um maior desgaste por estarem em contacto direto com o material a ser laminado, portanto mais sujeitos ao atrito e ao calor;

COLINDRO DE APOIO = so cilindros de maior dimetro e resistncia mecnica. Sua funo apoiar os cilindros de trabalho, evitando que flexionem, o que geraria uma variao dimensional no material laminado. Sua vida til bem maior que os cilindros de trabalho, pois no esto expostos a um atrito to elevado.

Figura 03 Cadeira de laminao tipo qudruo, mostrando os cilindros de trabalho e de apoio.


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Figura 04 Seo de um laminador desbastador.

Figura 05 Esquema de um laminador tipo Steckel.

04) CLASSIFICAO DOS LAMINADORES:

Os laminadores podem ser classificados de acordo com o mero de arranjo dos cilindros de laminao, da seguinte forma:

LAMINADOR DUO = no qual o material passa em apenas uma direo.


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LAMINADOR DUO REVERSVEL = o material passa em ambas as direes, alternadamente. Aps cada passe reduz-se a distncia entre os rolos.

LAMINADOR TRIO = so usados trs cilindros, onde inicialmente atravs dos cilindros inferiores em uma direo e volta entre os cilindros superiores;

LAMINADOR QUDRUO = so utilizados quatro cilindros, dois menores centrais, que so os cilindros de trabalho, onde efetivamente ocorre a laminao, e dois maiores externos, que fornecem a rigidez necessria para que os cilindros de trabalho no deformem quando submetidos a um esforo elevado;

LAMINADORES AGRUPADOS = tambm chamados de combinados ou laminador Sendzimir, que possuem dois cilindros de trabalho, mas inmeros cilindros de apoio. Aplicado para laminao a frio para acabamento de produtos que exigem grandes tolerncias dimensionai, ou aos difceis de conformar;

LAMINADOR PLANETRIO = consiste num laminador Sendzimir ou rotatria, utilizado para trabalho a quente e para laminao de tiras de ao comum e aos ligados inclusive os inoxidveis. constitudo de pequenos cilindros giratrios que permitem substanciais redues da seo, alm de produzir superfcies com excelente

acabamento.

Figura 06 Tipos de laminadores;


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Figura 07 Esboo de um laminador duo, mostrando a flexo dos cilindros e de um laminador qudruo, com os cilindros de apoio (externo) e de trabalho (interno).

Figura 08 Laminador do tipo Sandzimir, onde pode ser observada a existncia de dois cilindros de trabalho e de mltiplos cilindros de apoio.

Figura 09 Representao esquemtica do Laminador Planetrio a quente.


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05) DISPOSIO OU ARRANJOS DOS LAMINADORES:

Um conjunto de cilindros com seus respectivos mancais, montantes e acessrios formam uma Cadeira de laminao. Conjuntos de cadeiras de laminao podem se posicionar entre si, formando os Trens de laminao, que podem ser de diversos tipos, conforme mostrada na figura a seguir:

Figura 10 Arranjos de laminadores, formando trens de laminao do tipo: a)simples, b)de trs passes, c)em srie, d)contnuo, e)semicontnuo, f)em zigue-zague e g)alternado.

06) DISPOSIO OU ARRANJOS DOS LAMINADORES:

As principais etapas para a obteno dos produtos laminados so:

Aquecimento dos lingotes ou placas;

Laminao de desbaste (formao das placas planas e tarugos); Laminao contnua de chapas a quente, a partir de placas;

Decapagem e laminao contnua de chapas a frio, a partir de chapas a quente;

Revestimento de chapas;


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Acabamento e embalagem;

Laminao contnua a quente de perfis, a partir de tarugos;

Laminao contnua a quente de barras, a partir de tarugos.

As etapas de fabricao dos produtos siderrgicos pode ser melhor visualizada atravs do

esquema no Anexo A.

07) AQUECIMENTO DE LINGOTES OU PLACAS:

Esta etapa consiste em colocar os lingotes ou as placas, obtidos respectivamente a partir do lingoteamento convencional contnuo, em um forno, aquecido a gs, para promover seu aquecimento at a temperatura adequada, no sentido de conseguir uma completa recristalizao, e uma estrutura homognea, de forma que no ocorram problemas na etapa de laminao que ser realizada na seqncia do processo.

Figura 11 Figura mostrando o forno de aquecimento de lingotes


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Figura 12 Detalhe do forno, mostrando os lingotes aquecidos em seu interior.

08) LAMINAO DE DESBASTE:

A operao de desbaste consiste na primeira operao de conformao do lingote, realizado a elevada temperatura, objetivando transform-lo em placas ou tarugos, conforme o caso. Consiste na passagem do material sucessiva vezes atravs do laminador at se obter a forma e o tamanho desejado, como mostrado na figura a seguir.

Figura 13 Laminao de desbaste.


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Figura 14 Foto de um laminador desbastador.

09) LAMINAO CONTNUA DE CHAPAS A QUENTE:

A laminao contnua a quente consiste em se realizar uma srie de operaes de conformao nas placas, a elevada temperatura, com o propsito de transformar as placas em chapas grossas, com 20 a 30 mm de espessura, ou mesmo em chapas mais finas com 2 a 3 mm de espessura. A ltima etapa deste processo o laminador contnuo a quente, que consiste na passagem do material continuamente atravs de uma srie de cadeiras de laminao, que consiste num trem de laminao. Como todo o processo realizado a quente, ou seja, acima da temperatura de cristalizao, no ocorre encruamento no material, possibilitando grande produtividade.


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Figura 15 - Esquema mostrando seqncia de laminao contnua de chapas a quente.

Figura 16 Esquema da seqncia de operao da laminao a quente de chapas: a)Carregamento das placas, b)Aquecimento das placas, c)Laminao de desbaste,

d)Reaquecimento das chapas, e)Laminao contnua a quente, f)Formao das bobinas, resfriamento e embalagem e g)Corte transversal, e formao dos fardos e embalagem.


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Figura 17 Foto mostrando um laminador contnuo a quente.

10) LAMINAO CONTNUA DE CHAPAS A FRIO:

Aps a laminao a quente, onde so obtidas as bobinas a quente, definidas por BQ, realizada o processo de laminao a frio. A primeira etapa deste processo consiste na decapagem do material, com o objetivo de se remover as oxidaes superficiais da chapas, que se formaram durante a laminao anterior realizada a elevada temperatura. Isto feito passando-se o material continuamente atravs de diversos tanques de cidos, seguido de tanques de neutralizao e

lavagem com gua corrente, e por ltimo a secagem. Este processo gera as bobinas a quente decapadas, chamadas de BQD, que um subproduto comercial do processo. Na seqncia o material passa por um laminador contnuo de tiras a frio, que consiste na passagem por uma srie de laminadores, sendo que cada um executa uma certa conformao, formando um trem de laminao. A chapa de aos entre no processo com um espessura de 2, 3 ou at 4mm de espessura e sai com uma espessura entre 0,1 e 0,8mm conforme a aplicao.


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Figura 18 Esquema de um sistema de laminao a frio.

Figura 19 Diagrama esquemtico de uma instalao de laminao de chapas a frio: a)Emenda da de bobinas, b)Decapagem, c)Secagem, d)Corte, e)Laminao contnua a frio,

f)Corte, g)Recozimento, h)Aparamento lateral e embalagem das bobinas e i)Corte transversal e montagem dos fardos.


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Figura 20 Foto mostrando um laminador contnuo a frio.

11) RECOZIMENTO:

Aps a etapa de laminao a frio o material fica bastante encruado, e muito duro, sendo

muito difcil sua aplicao nestas condies, devido ao excesso de tenses residuais. Neste caso absolutamente se promover uma recristalizao, para se reduzir a dureza e eliminar as tenses internas. Neste caso feito um recozimento, onde as bobinas so em colocadas em fornos especiais do tipo retorta, mufla ou campnula, e submetidas a uma determinada temperatura em uma atmosfera completamente controlada.

Este recozimento pode ser realizado em fornos contnuos ou em fornos intermitentes, conforme mostrado abaixo. Os fornos intermitentes so compostos de uma base onde so empilhadas as bobinas de aos que em seguida so encapsuladas pela retorta do forno. Dentro

desta retorta adicionada uma mistura de gases, normalmente composto por hidrognio e nitrognio, que tem o propsito de nem gerar oxidao e nem carbonizao da chapa de ao.

Estes gases permanecem em constante movimento para garantir uma boa homogeneizao e conveco da atmosfera. Sobre esta retorta colocada a carcaa do forno. Entre a carcaa e a


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retorta gerado calor, podendo ser atravs de resistncias eltricas, mas o mais comum atravs da queima de gases, como o gs natural.

Figura 21 Figura mostrando esquema de um forno tipo campnula para o recozimento de bobinas.

Figura 22 Foto mostrando as instalaes de um setor de recozimento de uma usina siderrgica, composto por inmeros fornos tipo campnula.


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12) REVESTIMENTO DE CHAPAS:

O revestimento superficial da chapas realizado com o propsito de aumentar sua

resistncia oxidao ou corroso atravs da deposio de uma fina camada de compostos, podendo ser feita de forma a frio (eletroltica) ou a quente (imerso). As camadas mais usuais podem ser:

ZINCAGEM = objetiva-se a formao de uma fina camada de zinco no sentido de promover aumento da oxidao. Aplicado na fabricao de silos, coberturas, lataria de automveis, escapamentos, etc;

ESTANHAGEM = objetiva-se a formao de uma pequena camada de estanho para promover o aumento da resistncia corroso. Este produto chamado de folhas de flandes e sua principal aplicao na fabricao de embalagens de produtos alimentcios, como latas de conservas.

Figura 23 Figura mostrando processo de revestimento contnuo de chapas de ao: a)Emenda das bobinas, b)Fosso de compensao, c)Decapagem, d)Estanhagem eletroltica, e)Secagem,

f)Inspeo, g)Preparao e embalagem das bobinas e h)Preparao e embalagem das chapas em fardos.


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13) OPERAES DE ACABAMENTO DE CHAPAS:

O acabamento de chapas finas consiste nas seguintes etapas:

LAMINAO FINA = tambm chamada de skin pass. Utilizada para acerto da espessura, eliminao de eventuais ondulaes, aumento da planicidade e melhoria do acabamento superficial da chapa;

APARAMENTO DE BORDAS = consiste no corte longitudinal das bordas da bobina para acerto da largura da chapa;

CORTE TRANSVERSAL = consiste no corte transversal da bobina para acerto do comprimento da chapa.

ACONDICIONAMENTO E EMBALAGEM = na etapa final as chapas so acondicionadas em bobinas ou em fardos, devidamente amarradas e protegidas, no sentido de resistir ao armazenamento e ao transporte sem sofre acidentes ou oxidao.

Figura 24 - Chapa acondicionada na forma de bobinas.

Figura 25 Chapas acondicionadas na forma de fardos.

14) LAMINAO DE PERFIS:

A laminao de perfis realizada a partir dos tarugos obtidos anteriormente, quando do

lingoteamento contnuo ou da laminao de desbaste. Esta operao sempre realizada a quente, acima da temperatura de recristalizao, com o objetivo de facilitar a conformao, e objetiva a


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obteno de perfis, dos mais diversos tipos e tamanhos, desde os perfis em I, em Y, e os trilhos de trem.. Este processo pode ser feito atravs de duas formas bsicas, quais sejam:

CILINDROS DE LAMINAO = utilizado para a fabricao de perfis geometricamente mais complexos;

LAMINADORES UNIVERSAIS = utilizado para perfis com geometria mais simples.

Figura 26 - Esquema mostrando a seqncia de laminao de um perfil na forma de um trilho de trem.


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Figura 27 Figura mostrando um setor de laminao de perfis, com trens de laminao dotados de laminadores do tipo duo reversvel.

Figura 28 Laminador Universal para laminao de perfis simples.


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15) LAMINAO DE BARRAS:

As barras tambm so laminadas a partir dos tarugos obtidos no lingoteamento contnuo, sempre realizadas a quente, como mostrado a partir da figura a seguir.

Figura 29 Laminao contnuo de barras.

Figura 30 Fira mostrando a seqncia de laminao de uma perfil em uma laminador com cilindro escalonado.


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Figura 31 Foto mostrando um laminador de barras a quente.

16) CILINDROS DE LAMINAO:

a) REQUISITOS DOS CILINDROS DE LAMINAO = os cilindros de laminao devem apresentar os seguintes requisitos:

Resistir aos esforos aplicados com o mnimo de deformao;

Resistir ao desgaste e apresentar uma vida til adequada;

Propiciar o acabamento superficial desejado;

b) CARACTRSTICAS DOS CILINDROS DE LAMINAO = dependendo de sua aplicao ou dos requisitos envolvidos, os cilindros de laminao devem apresentar as seguintes caractersticas ou propriedades:

RESISTNCIA MECNICA = para permitir resistir aos esforos envolvidos no processo de laminao, bem como a confeco de cilindros menores possveis;

RESISTNCIA AO DESGASTE (dureza) = para no deformar na regio de contacto com o material, permitindo obter um produto com acabamento superficial desejado, bem como uma vida til adequada do cilindro;

ACABAMENTO SUPERFICIAL = para permitir obter o acabamento superficial e uma rugosidade adequada no material:


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RIGIDEZ = para resistir ao conjunto de esforos combinados envolvidos no processo (toro, flexo, etc), com uma deformao admissvel, permitindo obter a preciso dimensional desejada no produto laminado;

c) TIPOS DE APLICAES DOS CILINDROS DE LAMINAO = os cilindros de laminao podem ser utilizados para os seguintes fins:

Cilindros de trabalho:

Cilindros de encosto ou apoio:

Cilindros para conformao a frio:

Cilindros para conformao a quente:

Cilindros de desbaste:

Cilindros de acabamento:

Cilindros para produtos planos:

Cilindros para produtos especiais (tarugos, perfis):

d) TIPOS DE CILINDROS DE LAMINAO: de acordo com o tipo de aplicao, os cilindros de laminao podem ser fabricados a partir de diferentes tipos de materiais, tais como:

FERROS FUNDIDOS: VANTAGENS = so duros e resistentes ao desgaste e mais baratos;

DESVANTAGENS = apresentam altas tenses residuais;

APLICAO = laminao de desbaste de placas com grandes dimenses; CARACTERSTICAS = SEQUENCIA DE FABRICAO = fuso, vazamento em uma coquilha ou em um

molde de areia ou mesmo centrifugados, tratamento trmico, usinagem e inspeo.

AOS FUNDIDOS: VANTAGENS = elevada resistncia trao, rigidez e tenacidade;

DESVANTAGENS = so mais caros;

APLICAES = laminao de blocos e perfis com fendas profundas;


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CARACTERSTICAS = possuem resistncia mecnica entre 650 a 700 MPa e alongamento entre 10 a 12%;

SEQUENCIA DE FABRICAO = fuso, vazamento, usinagem de desbaste (torneamento), tratamento trmico (tmpera e revenimento), usinagem de acabamento (retificao) e inspeo.

Figura 32 Esquema mostrando a fundio de um cilindro de laminao.

AOS FORJADOS: VANTAGENS = elevada resistncia mecnica e rigidez;

DESVANTAGENS = so os mais caros;

APLICAO = laminao a frio de produtos muito finos, em funo dos grandes esforos envolvidos;

CARACTERSTICAS = so ligadas com Cr, Ni, Mo e V; SEQUENCIA DE FABRICAO = fuso, desgaseificao a vcuo, lingoteamento,

forjamento, tratamento trmico (recozimento), usinagem de desbaste (torneamento), tratamento trmico (tmpera e revenimento), usinagem de acabamento (torneamento), tratamento trmico (tmpera a induo), tratamento trmico (alvio de tenses), usinagem final (retificao) e inspeo;


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Considerando cilindros geometricamente e dimensionamento semelhantes, existe uma relao de custo de 10:4:3 respectivamente para os cilindros de ao forjado, ao fundido e ferro fundido.

e) CRITRIO DE ESCOLHA DOS CILINDROS DE LAMINAO: na escolha de um determinado material ou mesmo o tamanho de um cilindro de laminao so levados em considerao os seguintes critrios:

MATERIAL A SER LAMINADO = material mais mole, com maior conformabilidade, exige menos esforos de laminao;

GEOMETRIA DO MATERIAL LAMINADO = laminao de chapas planas so mais fceis, no entanto laminao de tarugos e principalmente perfis j envolve condies mais rgidas em funo dos entalhes envolvidos;

TIPO DE OPERAO = operao de desbaste, acabamento, etc; TIPO DE EQUIPAMENTO = cadeira duo, trio, qudruo, laminador sandizimir, etc; CONDIO DE TRABALHO = temperatura, velocidade, refrigerao, etc

f) RECOMENDAES GERAIS DE UTILIZAO DE CILINDROS:

Os cilindros de laminao se no forem devidamente dimensionados podem gerar produtos com qualidade no adequada, associada principalmente variaes dimensionais. Dependendo do tipo de material que est sendo laminado e da condio de laminao, os esforos envolvidos podem ser muito elevados e o cilindro sofre uma deformao gerando uma laminao com coroamento, ou seja, a espessura junta s bordas so menores que a do centro da chapa. Isto pode provocar srios problemas quando da utilizao ou aplicao do produto.


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Figura 33 Problema na chapa devido a deformao do cilindro de laminao.

Na tabela I a seguir so feitas recomendaes de aplicao de cilindros de laminao.

Tabela I Recomendaes gerais de utilizao de cilindros de laminao.

LAMINADOR

TIPO CILINDRO DE

TRABALHO CILINDRO

DE ENCOSTO

DUREZA (shore C)

DESBASTADOR Duo reversvel Ao liga 50-55 QUEBRADOR DE

CAREPA Duo contnuo Ao liga fundido 35-40

Ferro fundido 72-76 CHAPAS GROSSAS CONTNUAS

Qudruo ou contnuo

Ao liga 45-50 Ao liga

(cadeiras 5,6,7) 45-50

Ferro fundido (cadeiras 8,9,10)

75-80

Ao liga 58-63

TREM ACABADOR DE TIRAS A

QUENTE

Trem contnuo qudruo de 6

cadeiras

Camisa forjada

60-65

ACABAMENTO (skin pass mill)

Duo contnuo Ferro fundido 82-85

Ao forjado 92-94 Ferro fundido 75-80

TIRAS A FRIO Trem contnuo de 5 cadeiras

Camisa forjada

60-65

Ao forjado 97-99 ENCRUAMENTO DE CHAPAS

Qudruo contnuo 1

cadeira Ao liga 58-63

ENCRUAMENTO DE FOLHAS DE

FLANDES

Qudruo contnuo

Ao forjado 97-99


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17) QUESTIONRIO:

No que consiste o processo de laminao de metais?

Quais os principais tipos de laminadores e qual sua aplicao tpica? Qual a diferena entre uma cadeira e um trem de laminao? Quantos tipos de cilindros existem em uma cadeira de laminao e qual a funo

especfica de cada um?

Qual o efeito do tamanho do cilindro sobre o processo de laminao? Quais as principais caractersticas e aplicaes das chapas laminadas a quente? Cite pelo

menos cinco exemplos de aplicao.

Quais as principais caractersticas e aplicaes das chapas laminadas a frio? Cite pelo menos cinco exemplos de aplicaes.

Quais so os tipos de revestimentos superficiais que podem ser aplicados sobre as chapas laminadas a frio e qual sua funo especfica?

De que forma (embalagem) as chapas de aos podem ser fornecidas. Cite cinco exemplos de aplicao de cada uma.

Porque as chapas muito finas (


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CAPTULO VI PRODUTOS SIDERRGICOS

01) CLASSIFICAO DOS PRODUTOS SIDERRGICOS:

Quanto a sua geometria os produtos siderrgicos podem ser classificados em: Produtos planos; Tarugos e barras; Perfis, vigas, trilhos, cantoneiras; Tubos com costura, sem costura e dupla parede; Vergalhes; Arames e fios. Formas diversas.

Figura 1 Exemplos de perfis geomtricos de produtos laminados.

Tambm quanto a forma de acabamento os produtos siderrgicos podem ser fornecidos nas formas:

LAMINADO = fornecida na forma de conformada a quente;


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TREFILADO = quando passou pelo processo de acabamento a frio;.

02) NOMENCLATURA DE PRODUTOS SIDERRGICOS:

A definio dos produtos siderrgicos, segundo a ABNT, :

Tabela I Nomenclatura de produtos metalrgicos segundo a ABNT;

PRODUTO DEFINIO Produto semi-

acabado Produto que, para utilizao final, necessita de acabamento (Ex: placa, tarugo, etc)

Produto acabado

Produto que pode ser empregado na forma em que se encontra.

Produto plano Produto obtido com cilindros de geratriz aproximadamente reta. Bloco Produto semi-acabado de seco transversal maior que 15.600 mm2, de relao

largura/espessura 40mm, relao largura/espessura > 2 e

com arestas arredondadas. Platina Produto semi-acabado com largura >= 150mm e espessura >= 6 e 200mm.

Trilho Perfil de seo transversal especial destinado a formar a pista de rolamento dos veculos do tipo ferrovirio.

Tubo Produto oco de seo constante e parede uniforme, geralmente retilneo e de seo circular.

Viga metlica Perfil de seo transversal na forma de H. I, U, etc. Fio-mquina Produto intermedirio de seo circular utilizado para a fabricao de arames, fios,

rebites, etc, e geralmente fornecido em rolos. Chapa Produto plano de espessura >= 0,30mm e largura >= 300mm. Tira Produto plano de espessura >= 0,30mm e = 5,00mm e largura >= 300mm. Chapa fina Chapa com espessura >= 0,30mm e = 300mm.

Folha Produto plano de espessura < 0,30mm e com qualquer largura. Fita Produto plano de largura


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03) PROCESSO SIDERRGICO E SEUS PRODUTOS:

Atravs da figura a seguir e do Anexo A possvel se visualizar o processo integrado de fabricao do ao, bem como os produtos obtidos a partir dos mesmos.

Figura 2 - Esquema mostrando o fluxo de fabricao e os produtos obtidos no processo siderrgico.


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MINRIO DE FERRO

ALTO FORNO

FERRO GUSA

ACIARIA

SUCATA DE AO

FORNO ELTRICO

AO LQUIDO

LINGOT. CONVENC.

LINGOT. CONTNUO

LAMINADOR DESBAST.

TARUGOS

PLACAS

Figura 3 Fluxograma e produtos obtidos a partir do processo siderrgico.


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TARUGOS

TARUGOS GROSSOS

LAMINA. TARUGOS A

QUENTE TARUGOS

LAMINADO A QUENTE

EXTRU-SO

PERFIS E TUBOS

EXTRUDADOS

LAM. TUBOS A QUENTE

TUBOS SEM COSTURA A

QUENTE

LAM. TUBOS A FRIO

TUBOS S/ COSTURA A

FRIO

TREFI- LAO

TUBOS FINOS S/ COSTURA A

FRIO

LAM. PERFIS A QUENTE

PERFIS ESTRUTURAIS

LAM. BARRAS A QUENTE

BARRAS E FIO MQUINA

TREFI- LAO

ARAMES E FIOS EM BOBINAS

Figura 4 Fluxograma e produtos obtidos a partir da de laminao a quente de tarugos.


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PLACAS

LAMINADOR PLACAS

PLACAS GROSSAS

CONF. TUBOS

TUBO GROSSO S/ COSTURA

LAM. CONT. QUENTE

CHAPA A QUENTE -BOBINAS

CORTE TRANSV.

CHAPA A QUENTE - FARDOS

CORTE LONGIT.

TIRAS A QUENTE - SLITERS

CONFOR. TUBOS

TUBOS A QUENTE C/ COSTURA

TREFI- LAO TUBOS

TUBOS A FRIO C/

COST. TREF.

LAM. CONT. A FRIO

Figura 5 Fluxograma e produtos obtidos a partir da laminao a quente de placas.


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LAM. CONT. A

FRIO

CHAPAS FINAS A

FRIO - BOBINAS

RELAMI- NAO

CHAPAS FINAS A FRIO -

RELAMIN.

CORTE LONGIT.

CHAPA FINA A

FRIO TIRAS

CONF. TUBOS

TUBOS S FRIO C/ SOLDA

ZINCAGEM

ESTANH.

CHAPA A FRIO

REVESTIDA

CORTE TRANSV.

CHAPA A FRIO -

FARDOS

Figura 6 Fluxograma e produtos obtidos a partir do processo de laminao a frio de chapas.

04) FORMAS DE SE PRODUZIR PRODUTOS SIDERRGICOS:

Os produtos siderrgicos podem ser produzidos e fornecidos atravs das seguintes alternativas:

a) USINAS SIDERRGICAS INTEGRADAS = so as grandes usinas siderrgicas que operam de forma integrada e fabricam aos comuns ou especiais em grande escala, a partir do processamento do minrio de ferro, envolvendo as etapas de:


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Pelotizao do minrio de ferro;

Coqueria;

Alto forno;

Aciaria

Lingoteamento;

Conformao de desbaste;

Conformao a quente;

Conformao a frio;

Revestimento superficial.

Nestas usinas so normalmente produzidos os seguintes produtos:

Placas;

Chapas laminadas a quente;

Chapas laminadas a frio;

Chapas revestidas (zincadas e estanhadas); Tarugos;

Barras;

Perfis especiais.

No Brasil so enquadradas nesta categoria as seguintes empresas:

CSN;

Usiminas;

Acesita;

Cosipa;

b) USINAS SIDERRGICAS NO INTEGRADAS = so usinas que realizam somente parte do processo siderrgico. Neste caso destacam-se dois tipos:

Aquelas que partem do minrio de ferro e produzem os lingotes ou no mximo os produtos laminados a quente como os tarugos, placas ou chapas laminadas a quente (Ex: CST Companhia Siderrgica de Tubaro);


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Aquelas que recebem o produto semi-elaborado, como o laminado a quente, e produzem o laminado a frio ou produtos revestidos (Ex: Vega do Sul).

c) USINAS SIDERRGICAS INDEPENDENTES = so indstrias que produzem normalmente produtos siderrgicos comuns (baixa ou sem liga), a partir da sucata de ao, envolvendo as seguintes etapas de fabricao:

Fuso em forno eltrico a arco;

Lingoteamento;

Conformao;

So produzidos por estas usinas normalmente os seguintes produtos:

Placas;

Fio mquina;

Vergalho de construo civil;

Tarugos;

Barras;

Perfis especiais;

Tubo sem costura;

Arames;

Pregos.

Podem ser citadas as seguintes empresas nesta categoria:

Aos Gerdau;

Belgo Mineira;

Vibasa Indstria se Base (Villares);

d) USINAS ESPECIAIS = so indstrias que fabricam aos especiais ligados (aos ferramenta, aos inoxidveis) a partir de sucata de ao e ferros ligas, envolvendo as etapas de:

Fuso;

Refino;


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Lingoteamento;

Refuso;

Laminao.

So produzidos a partir destas empresas:

Barras;

Blocos.

So exemplos destas empresas:

Aos Villares;

Aos Finos Piratini (Gerdau).

e) DISTRIBUIDORAS = so empresas que adquirem aos das usinas, agregam valor e os revendem, realizando as seguintes operaes de:

Relaminao (reduo de espessura); Corte transversal (fornecimento de fardos); Corte longitudinal (fornecimento de sliters).

Neste caso existem dezenas de empresas espalhadas em todo o territrio.

f) PROCESSADORAS = so empresas que adquirem aos das usinas e os processam, fornecendo produtos, peas ou componentes numa condio mais acabada, tais como:

Conformadoras (fabricao de tubos especiais); Trefilarias (conformao de barras ou tubos trefilados); Extrusoras (conformao de barras ou perfis especiais extrudados); Estamparias (conformao de peas estampadas); Usinadoras (fornecedoras de barras, tubos ou peas usinadas).

Neste caso existem dezenas de empresas espalhadas em todo o territrio.


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g) FUNDIES = so empresas que fazem peas fundidas a ligas especiais, sob encomenda, a partir de sucata de ao e ferros liga especficos. O processo de fabricao consiste em:

Fundio;

Moldagem;

Vazamento;

Desmoldagem;

Acabamento;

Tratamento trmico;

Usinagem.


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CAPTULO VII PROCESSO SIDERRGICO E

PROPRIEDADES AOS

01) INTRODUO:

Como j amplamente discutido em outros captulos, o comportamento do ao durante o seu processamento como o seu desempenho em servio depende significativamente de suas

propriedades e caractersticas e estas, por sua vez, dependem fundamentalmente de sua estrutura cristalina, que formada por:

MATRIZ METLICA = formada de ferrita, perlita, etc; CARBONETOS = formada pela reao do ferro com o carbono, gerando a cementita

(Fe3C), ou dos elementos de liga com o carbono, formando outros tipos de carbonetos complexos;

INCLUSES NO METLICAS = formada pelos elementos residuais que se combinam entre si;

GRO = tamanho e forma.

A estrutura cristalina, por sua vez, determinada pela composio qumica do ao, bem como pelo processo de fabricao envolvido, tais como:

Os elementos bsicos presentes no ao so o C, Si, Mn, P e S.

O carbono favorece significamente as propriedades mecnicas (quando em altos teores) e a conformabilidade (quando em baixos teores). Portanto seu controle fundamental;

O Si normalmente est presente em pequenos teores (0,10 a 0,20%), no entanto em alguns aos especiais (aos eltricos) pode chegar at a 3%;


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O Mn tambm est presente em pequenos teores (0,10 a 0,3%), no entanto em aos onde exigido maior resistncia pode chegar at 2% e em aos de elevada resistncia ao desgaste at a 14%;

O P e S so invariavelmente muito baixos (mximo 0,02%), pois prejudicam a conformabilidade, a tenacidade e as propriedades mecnicas de uma forma geral, no

entanto, em aos de boa usinabilidade, pode estar presente em teores mais elevados (at 0,2%), combinado com outros elementos.

A seguir ser abordado a influncia de cada etapa do processo de fabricao do aos sobre as suas propriedades.

02) ALTO-FORNO:

O processo de reduo que ocorre no interior do alto-forno, com a transformao do minrio de ferro em ferro gusa, define a composio qumica final do ferro gusa, associado

praticamente a todos os elementos qumicos bsicos que o compe, tais como C, Si, Mn, P e S. O teor de S est muito associado ao tipo de carburante utilizado, pois o S presente no

mesmo tende a se incorporar ao ferro gusa durante a operao de reduo. O carvo vegetal, praticamente no tem S enquanto que o coque, obtido a partir do carvo mineral, o teor de enxofre j mais elevado. A qualidade do carvo mineral tambm importante, pois carves nacionais normalmente tm um teor de enxofre mais elevado que o importado.

A maior parte do silcio bem do prprio minrio enquanto outra pode ser incorporada do refratrio do alto-forno, que normalmente silicioso;

Os teores de Mn e P, dependem quase que exclusivamente da composio do minrio de ferro;

03) DESSULFURAO:

A dessulfurao do ferro gusa uma parte importante do processo e tem o objetivo de remover a maior parte do enxofre absorvido durante a etapa anterior de reduo no alto forno. A presena de uma maior ou menor quantidade de enxofre presente aps a dessulfurao vai


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determinar a quantidade de incluses de sulfetos presente na estrutura dos aos, que por sua vez afeta significamente as qualidades mecnicas e a sua conformabilidade. A dessulfurao normalmente feita atravs da adio de calcrio ao banho lquido, seguido de forte agitao por intermdio de um gs neutro. O clcio adicionado dificilmente se incorpora ao ferro gusa,

portanto no altera sua composio qumica;

04) ACIARIA:

Na aciaria define-se o teor final do carbono atravs do processo de descarbonetao. As reaes envolvidas nesta etapa tambm podem afetar os outros elementos que so passveis de sofrer oxidao, como o caso do mangans e do silcio, gerando a sua perda parcial. A oxidao de alguns elementos presente no ao d origem a formao de incluses de xidos (radical O2) ou silicatos (radical SiO2) na estrutura do ao.

05) DESGASEIFICAO:

A desgaseificao tem o objetivo de eliminar o excesso de oxignio presente no ao, que se incorporou nas etapas anteriores, como na descarbonetao na aciaria. Se o teor remanescente de oxignio for muito elevado, associado a outros gases tambm presentes, pode gerar a formao de bolhas de gases quando do lingoteamento posterior do ao, quando da perda de solubilidade com a reduo da temperatura. ;

O processo de desgaseificao no altera a composio bsica do ao em relao ao C, Si, Mn, P e o S. Como a desgaseificao normalmente feita com a adio de alumnio ao banho

lquido, pode haver a incorporao deste elemento ao ao, bem como a formao de incluses de nitretos de alumnio;

06) ADIO DOS ELEMENTOS DE LIGA:

Na etapa final do processo de aciaria, antes do lingoteamento, ocorre o ajuste da composio qumica do ao, atravs da adio de ferros-liga ao banho lquido. Neste momento


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que definida a composio qumica de alguns elementos bsicos, como o Mn, Si e P, bem como dos elementos de ligando, como o Cr, Nb, Ni, Co, W, por exemplo.

07) LINGOTEAMENTO:

A forma de lingoteamento tem uma influncia significativa nas caractersticas finais do

ao, principalmente quanto concentrao e distribuio de incluses formadas nas etapas anteriores. No lingoteamento convencional, como a massa envolvida maior e o tempo de solidificao mais longo, existe uma maior segregao de elementos da superfcie para o centro do lingote, ocorrendo a formao de maior quantidade de incluses nesta regio;

No lingoteamento contnua as massas envolvidas so menores e a velocidade de solidificao maior, gerando menos segregaes e maior uniformidade do material.

Durante a solidificao do lingote tambm ocorre a formao de estruturas dendrticas grosseiras, que apresentam propriedades mecnicas mais pobres, mas que sero destrudas ou

modificadas durante a laminao a quente que ocorre posteriormente.

08) REFUSO:

Alguns tipos de aos, principalmente os mais nobres, utilizados para a fabricao de ferramentas, ou fins especiais, sofrem o processo de refuso, que consiste em refundir o lingote, em condies controladas. Este processo feito com o objetivo de redistribuir a incluses presentes e uniformizar a composio qumica e estrutura do lingote, melhorando as propriedades do ao, principalmente a tenacidade.

09) CONFORMAO A QUENTE:

Durante a laminao a quente a estrutura dendrtica, formada na etapa anterior de lingoteamento, destruda, refinando a estrutura e melhorando as propriedades dos aos. Tambm promove a distribuio de incluses, sendo que algumas delas passam a assumir uma forma mais alongada, na direo da conformao, passando ser mais nocivas e prejudiciais ao ao quando presente em maiores quantidades;


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O processo de laminao a quente promove o fechamento de bolhas de gases que eventualmente tenham se formado durante a solidificao do lingote, promovendo o seu caldeamento. Este processo pode gerar uma certa oxidao superficial do ao, pois feito a quente, com o ao no estado rubro, gerando carepas, bem como certa descarbonetao, mas no

chega a alterar a composio qumica do ao.

10) CONFORMAO A FRIO:

Durante a laminao a frio o ao assume a forma final, definindo com isto a sua preciso dimensional, principalmente em relao espessura, que pode afetar o processo de fabricao onde este material ir ser utilizado;

Por outro lado a conformao a frio gera encruamento na estrutura cristalina que torna o ao mais resistente.

11) RECRISTALIZAO:

Aps a laminao a frio alguns aos so normalmente recristalizados para eliminar a estrutura encruada. Isto altera significamente as propriedades do material.

12) EFEITO DAS INCLUSES:

Tabela I Forma de alguns tipos de incluses no produto lingotado e aps a laminao.


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Tabela II Efeito de alguns elementos de liga em determinadas propriedades dos aos.

ELEMENTO DE LIGA CARACTERSTICA Cr Co Mn Mo Ni Ti W V P Si

Temperabilidade ++ - +++ +++ ++ ++ +++ +++ + ++ Dureza da ferrita + +++ ++ + + + ++ + Resist. deformao ++ + ++ ++ + + + + + + Revenido es es es Ductilidade - + + + + + + - - Resilincia + + + + + + + + Soldabilidade - + + + - Forjabilidade + + + + + Usinabilidade - + - + - Resist. corroso/calor ++ + + + + -

+ Favorece levemente ++ Favorece moderadamente

+++ Muito favorvel - Desfavorvel

es Endurecimento secundrio


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BIBLIOGRAFIA

1) Silveira Rizzo, Ernades Marcos da Introduo aos Processos de Refino Secundrio dos Aos. Ed. ABM, So Paulo, 2006.

2) Costa e Silva, Andr Luiz V. da Aos e Ligas Especiais So Paulo: Editora Edgard Blucher, 2006.

3) Araujo Siderurgia -

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