Noções de siderurgia
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Noções de siderurgia
Materiais metálicos, processos de fabricação de ligas ferrosas
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Resumo do processo
• MINÉRIO+ CARVÃO(Coque ou carvão vegetal) + FUNDENTE (calcário) são adicionados ao ALTO FORNO que produz o FERRO GUSA. Este é levado para a ACIARIA (processo pode iniciar aqui com SUCATA) onde é colocado em CONVERSORES OU FORNOS ELÉTRICOS (nesse caso em geral a partir de SUCATA) ONDE É FABRICADO O AÇO. Ainda líquido ele é vazado em grandes lingotes – LINGOTAMENTO CONVENCIONAL, ou na forma de barras de maneira contínua LINGOTAMENTO CONTÍNUO. Sendo após CONFORMADO (laminação, trefilação, forjamento, extrusão)
• O FERRO GUSA também é entregue às FUNDIÇÕES, onde é fundido em fornos CUBILÔ para fabricar os FERROS FUNDIDOS. O metal líquido é vazado em moldes de areia com resina com uma cavidade equivalente à forma definitiva da peça a produzir.
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Produção do AçoProdução do Aço
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O que são materiais ferrosos?
• Os materiais ferrosos, são ligas de ferro e carbono contendo elementos residuais como silício manganês fósforo enxofre entre outros.Pode conter elementos adicionados (cromo molibdênio níquel vanádio e outros) com algum propósito particular (aços liga ou ligados ferros fundidos ligados).
• Aços: teor de carbono até aproximadamente 2% (maioria dos aços tem carbono até 0,5%).
• Ferros fundidos: teor de carbono entre 2% e 6,7% (na prática entre 2,5 , 4,5 %) em geral contendo silício em percentual maior que os aços que garante a presença de grafita (carbono puro) na estrutura.
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Matéria prima dos materiais ferrosos
• Minérios:• Magnetita Fe3O4 coloração preta• Hematita Fe2O3 coloração avermelhada principal minério no Brasil
(itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.• . • São enriquecidos (Vale)• Carvão: (reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao ferro)• Coque: destilação seca do carvão mineral à 1000 1100ºC, alta
resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre (pior qualidade)
• Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre (melhor qualidade)
• Fundentes:• Calcário ou caliça . Baixam o ponto de fusão da ganga (o que
não é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem com eles formando a escória
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FerroFerro PrimárioPrimário
• Fontes de FerroFontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm
granulado
6mm< Minério <40mm
granulado
Em detalhe Em detalhe
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• Detalhes do processoDetalhes do processo
Típica Bateria de coqueificação Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente
pronto para ser descarregado
Coque incandescente
pronto para ser descarregado
CoqueriaCoqueria
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Alto forno• Serve para produzir o ferro gusa, que
é uma forma intermediária na
produção dos aços • Entra na parte superior do forno
minério de ferro, coque (ou carvão vegetal) e fundente.
• É insuflado ar pelas ventaneiras que queima o caque gerando CO que faz a redução do minério de ferro a ferro mas esse ferro incorpora um percentual de carbono (ferro gusa).
• Ex. de reação de redução: ½ Fe2O3 + 3/2CO = Fe +3/2CO2
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Alto FornoAlto FornoO alto forno é um forno de cuba que operado em O alto forno é um forno de cuba que operado em
regime de contra corrente. regime de contra corrente. No topo do forno o coque, calcário, e o material No topo do forno o coque, calcário, e o material
portador de ferro (sinter, pelotas e minério portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas. granulado) são carregado em diferentes camadas.
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe.gravidade reagindo com o gás que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras.regeneradores) é injetado através das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o OEm frente as ventaneiras o O22, presente no ar, reage , presente no ar, reage
com o coque formando monóxido de carbono (CO) com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente. presente na carga que desce em contra corrente.
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Alto FornoAlto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
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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.
Alto FornoAlto Forno
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Alto forno
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Aciaria• A composição do gusa está longe
da composição típica dos aços devendo ser reduzido os teores de carbono enxofre fósforo manganês entre outros.
• O princípio químico é a oxidação dos elementos envolvendo a injeção controlada de O2 ou de ar saindo na forma de gases ou passando para a escória.
• Conversores: ar ou O2 é soprado durante 15 a 20 min.através ou sobre 100 a 150 ton. de carga, sendo a fonte de calor a própria oxidação dos elementos (reações são exotérmicas)
• Tipos de conversores: Thomas ar insuflado por baixo. Bessemer Ar insuflado por baixo, e LD O2
insuflado com lança ( em geral adiciona-se sucata junto para baixar a temperatura), (MAIS USADO)
• Fornos elétricos: Utiliza arco elétrico entre 3 eletrodos de grafite e a carga. Em geral utiliza sucata como carga, tempo de corrida 2 horas (em geral usado para aços especiais).
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Produção do Aço Líquido-métodos mais Produção do Aço Líquido-métodos mais usados atualmenteusados atualmente
A produção do aço líquido se dá através da oxidação A produção do aço líquido se dá através da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquido controlada das impurezas presentes no gusa líquido e na sucata. e na sucata.
Este processo é denominado refino do aço e é Este processo é denominado refino do aço e é realizado em uma instalação conhecida como realizado em uma instalação conhecida como aciaria.aciaria.
O refino do aço normalmente é realizado em O refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:batelada pelos seguintes processos:-- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga predominantemente líquida).predominantemente líquida).-- Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco –Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEA FEA
(carga predominantemente(carga predominantemente sólida).sólida).
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Conversor LDConversor LDResponsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano)
da produção de aço líquido mundial, a tecnologia da produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a continua a ser a mais importante rota para a produção de aço, particularmente, chapas de aço de produção de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade.alta qualidade.
Processo industrial teve início em 1952, quando o Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo.daí o crescimento foi explosivo.
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos média-liga.aços, desde o baixo carbono aos média-liga.
![Page 16: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/16.jpg)
Conversor LDConversor LD
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Conversor
![Page 18: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/18.jpg)
Conversor LDConversor LD
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Metalurgia de PanelaMetalurgia de Panela
Após o refino, o aço ainda não se encontra em Após o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e na visa os acertos finais na composição química e na temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o lingotamento contínuo na cadeia de produção de lingotamento contínuo na cadeia de produção de aço carbono.aço carbono.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço.liberado, maximizando a produção de aço.
- Forno de panela- Forno de panela
- Desgaseificação- Desgaseificação
![Page 20: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/20.jpg)
Forno de PanelaForno de Panela
Forno na metalurgia de panela
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Toda a etapa de refino do aço se dá no estado Toda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma adequada em função da sua utilização posterior.adequada em função da sua utilização posterior.
O lingotamento do aço pode ser realizado de três O lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas:maneiras distintas:
- - DIRETO: o aço é vazado diretamente na DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;lingoteira;
- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical - INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base;penetrando na lingoteira pela sua base;
- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para - CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à água.um molde de cobre refrigerado à água.
LingotamentoLingotamento
![Page 22: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/22.jpg)
Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo
![Page 23: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/23.jpg)
O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço fundido é solidificado em um produto semi-aço fundido é solidificado em um produto semi-acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente laminação.laminação.
Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário (lingoteiras).(lingoteiras).
Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo
Seções possíveis Seções possíveis no lingotamento no lingotamento contínuo (mm)contínuo (mm)
![Page 24: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/24.jpg)
ConformaçãoConformação A grande importância dos metais na tecnologia A grande importância dos metais na tecnologia
moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com que eles podem ser produzidos nas mais variadas que eles podem ser produzidos nas mais variadas formas, para atender a diferentes usos. formas, para atender a diferentes usos.
Os processos de fabricação de peças a partir dos Os processos de fabricação de peças a partir dos metais no estado sólido podem ser classificados em: metais no estado sólido podem ser classificados em:
-- Conformação Mecânica: volume e massa são Conformação Mecânica: volume e massa são conservados; conservados;
-- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material material para se obter a forma desejada;para se obter a forma desejada;
![Page 25: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/25.jpg)
Os processos de conformação mecânica podem ser Os processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicada classificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material:ao material:
-- Compressão direta:Compressão direta: Forjamento, Laminação; Forjamento, Laminação;
-- Compressão indireta:Compressão indireta: Trefilação, Extrusão, Trefilação, Extrusão, Embutimento;Embutimento;
-- Trativo: Trativo: Estiramento;Estiramento;
-- Dobramento: Dobramento: Dobramento;Dobramento;
-- Cisalhamento: Cisalhamento: Corte.Corte.
ConformaçãoConformação
![Page 26: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/26.jpg)
ExtrusãoExtrusão: Processo no qual um bloco de metal tem : Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação de reduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçando-o a escoar através do pressões elevadas, forçando-o a escoar através do orifício de uma matriz.orifício de uma matriz.
TrefilaçãoTrefilação: Processo que consiste em puxar o metal : Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força de através de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.
Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação
![Page 27: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/27.jpg)
ForjamentoForjamento: Processo de transformação de metais por : Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente).conformação existente).
LaminaçãoLaminação: Processo de deformação plástica no qual : Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua alta rotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.ou a frio.
Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação
![Page 28: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/28.jpg)
Dobramento
Forjamento
Laminação
Trefilação
EmbutimentoProfundoEstiramento
Matriz
Cisalhamento
ExtrusãoExtrusão
Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação
![Page 29: Noções de siderurgia](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062300/55735ba4d8b42ac6258b50c7/html5/thumbnails/29.jpg)
Lingotamento e LaminaçãoLingotamento e Laminação