Apresentação dos conceitos e processos básicos da siderurgia., Notas de aula de Ciência dos materiais

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SIDERURGIA

INTRODUÇÃO

 METALURGIA: compreende todos os processos físicos e químicos

empregados para a extração dos metais a partir dos seus minérios.

 SIDERURGIA: metalurgia do aço. Abrange todas as etapas necessárias para

se produzirem o ferro e o aço, desde a matéria-prima.

 O FERRO é o metal mais utilizado pelo homem:

 É encontrado em quantidades abundantes no interior da crosta terrestre (corresponde a 5% DE TODA A MASSA DA CROSTA).

 O custo de produção das ligas ferrosas é relativamente baixo.

 Pode apresentar múltiplas propriedades físico-químicas (obtidas com adição de outros elementos de liga), POSSUINDO UMA EXTENSA VARIEDADE DE APLICAÇÕES.

MINÉRIO DE FERRO

 O ferro é encontrado na natureza combinado com outros elementos,

principalmente OXIGÊNIO , formando o chamado MINÉRIO DE FERRO.

 Basicamente, o minério de ferro é uma rocha que contém altos teores de

ferro. Os principais são:  MAGNETITA: Fe 3 O 4 , contém 72,4%p de ferro.  HEMATITA: Fe 2 O 3 , contém 69,9%p de ferro, é o minério mais comum.  LIMONITA: 2Fe 2 O 3 · 3 H 2 O , com 48 , 3 %p de ferro.

Hematita (^) Limonita Magnetita

A INDÚSTRIA SIDERÚRGICA

 As usinas de aço, de acordo com seu processo produtivo, classificam-se

em:

INTEGRADAS: operam as três fases básicas:  REDUÇÃO DO MINÉRIO ,  PRODUÇÃO DO AÇO (REFINO) e a  LAMINAÇÃO. Exemplos: CSN , COSIPA (a coque) , USIBA (a redução direta). SEMI-INTEGRADAS: operam duas fases, REFINO e LAMINAÇÃO. Partem de ferro gusa, ferro esponja ou sucata metálica adquiridas de terceiros, que são transformados em aço em aciarias elétricas e posteriormente laminados. Exemplos: GERDAU

NÃO-INTEGRADAS: operam apenas uma fase do processo, REDUÇÃO ou LAMINAÇÃO.

A INDÚSTRIA SIDERÚRGICA A COQUE

 As siderúrgicas a coque reduzem o minério de ferro no ALTO-FORNO ,

produzindo FERRO GUSA LÍQUIDO , o qual é posteriormente transformado em aço com o uso de oxigênio em um equipamento chamado CONVERSOR.

 O ALTO-FORNO é o PRINCIPAL EQUIPAMENTO da indústria siderúrgica a coque.

 Consiste em um vaso cilíndrico de aço de grande altura, revestido internamente por tijolos refratários.

 É no alto-forno que ocorre a REDUÇÃO do minério de ferro, empregando o carvão (COQUE) como redutor, combustível e também como elemento fornecedor de carbono.

PRODUÇÃO DO FERRO GUSA:

ALTO-FORNO

O MINÉRIO DE FERRO

 O minério de ferro passa inicialmente por um processo de BENEFICIAMENTO , com a finalidade de torná-lo mais adequado para a utilização no alto-forno.

 O beneficiamento consiste em uma série de operações: britamento, peneiramento, mistura, moagem, concentração, classificação e a AGLOMERAÇÃO.

 O processo de aglomeração produz aglomerados de minério, coque e aditivos (calcário). Objetiva:  REDUZIR O CONSUMO DE CARVÃO E  ACELERAR O PROCESSO DE REDUÇÃO.

 Os principais processos de aglomeração são a PELOTIZAÇÃO e a SINTERIZAÇÃO.

MINÉRIO DE FERRO

AGLOMERAÇÃO

 Pelotização:

Nesse processo, o minério de ferro é moído bem fino e depois umedecido para formar um aglomerado. O aglomerado é, então, colocado em um tipo de moinho em forma de tambor. Conforme esse tambor gira, os aglomerados vão sendo unidos até se transformarem em pelotas (daí o nome pelotização). Depois disso, essas pelotas são submetidas à secagem e queima para endurecimento.

Pelotas (de 5 a 18 mm)

COQUE

 O COQUE (principal combustível do alto-forno) é obtido da destilação do

carvão mineral, o qual é aquecido a altas temperaturas (1100ºC) em câmaras especiais ( COQUERIAS ), na ausência de ar, durante 17 a 18 horas.

 Nessas condições, uma grande quantidade de produtos voláteis se

desprendem do carvão mineral, obtendo-se uma estrutura porosa, com elevada resistência mecânica, o COQUE.

Típica Bateria de coqueificação

Coque incandescente pronto para ser descarregado

OUTRAS MATÉRIAS-PRIMAS

 MANGANÊS: é utilizado tanto no alto-forno (na forma de minério), como no processo de fabricação do aço (como liga ferro-manganês).

 FUNÇÃO: elemento DISSULFURANTE e DESOXIDANTE.  Minério mais importante: PIROLUSITA (MnO 2 ). A pirolusita não é um minério comum. O Brasil, entretanto, possui reservas consideráveis de boa qualidade.

 SUCATA DE AÇO: permite o reaproveitamento do material e uma

considerável economia de matéria-prima.

Cadinho

Furo de corrida da escória

Rampa

Cuba

Furo de corrida do gusa

Refratário

Sistema de carregamento

ALTO-FORNO

FERRO GUSA

 Ferro-gusa é o produto da redução do minério de ferro em alto-forno que contém elevado teor de carbono, devido ao contato próximo com o coque ou carvão vegetal os quais atuam como combustível e redutor simultaneamente.

 Geralmente o ferro-gusa tem de 3,0 a 4,5% de carbono e uma grande quantidade de impurezas, por isso, não é utilizado industrialmente, devendo ser purificado antes da sua utilização. As impurezas principais são: carbono, silício, manganês, fósforo e enxofre.

ESCÓRIA

 A escória resulta da fusão do material inerte do minério (ganga), dos fundentes e das cinzas do coque que, chegando às zonas mais quentes do forno reagem entre si e formam principalmente:  Silicatos (CaOSiO 2 )  Aluminosilicatos( MgOAl 2 O 3 )

 Uma das principais propriedades da escoria é sua fluidez; uma escoria muito viscosa dificulta a operação no alto-forno, agarra-se no revestimento e escorre lentamente.

 Utilização da escória do alto-forno:

 Lastro na construção de estradas de ferro e de rodagem;  Corretivo do solo, neutralizando sua acidez;  Cimento para construção civil;  Material isolante (lã de escória);