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Processos Metalúrgicos PROF.: KAIO DUTRA AULA 2 – PRODUÇÃO DO FERRO GUSA: ALTO-FORNO

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Processos Metalúrgicos

PROF.: KAIO DUTRA

AULA 2 – PRODUÇÃO DO FERRO GUSA: ALTO -FORNO

Produção do Ferro Gusa◦O alto-fomo constitui o principalaparelho utilizado na metalurgia doferro. A partir dos primeiros fomos,dos tipos mais rudimentares, em queos gases eram perdidos na atmosfera,constantes aperfeicoamentos técnicosvem sendo introduzidos e acapacidade diaria paulatinamenteelevada, aproximando-se, nos diasatuais, de 10.000 toneladas de ferrogusa em 24 horas.

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Produção do Ferro Gusa◦A metalurgia do ferro consiste

essencialmente na redução dosóxidos dos minérios de ferro,mediante o emprego de umredutor, que é um material à basede carbono qual atua igualmentecomo combustivel e,indiretamente, supridor docarbono para as ligas ferro-carbonode alto carbono, que são osprincipais produtos do alto-forno.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦Trata-se de uma estrutura cilindrica, degrande altura, que compreendeessencialmente uma fundação e o fornopropriamente dito.

◦Este, por sua vez, é constituido de trespartes essenciais:◦ Cadinho;

◦Rampa;

◦ Cuba.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦O cadinho corresponde à parte do alto-forno onde se acumulam o metalfundido e a escoria.

◦O cadinho tem forma cilíndrica e éconstruído em chapa grossa de aço,com revestimento interno de materialrefratário de natureza sílico-aluminosaou de blocos de carbono.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦ Na parte inferior do cadinho, a cerca de 1 m dofundo situa-se o furo de corrida do gusa, o qual,durante a operação do forno, permanece fechadocom massa refratária colocada sob pressão e, porocasião da corrida do gusa, é aberto mediante oemprego de uma perfuratriz ou lanca de oxigênio.

◦ Acima do furo de comida do gusa a cerca de 2,0 a2,40 m do fundo, situam-se os furos de corrida deescória.

◦ Na parte superior do cadinho, a cerca de 3,25 mdo fundo, situam-se as ventaneiras, através dasquais é soprado ar pré-aquecido e sob pressão.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦A rampa tem formato tronco-cônico, suasdimensões variam desde o diâmetro docadinho até 10,5 m ou mais, com altura quepode superar 4 m. A rampa corresponde àzona, de certo modo, mais quente.

◦A inclinação da rampa é da ordem de 80 a 82°em relação à horizontal.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦A cuba, também de forma tronco-cônica,tem a seção menor voltada para cima. Écontruída de um revestimento de tijolosrefratários de grande espessura.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦No topo do alto-forno situa-se o sistemade carregamento. O sistema decarregamento mais comum é chamado"copo e cone”.

◦O sistema funciona de tal modo que aabertura do cone grande é feita quando ocone pequeno esta fechado. Assim, evita-se o escape de gases, os quais saem pelostubos de saida. Esses tubos, por sua vez,comunicam-se com tubos de ascensão degases, os quais se ligam com o duto dedescida.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦A carga, constituída de minério de ferro(ou sinter ou pelotas), carvão, calcário eminério de manganês, é pesada no niveldo solo, em poços de carregamento edespejada em carros que são levados aotopo, geralmente por um plano inclinado.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦O alto-forne possuiacessórios, cuja funçãoprincipal é limpar osgerados e pré-aquecer oar que é introduzido noforno.

◦ Esses acessórios são osseguintes:◦ Coletor de poeiras;◦ Lavadores;◦ Regeneradores de calor.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦Os coletores de poeira possuema função de recolher a grandequantidade de poeirascarregadas nos gases. Num alto-forno de 1.600t/dia de ferrogusa, a quantidade de poeoraarrastada pelos gases situa-se emtorno de 100t/dia.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦Os lavadores podem empregarum precipitador eletrolítico, oqual permite a geração de umcampo elétrico que ioniza aspartículas de pó, atraindo-as paraas paredes do aparelho. Daí sãolevadas ao fundo, por intermédiode uma camada de água queescorre pelas paredes.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦Os regeneradores de calor sãoaparelhos armazenadores decalor. São constituídos de umacâmara de combustão em que ogás do alto-forno é queimadojuntamente com ar.

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Produção do Ferro GusaConstrução do Alto-Forno

◦O ar ao atravessar os tijolos aquecidos,vai-se aquecendo, muda de direção aochegar à cúpula do regenerador edesce pela câmara de combustão atéatingir o terço inferior desta, de ondesai para o altofomo, através da válvulade ar quente.

◦O gás queimado é dirigido à chaminé,colocada perto do regenerador, demodo a reduzir a um mínimo a perdade tiragem.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦ A operação do alto-forno éiniciada depois de ter passado portodo o processo de secagem epreparo preliminar. Osaquecedores são aquecidospreviamente.

◦ A primeira carga de matéria-prima apresenta uma proporçãomaior de coque para acelerar oaquecimento do revestimentorefratário, assim formando umaquantidade maior que a normalde escória.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦A figura representa esquematicamenteuma carga normal de alto-forno parauma produção de 1000t de ferro gusa.

◦ Essa carga, em outras palavras, émodificada em função da qualidade dasvárias matérias-primas, inclusive se seutiliza apenas minério de ferro ouigualmente "sinter" ou "pelotas".

◦ Além da carga sólida, a quantidade de arnecessária é muito elevada, da ordem de2.000 a 2.500 t por 1.000 t de gusa.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦Num alto-forno, existem duas correntes demateriais responsáveis pelas reações que severificam:◦ Corrente sólida, representada pela carga que desce

paulatinamente

◦ Corrente gasosa, que se origina pela reação docarbono do carvão com o oxigénio do ar sopradopelas ventaneiras, que sobe em contracorrente.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦As temperaturas mais elevadasocorrem nas proximidades dasventaneiras: da ordem de 1.800°C a2.000°C. Nessa região, verifica-se areação

◦Originando-se grande quantidade decalor.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦ Esse CO2, ao entrar em contato com ocoque incandescente, decompõe-se:

◦O CO originado é o elemento redutor.

◦A decomposição dos carbonatos,contidos no calcário dá-se aaproximadamente 800°C, conforme asreações seguintes:

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦Além de CO como agente redutor, opróprio carbono do carvão atua nessesentido. As reações são as seguintes:

◦Uma parte do óxido de ferro chega àzona de fusão sem sofrer redução,incorporando-se escória.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦Na região que corresponde ao topo darampa, inicia-se a formação daescória, pela combinacão do CaO comas impurezas do minério de ferro euma certa quantidade de óxido deferro e manganês.

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◦ Logo acima das ventaneiras, emcontato com o coque incandescente,ocorrem as seguintes reações, numafaixa de temperatura que vai de1.200°C a 1.500°C.

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◦ Finalmente, as ultimas reaçõesfundamentais são representadas pelasequações:

◦ Estas ocorrem quando o ferro chega àzona de elevada temperatura da rampa.Forma-se, assim, o ferro gusa, ao qual seincorporam ainda os elementosmanganês, silício, fósforo e enxofre.

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Produção do Ferro GusaOperação do Alto-Forno

◦A escória se origina, na sua quasetotalidade, ao ser alcançada a rampa,a cerca de 1.200°C.

◦ Esse produto caracteriza-se por suagrande fluidez e seu baixo pesoespecífico. Assim, no cadinho, aescória e o gusa líquido separam-sepor gravidade, formando duascamadas: a inferior, ica e a superior, aescoria, facilitando o vazamento deambos os produtos.

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Produção do Ferro GusaProdutos do Alto-Forno

◦O principal produto do alto-forno é o ferro gusa,cuja utilizacao é feita nas aciarias, para onde éencaminhado no estado liquido e transformadoem aço; o ferro gusa é ainda utilizado no estadosolido como principal matéria-prima dasfundicoes de ferro fundido.

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Produção do Ferro GusaProdutos do Alto-Forno

◦Há, pois, vários tipos de ferro gusa. Basicamente,o ferro gusa é uma liga ferro-carbono de alto teorde carbono e teores variáveis de silício,manganês, fósforo e enxofre, devido à naturezadas matérias-primas empregadas no alto-forno eao processo de produção.

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Produção do Ferro GusaProdutos do Alto-Forno

◦De um modo geral, a maioria dos ferros gusaspossíveis de serem obtidos em alto-forno estácompreendida na seguinte faixa de composicoes:

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Produção do Ferro GusaProdutos do Alto-Forno

◦A escoria é, como se viu, o produto do alto-fornoresultante da combinacao dos elementosconstituintes do calcário, com a ganga do minério(impureza do minério de ferro) e as cinzas docarvão. Sua composição varia igualmente dentrode largos limites.

◦ Esse material, depois de solidificado, pode serempregado como lastro de ferrovias, materialisolante etc. Sua mais importante aplicação dá-sena fabricação do chamado "cimentometalúrgico”.

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Produção do Ferro GusaProdutos do Alto-Forno

◦O gás de alto-forno é um subprodutomuito importante devido a seu alto podercalorífico. Sua análise é a seguinte:

◦ Ele é utilizado na própria usina siderúrgicanos regeneradores, fornos diversos deaquecimento, caldeiras etc.

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Produção do Ferro GusaAlto-Forno

◦ Técnicas para aumentar a produção dealto-forno: Com os desenvolvimentostecnológicos, algumas técnicas vêm sendoempregadas com o objetivo de melhorar aeficiência do alto-forno, segue algumasdelas:◦ Elevação da temperatura do ar soprado e

controle de sua umidade;

◦ Injeção de combustível, através das ventaneiras;

◦ Adição de oxigênio no ar;

◦ Operação em alta pressão.

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