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O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇO CURSO: TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL PERIODO: NOTURNO PRIMEIRO TERMO - 2º SEMESTRE/2010 DISCIPLINA: TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ORIENTADOR: Prof. Msc. AURÉLIO MOREIRA DA SILVA NETO ALUNO: LUIZ ANTONIO NATALI DE SOUZA 1

Processo de fabricação do aço tecnologia dos materiais - ferro-gusa - alto-forno

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O PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO AÇO

CURSO: TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIALPERIODO: NOTURNO

PRIMEIRO TERMO - 2º SEMESTRE/2010DISCIPLINA: TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

ORIENTADOR: Prof. Msc. AURÉLIO MOREIRA DA SILVA NETO ALUNO: LUIZ ANTONIO NATALI DE SOUZA

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RESUMO

O presente trabalho tem como objetivo um resumo do processo de

fabricação do aço.

Desde o inicio das primeiras civilizações o homem utiliza o ferro como

matéria-prima na fabricação dos mais variados utensílios.

Hoje o aço esta presente no nosso cotidiano de tal forma que seria

impossível a humanidade ter se desenvolvido aos níveis tecnológicos atuais sem

o emprego da tecnologia de redução do ferro para a obtenção do aço

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 42 HISTÓRIA DO AÇO 43 PROCESSO SIDERÚRGICO – INTRODUÇÃO 53.1 MATÉRIAS-PRIMAS PARA SIDERURGIA 63.2 O MINÉRIO DE FERRO 63.3 CARVÃO-COQUE 73.4 FUNDENTE 73.5 PRODUÇÃO DO FERRO-GUSA: ALTO-FORNO 73.6 REDUÇÃO 84 ACIARIA 85 LINGOTAMENTO CONTINUO 96 LAMINAÇÃO A QUENTE 96.1 TENSÕES RESIDUAIS 107 LAMINAÇÃO A FRIO 108 PRODUTOS LAMINADOS 109 CONCLUSÃO 1110 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 12

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1- Introdução

Nos dias atuais é impossível de imaginar a sociedade sem o uso do aço. A produção do aço é um forte indicador do desenvolvimento de um país, pois seu consumo cresce proporcionalmente ao desenvolvimento desse país.

Fabrica-lo exige técnicas que precisam ser renovadas de forma cíclica,por isso o investimento constante das siderúrgicas em pesquisa e aperfeiçoamento da produção do aço.

2 – História do Aço

Há cerca de 4.500 anos, o ferro metálico usado pelo homem rea encontrado in natura em meteoritos recolhidos por tribos nômades na Asia Menor. Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro por volta de 6.000 a 4.000 a.C. Ele teria surgido por acaso quando pedras do minério de ferro usadas para proteger um fogueira, teriam fundido-se com o calor do fogo.

O ferro passou a ser usado com frequência, partir do momento em que descobriu-se como extrai-lo do seu minério em torno de 1.500 a.C, provavelmente no Oriente Médio. Do primeiro milênio da era Cristã o ferro difundiu-se para toda bacia do Mediterrâneo.

O uso do ferro promoveu grandes mudanças na sociedade. A agricultura desenvolveu-se rapidamente com o uso de novos utensílios. A confecção de armas possibilitou a expansão territorial, o que mudou a face da Europa e do resto do mundo.

O minério de ferro começou a ser aquecido em fornos primitivos, (forno de lupa) para fabricar um quilo de ferro em barras, usava-se de dois a quatro quilos de minério de ferro e cerca de quatro quilos de carvão vegetal. Mas, aos poucos, novas técnicas foram sendo descobertas, tornando o ferro mais duro e resistente a corrosão. Um exemplo disso foi a adição de calcário à mistura de ferro, o que possibilitava melhor absorção de impurezas.

Figura -1 Forno tipo Lupa ou Poço Fechado e a Forja Catalã

Após anos de uso de forno de lupa, surgiu a forja catalã (considerada o embrião do alto-fornos utilizados até os dias de hoje). Ela apareceu na Espanha e foi utilizada durante toda a idade média.

Era uma lareira de pedras e foles que inflavam a forja de ar, o que aumentava a temperatura e com isso era possível obter ferro no estado liquido.

Em torno de 1444, o minério de ferro passou a ser fundido em alto-fornos, processo que é usado até hoje. As temperaturas atingidas nesses fornos eram ainda maiores o que

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permitia maior absorção de carbono o que tornava o ferro e as ligas de aço ainda mais duras e resistentes. Na ocasião a produção diária de um forno chegava há cerca de 1.500 kg.

Figura – 2 Seção transversal de um Auto-forno moderno

A grande mudança só ocorreu em 1.856 quando se descobriu como produzir o aço. Isso porque o aço é mais resistente que o ferro fundido e pode ser produzido em grandes quantidades.

Em meados do século XIX as siderúrgicas foram aumentado seus investimentos em tecnologia de forma a reduzir o impacto da produção no meio ambiente produzindo cada vez mais aço com menos insumos e matérias-primas.

O aço hoje é o produto mais reciclado no mundo, carros, geladeiras, latas, etc... tudo que é feito de aço tornam-se sucatas, que alimentam os fornos das usinas produzindo aço com a mesma qualidade. Alem de disso as empresas siderúrgicas participam de acordos internacionais para preservar o meio ambiente.

2.1 O inicio da siderurgia no Brasil

Quando os portugueses chegaram no Brasil tinham a esperança de encontrar aqui metais preciosos. No entanto nenhum metal foi encontrado, nem mesmo o ferro. Por volta de 1550 foi relatado ao rei, a existência de minério de ferro e prata no interior da Capitania de São Vicente (atual São Paulo).

Afonso Sardinha em 1587 descobriu magnetita na atual região de Sorocaba, interior de São Paulo e de inicio a produção de ferro a partir da redução desse metal.

3- Processo siderúrgico - Introdução

A fronteira entre o ferro e aço foi definida na revolução industrial. Basicamente o aço é uma liga de ferro e carbono.

O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, o minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina.

O carbono é também relativamente abundante na natureza. Na siderurgia usa-se o carvão mineral, e em alguns casos o carvão vegeta.

Antes de serem levados ao auto-forno, o minério de ferro e o carvão são previamente

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preparados para melhoria do processo. O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado para obtenção do coque.

No processo de redução o ferro se liquefaz e é chamado de Ferro-gusa. Ainda em estado liquido o ferro é levado para aciaria onde é transformado em aço. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos. Finalmente, o aço é laminado. O aço em processo de solidificação é deformado mecanicamente para ser transformado em produtos utilizados pela industria de transformação como chapas grossa e finas, barras, bobinas, perfilados, etc.

3.1 - Matérias-primas para a Siderurgia

As matérias-primas para a industria siderúrgica são:− Minério de Ferro;− Carvão− CalcárioOutras matérias-primas, minérios principalmente, são igualmente importantes

principalmente o manganês pela sua presença em todos os processos siderúrgicos.

Figura – 3 Matérias-primas para fabricação do aço 3.2 – O Minério de Ferro.

Os minerais que contem ferro em quantidades considerareis são os óxidos. Os principais óxidos de ferro são:

− Magnetita (oxido ferro-ferroso) com 72,4% de Fe− Hematita (oxido férrico) com 69,9% de Fe− Limonita (oxido hidratado de ferro) com 48,3% de Fe

3.2.1 - Beneficiamento do minério de ferro.

O beneficiamento tem por objetivo tornar o minério mais adequado para utilização nos auto-forno. As operações de beneficiamento geralmente são a sintetização, a pelotização, a briquetagem e a nodulização. As principais são ao sintetização e pelotização.

3.2.2Sintetização.

Consiste em aglomerar finos de minério de ferro, numa mistura com aproximadamente 5% de um carvão finamente dividido, coque ou antracita. O “sinter” deve ser convenientemente resfriado para poder ser facilmente manuseado.

A qualidade do “sinter” pode ser ainda mais melhorada se ao mesmo for incorporado um fundente (calcário) de modo a evitar a carga direta no auto-forno.

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3.2.3 Pelotização.

Este é o mais novo processo de aglomeração e talvez o de maior exito. Neste Processo produzem-se inicialmente “bolas” ou “pelotas” cruas de finos de minério. As vezes adiciona-se uma pequena quantidade de um combustível, de modo a ter-se um suprimento parcial de calor. Finalmente, outros aditivos podem ser incluídos como barrilha, calcário ou dolomita, com fim de aumentar a resistência das pelotas.

3.3 Carvão-coque

O Coque é obtido pelo processo de coqueificação. A coqueificação consiste, em principio no aquecimento a altas temperaturas, em ausência do ar durante um período de 18 horas, onde é liberada substancias voláteis do carvão mineral. O produto resultante, o coque, é um material poroso com elevada resistência mecânica, alto ponto de fusão e grande quantidade de carbono.

O coque, nas especificações requeridas é encaminhado ao alto-forno e os finos do coque são encaminhados a sintetização e à aciaria.

3.4 Fundente

A função do fundente é combinar com as impurezas do minério e com as cinzas do carvão, formando as chamadas “escórias”. O principal fundente é o calcário.

3.5 – Produção do Ferro-Gusa: Alto-forno

O alto-forno constitui ainda o principal aparelho utilizado na metalurgia do ferro. A partir dos primeiros fornos rudimentares, novos aperfeiçoamentos técnicos estão sendo introduzidas e a capacidade diária esta se aproximando das 10.000 toneladas de ferro-gusa em 24 horas.

Figura – 4 Seção transversal da instalação de um alto-forno, incluindo o equipamento auxiliar principal.

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3.6 - Redução

Esta parte do processo de fabricação do aço consiste na redução do minério de ferro, utilizando o coque metalúrgico e outros fundentes, que misturados com o minério de ferro são transformados em ferro-gusa.

A reação ocorre no equipamento denominado auto-forno, e constitui uma reação exotérmica. O resíduo formado pela reação a escória, é vendida para a industria de cimento.

Após a reação o ferro, o ferro-gusa na forma liquida é transportado em vagões revestidos com material refratário (carros-torpedos) para uma estação de dessulfuração, onde são reduzidos os teores de enxofre, a níveis aceitáveis. Também são feitas análises de composição química da liga (carbono, silício, manganês, fosforo, enxofre) e a seguir o ferro-gusa é trasportado para à aciaria, onde será transformado em aço.

4 – Aciaria

Figura – 5 Fluxo simplificado da produção do aço.

Na aciária, o ferro-gusa é transformado em aço através da injeção de oxigênio puro sob pressão no banho de gusa líquido, dentro de um conversor. A reação, constitui na redução da gusa através da combinação dos elementos de liga existentes (silício, manganês) com o oxigênio soprado, o que, provoca uma grande elevação na temperatura, atingindo aproximadamente 1.700° C.

Figura – 6 Refino do ferro-gusa e sua transformação em aço

Os gases resultantes do processo são queimados logo na saída do equipamento e os

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demais resíduos indesejáveis são eliminados pela escória, que fica na superfície do metal.

Após outros ajustes finos na composição do aço, este é transferido para a próxima etapa que constitui o lingotamento continuo.

5 – Lingotamento contínuo

No processo de lingotamento continuo o aço liquido é transferido para moldes onde se solidificará. O veio metálico é continuamente extraído por rolos e após resfriado, é transformado em placas rusticas através do corte.

Figura – 7 Lingotamento contínuo

6 – Laminação a quente.

Posteriormente, os lingotes devem passar pelo processo de laminação, podendo ser quente ou frio, onde se transformarão em chapas através da diminuição da área da seção transversal. Na laminação a quente, a peça com aproximados 250 mm é aquecido é submetido a deformação por cilindros que a pressionarão até atingir a espessura desejada.

Figura 8 Processo de laminação a quente

Os produtos laminados a quente podem ser:

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.Chapas grossas:espessura: 6 a 200 mmlargura: 1000 a 3800 mmcomprimento: 5000 a 18000 mm

.Tiras:espessura: 1,2 a 12,50 mmlargura: 800 a 3800 mmcomprimento padrão: 2000, 3000 e 6000mm

6.1 – Tensões Residuais

Devido ao resfriamento desigual das peças, chapas e perfis laminados a quente, apresentam tensões que permanecem após o completo resfriamento. Em chapas por exemplo, as bordas se solidificam mais rapidamente que o centro servindo como um quadro que impedira a retração da peça como um todo, fazendo com que o centro da pela permaneça tracionado. A norma NBR 8800 fixa essa tensão em 115 MPa.

7 – Laminação a frio

Ao contrário do processo de laminação a quente as peças laminadas a frio são normalmente mais finas, com melhor acabamento e sem a presença de tensões residuais.

.Dimensões:espessura: 0,3 a 3 mmlargura: 800 a 1600 mmcomprimento padrão: 2000, 2500 e 3000 mm

8 – Produtos Laminados

Ao final de todo o processo preparação das matérias-primas, produção do gusa (alto-forno), aciaria (produção do aço) e por fim sua conformação (laminação do aço) temos os mais diversos produtos para aplicação na industria metalúrgica, na construção civil, entre outras.

Figura – 9 Produtos finais do aço para diversos usos.

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9 – Conclusão

Com o presente estudo foi possível avaliar que o processo de fabricação do aço laminado que conhecemos está muito alem de sua conformação, passando por uma cadeia produtiva que vai desde a extração do minério de ferro, sua redução no alto-forno, e esse transformado em aço na aciária até ser laminado. O reaproveitamento do aço da sucata é uma grande e vantajosa alternativa para a produção do aço, pois gera uma economia grande de matérias-primas e energia, alem de reduzir significantemente o impacto ambiental desta atividade.

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10- Referências bibliográficas:

Instituto Aço Brasil (antigo Instituto Brasileiro de Siderurgia – IBS) acesso no dia 19/09/2010 12:00hwww.acobrasil.org.br

Chiaveirni, Vicente.Tecnologia Mecânica – Materiais de Construção Mecânica – Vol.III 2. ed. - São Paulo: McGraw-Hill, 1986.

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