Materiais Metalicos

4. MATERIAIS METÁLICOS

São substâncias simples constituídas que apresentam 1 a 3 elétrons no nível mais externo e que, nas combinações químicas, cedem elétrons periféricos transformando-se em cátions.

Apresentam, em linhas gerais as seguintes propriedades:

- Cor e brilho: os metais, com exceção do ouro (amarelo) e cobre (vermelho) apresentam coloração que varia do branco ao cinzento.

- Densidade: Os metais, quanto a densidade, se classificam em leves (densidade menor que 6 – alcalinos, alcalinos terrosos, Mg, Be, Al); e pesados (densidade superior a 6).

- Estrutura cristalina: Característica observada em todos os metais.

- Classificação: Os materiais metálicos são classificados em: Metálicos ferrosos e Metálicos não-ferrosos.

4.1. METAIS FERROSOS

O ferro é um metal cuja utilização pelo homem é muito antiga. As civilizações antigas de Assíria, Babilônia, Egito, Pérsia, China, Índia e, mais tarde, da Grécia e de Roma já fabricavam, por processos primitivos, armas e inúmeros utensílios de ferro e aço.

A importância do ferro como metal é tal que fundamenta a classificação dos materiais metálicos, além de possuir um ramo da ciência dos materiais específico para seu estudo.

Portanto, siderurgia, é a ciência que estuda a metalurgia do ferro (Fé), enquanto que metalurgia é a ciência que estuda a extração dos metais, seus minerais e suas ligas.

Os produtos siderúrgicos comuns são ligas ferro-carbono com teor de carbono compreendido entre 0 e 6,7%, sendo que industrialmente, essa faixa de teor de carbono varia somente entre o e 4,5%.

Os materiais metálicos ferrosos são, portanto, produtos siderúrgicos que se classificam exclusivamente em função do teor de carbono encontrado na liga. Desta forma, os materiais metálicos ferrosos são classificados como:

• Aços  Liga Fe-C cujo teor de carbono varia de 0 a 2,1%C;

• Ferros fundidos  Liga Fe-C com o teor de carbono situando-se entre 2,1 e 6,7%C

A produção dos aços e dos ferros fundidos pode ser definida segundo dois padrões mundiais, cujas estruturas diferem significativamente.

Tem-se, portanto, dois modelos de usinas siderúrgicas:

• Usinas integradas

• Usinas mini-mills

4.1.1.. USINAS INTEGRADAS

As usinas integradas abrangem todas as etapas necessárias para, a partir das matérias-primas, produzir-se ferro e aço. O processo clássico e mais usado para a redução do minério de ferro utiliza o equipamento denominado alto forno, cujo produto consiste numa liga ferro-carbono de alto teor de carbono, denominado ferro gusa, o qual, ainda no estado líquido, é encaminhado à aciaria, onde, em fornos adequados, é transformado em aço. Este é vazado na forma de lingotes, os quais, por sua vez, são submetidos à transformação mecânica, por intermédio de laminadores, resultando blocos, tarugos e placas. Estes, finalmente, ainda por intermédio de laminadores, são transformados em formas estruturais com perfis em “T”, “I”, cantoneiras, trilhos, chapas, tarugos, etc.

O fluxograma apresentado na Figura 4.1, representa esquematicamente, as principais etapas para a fabricação do aço a partir do modelo de processos adotado pelas usinas integradas.

4.1.1.1. Matéria-prima

As matérias-primas básicas da usinas integradas são:

• minério de ferro

• carvão

• calcário

a) Minério de ferro

O minério de ferro constitui a matéria-prima essencial para a manufatura dos processos siderúrgicos.

Os minerais que contêm ferro em quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. Os primeiros são os mais importantes sob a ótica dos processos siderúrgicos. Os principais óxidos encontrados na natureza são:

 Magnetita (óxido ferroso-férrico) de fórmula Fe3O4 , contendo 72,4% Fe.

 Hematita (óxido férrico), de fórmula Fe2O3 , contendo 69,9% Fe

 Limonita (óxido hidratado de ferro), de formula 2Fe2O3 3H2O, contendo, em média, 48,3% Fe.

A magnetita é encontrada principalmente na Suécia, ao passo que a hematita é o minério mais comum, sendo encontrado, en-tre outros países, na França, EUA, Rússia, Índia, Austrália, Canadá e Brasil.

O minério de ferro antes de ser inserido no alto-forno sofre um processo de beneficiamento, que compreende uma série de operações a que os minérios de ferro de várias qualidades podem ser submetidos, com o objetivo de alterar seus característicos físicos ou químicos e torná-los mais adequados para a utilização nos alto-fornos. Essas operações são, geralmente: britamento, peneiramento, mistura, moagem, classificação e aglomeração.

Os processos de aglomeração visam melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzir o consumo de carvão e acelerar o processo de redução. Dentre o processos de aglomeração os mais importantes são: sinterização e pelotização.

b) Carvão

O carvão, utilizado nos alto-fornos, pode ser tanto de origem mineral quanto de origem vegetal. Têm várias funções dentro do processo que são:

• atuar como combustível gerando calor para as reações.

• atuar como redutor do minério, que é basicamente constituído de óxidos de ferro

• atuar como fornecedor de carbono, que é o principal elemento de liga dos produtos siderúrgicos

Da mesma forma que o minério, o carvão também sofre um pré-processamento antes de ser introduzido no alto-forno. Esta operação consiste no processo de coqueificação, que por sua vez consiste no aquecimento a altas temperaturas, geralmente em câmaras hermeticamente fechadas, portanto com ausência total de ar, exceto na saída dos produtos voláteis, do carvão mineral.

c)