Os Materiais de Construção II

Capítulo 2 - Ligas Metálicas de Engenharia

2.1 Produção de Ferros e Aços

Produção do Ferro

-O ferro apresentava-se, em geral, relativamente dúctil, mole, maleável e podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas elevadas;

-Processos de “redução direta”, sem que se formasse ferro inteiramente líquido (estado pastoso, misturado com impurezas do minério);

-Ao adicionar uma certa quantidade de carbono, revelou-se um material mais duro e mais resistente;

-O processo clássico e mais usado para a redução do minério de ferro é o do “alto-forno”: liga ferro-carbono “ferro gusa” no estado líquido é encaminhado à “aciaria’ onde é transformado em aço. Este é vazado na forma de lingotes e submetidos à transformação mecânica, por intermédio de laminadores, resultando em blocos/tarugos/placas. Estes são finalmente transformados em formas estruturais como “tês”, “duplos tês”, “cantoneiras”, etc.

Matérias-primas da Indústria Siderúrgica

Minério de ferro

-Constitui a matéria prima essencial, pois dele se extrai o ferro.

-Os minerais com grande quantidade de ferro são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos;

-Principais óxidos: Magnetita (óxido ferroso-férrico), Hematita (óxido férrico) e Limonita (óxido hidratado de ferro);

Processos de Aglomeração

-Melhora a permeabilidade da carga do alto-forno, reduz consumo de carvão e acelera o processo de redução. Além disso reduz a quantidade de material “pulverulento” ou “finos” que o alto-forno emite no sistema de recuperação de gases;

Sinterização

-Aglomeração de finos de minério de ferro numa mistura com aprox. 5% de um carvão finamente dividido, coque ou antracita;

-Carga é colocada em grelhas que se movem a uma velocidade e, num próximo ao fim de percurso das grelhas, a carga é aquecida superficialmente, por intermédio de queimadores de gás;

-A medida que a mistura se movimenta, exaustores colocados debaixo da carga retiram o ar, de modo a queimá-la;

-A temperatura atingida (1300 a 1500ºC) promove a ligação das partículas finas do minério, resultando um produto uniforme e poroso (sínter);

-O sínter deve ser resfriado para poder ser facilmente manuseado;

Pelotização

-Produzem-se “pelotas” cruas de finos de minério de alto teor ou de minério concentrado;

-Adiciona-se cerca de 10% de água e “bentonita” em proporção de 0,5 a 0,75% da carga;

-Por vezes adiciona-se combustível sólido, afim de ter um suprimento de calor

-Barrilha, calcário ou dolomita são adicionados para aumentar a resistência das pelotas;

-Após serem obtidas as pelotas cruas, as mesmas são queimadas;

-Na utilização de um forno rotativo, dispensa-se a adição de combustível;

Carvão

-Combustível utilizado no alto-forno, coque ou de madeira, age em 3 sentidos: fornecedor do calor para a combustão, fornecedor do carbono para a redução do óxido de ferro e fornecedor do carbono como principal elemento de liga do ferro gusa;

-O coque e o carvão de madeira permitem maiores temperaturas no forno, por serem menos inflamáveis;

Carvão Coque

-Obtido pelo processo de “coqueificação”, que consiste no aquecimento do carvão mineral a altas temperaturas, com ausência de ar;

-O carvão mineral é constituído dos restos de matéria vegetal que se decompôs com o tempo;

-O tipo betuminoso é o mais adequado para a produção de coque pelo processo de coqueificação;

-Processo de Coqueificação: carvão mineral é introduzido nas câmaras de coqueificação, constituídas de material refratário e são aquecidas externamente. São unidas formando uma “bateria”, na qual constitui o forno de coqueificação. Os gases oriundos da combustão servem como combustível. Nessas câmaras localizam-se “câmaras de regeneração”, constituídas de um empilhamento de tijolos refratários, para armazenar o calor dos gases queimados, aquecendo assim o ar necessário para combustão.

Carvão Vegetal

-Fabricado mediante pirólise da madeira (quebra das moléculas que constituem a madeira em moléculas mais simples, mediante calor);

-Possui baixa resistência mecânica, de modo que os altos-fornos de carvão vegetal possuem capacidade menor que os baseados em coque;

Fundente

-Combina-se com as impurezas (ganga) do minério e com as cinzas do carvão, formando as “escórias”;

Construção do Alto-Forno

-O alto-forno compreende uma fundação e um forno propriamente dito (cadinho, rampa e cuba);

-Cadinho: é onde se acumulam o metal fundido e a escória. Possui forma cilíndrica e é construído em chapa grossa de aço, revestido internamente de material refratário. Entre a chapa e o revestimento possui tubos por onde circula água, afim de refrigerar o material;

-Rampa: formato tronco-cônico, corresponde à zona mais quente. Necessita de resfriamento externo de placas metálicas onde circula água;

-Cuba: formato tronco-cônico, constituída de um revestimento de tijolos refratários de grande espessura, devido ao desgaste. Suporta o peso e os esforços mecânicos que se verificam no topo do forno, transmitindo às fundações;

Produtos do alto-forno

-Principal produto: ferro gusa, utilizado no estado sólido como principal matéria-prima das fundições de ferro fundido

Produção de gusa em alto-forno

-A maior parte do ferro é extraído a partir dos minérios de ferro em altos-fornos. Num alto-forno, o coque (carbono) atua como agente redutor dos óxidos de ferro originando gusa, que contém cerca de 4% de carbono, juntamente com outras impurezas;

- A gusa do alto-forno é geralmente transferida no estado líquido para um forno de produção de aço.

Fabricação do Aço
-Ferro gusa é transformado em aço através do processo de oxidação, utilizando-se agentes oxidantes
-Processos pneumáticos: agente oxidante é ar ou oxigênio;
-Processos Siemens-Martin, elétrico, duplex, etc.: agentes oxidantes são substâncias sólidas contendo óxidos;
-Processos ácidos: remove-se/diminui-se facilmente os elementos carbono, silício e manganês (não ocorre com fósforo e enxofre)
-Processos básicos: todos os elementos acima podem ser reduzidos aos valores desejados;