Processo de Fabricação do Aço

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - CAMPUS JOINVILLE[pic 1]

CENTRO DE ENGENHARIAS DA MOBILIDADE

CURSO DE ENGENHARIA NAVAL

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO EMB5012 - 2015/1

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DAS CHAPAS DE AÇO USADAS NOS CASCOS DE NAVIOS

Giovani S. M. Martins, Hendrick Souza, Jeniffer F. Kopetski

Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC

RESUMO

A estrutura de um navio é composta de diversos elementos. O casco, sendo uma destas estruturas, é responsável pela proteção contra impactos e por manter o navio estanque. Este, por sua vez, é composto de várias placas de aço. O processo de fabricação das chapas aço será abordado neste trabalho, discorrendo cada etapa do processo, abordando desde a extração da matéria prima até o produto final. Sabendo da importância do casco, deve-se ter muito mais controle no processo para garantir as propriedades mecânicas adequadas e devidas atenção aos riscos.

Palavras chave: chapa de aço, fabricação, etapas, propriedades mecânicas.

1.0 INTRODUÇÃO

Um processo de fabricação pode ser entendido como um conjunto de etapas cujo objetivo é transformar matéria prima em produtos finais utilizáveis e rentáveis, quando inseridos no mercado. Esse processo envolve interações entre materiais, máquinas, pessoas e energia, começando com a criação de peças individuais que irão finalmente constituir, através de operações de montagem, um produto final.

O aço, cuja fabricação é o objeto de estudo deste trabalho, é uma liga metálica formada principalmente de ferro e carbono, sendo posteriormente usado para produzir outras ligas. Ele possui inúmeras aplicações práticas e está diretamente envolvido em nosso cotidiano.

Neste trabalho o foco está na aplicação do aço em cascos de navios. Para este fim o aço deve conter de 0,15 a 0,23 por cento de carbono, e razoavelmente um alto teor de manganês, já o enxofre e o fósforo no aço devem estar em concentrações menores que 0,05%. Além disso, fatores como resistência a corrosão, tensão, vida útil e ductilidade são características que devem ser levadas em conta na escolha do aço para o casco do navio.

O processo de fabricação do aço, bem como sua aplicação em cascos de navios, será discutido com maior detalhamento ao longo deste trabalho.

2.0 FABRICAÇÃO DAS CHAPAS DE AÇO

A primeira etapa deste processo consiste na produção do aço (siderurgia). O aço é basicamente uma liga de ferro e carbono. Este processo siderúrgico pode ser dividido em quatro grandes partes:

            a) Preparo das Matérias-Primas (Coqueira e Sintetização)

            b) Produção de Gusa (Alto-forno)

            c) Produção de Aço (Aciaria)

            d) Conformação Mecânica (Laminação)

2.1 Matérias primas

As principais matérias-primas necessárias para a obtenção do aço são: o minério de ferro, principalmente a hematita, e o carvão mineral. Ambos não são encontrados puros na natureza, sendo necessário então um preparo para reduzir o consumo de energia e aumentar a eficiência do processo.

Os minérios de ferro mais utilizados são: hematita (Fe2O3), limonita (Fe2O3.2H2O), magnetita (Fe3O4), dentre outros. Os sulfetos de ferro, como a pirita (FeS2), são abundantes na natureza, mas não servem para a extração e produção do ferro, pois o enxofre é um dos elementos mais prejudiciais às propriedades do ferro e do aço.

O coque ou carvão vegetal funciona como agente redutor e combustível do processo. Ele queima produzindo o calor necessário ao funcionamento do forno, e produz também o CO que é o principal redutor do minério de ferro.

Ainda temos o fundente, usando-se geralmente, o calcário (CaCO3). Considerando que as impurezas do minério de ferro são, em geral, sílica (SiO2) e silicatos de difícil fusão, com a utilização do calcário, teremos como produto da reação, o CaSiO3, o qual formará escória, que será retirada na parte inferior do forno.

[pic 2]

As matérias primas são levadas por caçambas e introduzidas na parte superior do alto-forno.

2.2 Alto Forno

Esta etapa é muito importante, pois nela ocorre a remoção do oxigênio do ferro.  As impurezas presentes no minério de ferro são removidas com seu aquecimento -juntamente com carvão mineral e outras substâncias.

[pic 3]

Alto forno

O alto-forno é um forno especial com revestimento para resistir a altas temperaturas (mais de 1200 °C). Desse processo de aquecimento resulta o ferro-gusa, o qual é utilizado na produção do aço, além da escória, constituída de impurezas que são removidas, podendo ser usadas na fabricação de cimento.

[pic 4]

Entradas e saídas do alto forno

2.3 Aciaria

O ferro gusa contém elevados teores de carbono (4,5%), além de várias impurezas (P e S). Ele é duro e quebradiço, desta forma, não pode ser conformado, sendo usado somente na fabricação de peças de grande espessura. Devido a estas características, para fazer com que o ferro gusa se torne aço, são necessários algumas etapas: extrair o carbono do ferro gusa, tirar as impurezas e aumentar a temperatura do metal líquido.

Para retirada do enxofre do gusa é feita a dessulfuração. Neste processo, é injetado um pó dessulfurante rico em magnésio e cal, juntamente com nitrogênio. Cada dessulfuração gasta em média 10 minutos, e abaixa a taxa de enxofre para os níveis adequados.

[pic 5]

Dessulfuração

Mediante o ajuste da porcentagem de enxofre, o ferro gusa está pronto para o processo LD. Este, tem o intuito de reduzir os teores de carbono e fósforo do gusa, além de aumentar a temperatura do metal líquido. Podemos demonstrar o que ocorre nesta etapa com a seguinte equação:

[pic 6]

Reações do processo

O gusa líquido possui um grande calor contido, o qual somado ao calor gerado pela oxidação dos elementos (C, Si, Mn e etc.) são as fontes de energia para fundir a sucata. Esta sucata de aço é utilizada como material refrigerante para o sistema. É exercido um sopro de oxigênio, o qual é responsável por transformar o gusa em aço, que dura aproximadamente 20 minutos e eleva a temperatura do banho metálico até aproximadamente 1700°C.

[pic 7]

Processo LD

[pic 8]

Processo LD - Carregamento do Gusa