Produção do Aço Gusa e Aço

Produção do Aço

Como matéria prima para a produção do aço se emprega o ferro fundido e a sucata de metais ferrosos. Comparado com o ferro fundido, o aço tem uma quantidade menor de carbono e impurezas, devido a elaboração do aço. Os principais métodos de obtenção do aço são:

• Conversores, onde se destaca:

• Bessemer (1855), utilizado para conversão ácida, tendo revestimento ácido de tijolos Dinas (90 a 97% de SiO2). Este revestimento se corrói pelas escórias básicas, motivo pelo qual  somente pode trabalhar com escórias ácidas, e precisa ter conteúdo mínimo de fósforo e enxofre, já que neste tipo de conversor, estas impurezas não se eliminam durante a conversão devido à ausência de escórias básicas. Neste tipo de conversor, a oxidação do silício vai acompanhada do desprendimento de calor necessário para o processo.[pic 1]
• Thomas (1878), utilizado para conversão básica, tendo revestimento de dolomita (MgCO3.CaCO). este processo é utilizado para ferros ricos em fósforo, tem capacidade superior a de Bessemer, por isto além do metal é necessário carrega-lo com cal, e ser pré-aquecido antes. Neste caso, o calor não se produz através da oxidação do silício como no conversor de Bessemer, mas sim como conseqüência da combustão do fósforo.    

No diagrama podemos ver:

                a)   Redução ácida – Bessemer;                   b)   Redução básica – Thomas.

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• Método Martin, que tem como vantagem a possibilidade de transformar em aço não somente ferro fundido liquido, mas também sucata.[pic 3]

 

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Forno elétrico por indução

       

• Fornos elétricos (arco elétrico ou indução).  Possibilitam temperaturas elevadas, o que permite escórias muito calcáreas, que asseguram a eliminação quase completa do fósforo e do enxofre, além da diminuição considerável da queima do metal e de elementos especiais (adeção), devido ao fato de não existir chama oxidante.

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Vamos comparar os três métodos.

Conversor de Bessemer (1855) Consiste em soprar ar comprimido ao ferro fundido derramado.	Método Martin	Fornos elétricos Podem ser de indução ou arco elétrico.
Chapas de aço rebitadas de 15 a 30mm de espessura. Revestida de material refratário espessura de 300mm. Até 30 toneladas. Fundo com cerca de 300 orifícios. Aquecido, e depois carregado em até 1/3 de seu volume.	Comprimento 25m, largura 7m. Capacidade de 20 a 500 toneladas. A quantidade de aço obtido por 1m2 da soleira do forno em 24 horas é elevada, podendo chegar a 12 toneladas.	Capacidade pode alcançar até 180 toneladas. A duração da fundição por arco elétrico depende da capacidade do forno, e da composição da mistura a transformar, variando de 2 a 8 horas.
Segundo a composição química, o ferro fundido ao transformar, realiza-se a conversão acida ou básica. O material refratário do conversor é feito de tijolos ácidos refratários, 90 a 97% de SiO2. O revestimento acido se corrói pelas escórias básicas, por isso, somente podemos aplicar este método em ferros fundidos siliciosos que produzam escóriasáacidas;	O material refratário usado para revestir os fornos Martin podem ser ácidos ou básicos. As abobadas e cabeças dos fornos ácidos  e básicos são feitas de tijolos de cromo e manganês que suportam bem as mudanças repentinas de temperatura.	Caixa de chapas grossas de aço, revestimento com tijolos refratários. A corrente fornecida pelos transformadores alimenta os eletrodos.
1o. Período: com a ação mecânica do ar no ferro fundido começa a oxidação enérgica das impurezas do ferro em conseqüência da ação mutua entre o oxido de ferro formado, o silício e o manganês que há no ferro. A oxidação do silício vai acompanhada por um desprendimento de calor consideravelmente, aumentando bruscamente a temperatura de fundição. 2o. Período: com o aumento da temperatura ate 1500 ºC, inicia a combustão interna do carbono. O monóxido de carbono que se forma provoca uma enérgica ebulição do banho. 3o. Período: aparece uma fumaça parda, indicio da oxidação enérgica do ferro. Reduz-se pouco a pouco a entrada de ar. Depois de soprado com ar o metal contem uma quantidade maior de oxido ferroso dissolvido, que piora bruscamente sua qualidade. Para a desoxidação do aço introduzem-se ferros-ligas como o ferro-manganês. De acordo com a quantidade de ferro fundido especial que se introduz, obtém-se um aço com o conteúdo exigido de carbono. O processo de fornecimento de ar dura de 10 a 15 minutos.	Num espaço ativo do forno se funde a mistura carregada, que pode ser ferro fundido, mas também pode ser sucata de todo gênero de metais ferrosos. Uma mistura de combustível e ar incendiada se inflama e dá uma chama comprida e baixa que aquece o espaço ativo do forno até 1200o C, enquanto os gases de escape aquecem regeneradores, que serão utilizados com uma inversão de válvulas para que o ar e o combustível passe por eles. Com esta mudança nas válvulas, o ar e o combustível mudam de direção, passando pelo grelhado aquecido, e entram no espaço ativo do forno entre 1100 e 1200o.C. ao entrar com esta temperatura no forno, o ar e o combustível se queimam elevando a temperatura do forno a 1800o.C. Quando se trabalha com combustível liquido, necessitam somente de 2 regeneradores para aquecer o ar. Carrega-se o forno com o material sólido, e uma vez aquecido despeja-se o ferro fundido em estado liquido. Durante op processo se efetuam varias analises que dão uma idéia aproximada da composição do aço. Podendo adicionar ferro-cromo, ferro-vanadio para obter ligas especiais de aço. O processo dura de 20 a 30 minutos.	Indução: o crisol refratário (1) tem um enrolamento de tubo de cobre (2) pelo qual circula a água de refrigeração. Ao passar pelo enrolamento uma corrente de alta freqüência (500 a 2000 Hz) proporcionada por um gerador especial, excita no metal (3) correntes parasitas que o asquecem rapidamente ate a sua fusão. Nestes fornos se transformam misturas de materiais bastante puros, e minusciosamente escolhidos. Devido a alta velocidade do processo o metal tarda em oxidar-se. Sua capacidade não passa de 8 toneladas. São utilizados na produção de aço perfildao e fusão de aços de alta liga.(aços resistentes a altas temperatura, aços inoxidáveis, etc..) Arco elétrico: utilizam o calor de um arco elétrico. Arco indireto: os eletrodos se situam acima do espelho do banho, e os materiais se fundem pelo calor do arco excitado. Arco direto: a fusão se efetua devido ao calor do arco elétrico que surge entre os eletrodos e o banho. Pode fundir sucatas, ferro fundido, fundentes, desoxidantes e ferro-ligas. Sendo a matéria prima mais importante a sucata de aço.
Vantagem: alta capacidade de conversão; dimensões consideravelmente pequenas; simplicidade; não necessita de combustível (sua alta temperatura se consegue graças ao calor que se desprende no processo de oxidação dos elementos; isto assegura um baixo custo. Desvantagens: impossibilidade de transformar uma quantidade considerável de sucata; as fundições devem ser de uma composição determinada; perda considerável do metal ao queimar-se (5 a 10%); dificuldade de regular o processo; conteúdo elevado de óxido de ferro e nitrogênio no aço, o que piora as suas propriedades. Utilização: pertence aos aços de qualidade corrente; chapas de aço, tubos soldados, perfis laminados de construção, arame, produtos cuja obtenção exige grande quantidade de material barato.	Possibilidade de se conseguir aço carbono e aço liga de alta qualidade, que corresponde exatamente a composição química dada. Por sua densidade e homogeneidade é inferior aos aços fundidos em fornos elétricos, mas muito mais barato que estes, Utilização: Ácidos: maquinarias de alta resistência. Básicos: construção geral de maquinarias, transporte ferroviários, construção de pontes, construção civil.	Método muito vantajoso em comparação aos anteriores, devido ao fato de não existir chama oxidante, a diminuição da queima de metais é considerável, é possível obter no espaço de fusão uma temperatura elevada, o que permite ter escorias muito calcarias, assegurando a eliminação quase completa de  impurezas como o fósforo e o enxofre. São utilizados na produção de peças moldadas. Ampla utilização nos aços ligas de alta qualidade na produção de maquinaria especial.

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