Fluxograma de processo

        O aço é um material extremamente importante ao ser humano. Suas aplicações vão desde utensílios simples até componentes aeroespaciais. O aço pode ser definido como uma liga de ferro e carbono cuja têmpera (porcentagem em massa de carbono) varia de, aproximadamente, 0,1% a 2%.

        A evolução tecnológica do aço foi lenta e gradual, pois é uma consequência do desenvolvimento e aperfeiçoamento das técnicas de produção de ferro. Há registros de uso do ferro pelas civilizações assíria e babilônia, ainda na Antiguidade. O conhecimento empírico obtido por tentativa e erro acerca dos processos de redução de minério de ferro, ao longo do tempo, resultou em materiais com novas propriedades e aplicações, alavancando a primeira e segunda Revoluções Industriais.

        Esses processos geram como principal produto o ferro-gusa, que contém cerca de 4% de carbono. Tais processos ocorrem em um alto-forno alimentado por combustíveis de alta capacidade calorífica. Portanto, as tecnologias de fundição do ferro mineral foram aprimoradas conforme os avanços nas tecnologias de fornalhas, recipientes, fornecimento de calor, motores mecânicos, entre outras.

        As fornalhas mais antigas, como a fornalha catalã (fig. 1), eram abertas e tanto o minério de ferro como o carvão combustível utilizado na sua fundição eram expostos ao ar. Logo, o processo era de baixa eficiência energética, uma vez que o calor escapava do sistema, dificultando a manutenção de uma temperatura ideal para a fusão do ferro dentro da câmara de fundição. Além disso, o rendimento total era prejudicado, pois não era possível realizar a separação das impurezas de forma eficiente.

        Com a ampliação gradativa das dimensões dos fornos, a construção de sistemas cobertos, o revestimento das câmaras de fundição com materiais refratários, a instalação de dutos de reciclagem de ar quente e o uso de coque como agente redutor e combustível, aumentou-se a eficiência térmica. O surgimento do alto-forno (fig. 2) revolucionou a siderurgia, uma vez que potencializou a produtividade global da operação.

        Em vista da necessidade de novas ligas metálicas com características desejáveis, para diferentes aplicações, desenvolveram-se métodos de purificação do ferro-gusa, já que sua produção estava dominada. Assim, surgiram dois modos principais de purificação: o pneumático e o elétrico.

        O processo pneumático de conversão do ferro-gusa em aço é “aquele em que ar ou oxigênio puro é soprado sob pressão, por ventaneiras submersas ou sobre a superfície do gusa líquido para produzir o aço”1. A injeção de ar, nas condições de altas temperaturas da câmara de conversão, promove a oxidação do excesso de carbono contido no ferro-gusa fundido pela queima de combustível, reduzindo o temperamento da liga a quantidades desejadas.

        O método elétrico de purificação do ferro-gusa consiste em utilizar o calor gerado pela passagem de corrente elétrica entre eletrodos de grafite (arco elétrico) em contato direto com uma mistura de gusa sólido e sucata de aço, submetidos a uma voltagem de 100V a 600V. O calor gerado pelo fluxo elétrico funde o ferro-gusa, cujas partículas de carbono são oxidadas pelo ar circundante ao aparato elétrico, reduzindo assim a concentração de carbono da liga.