Alto Forno

Alto forno - Definição

O alto-forno é um forno de cuba ou fornalha com 20 a 30 metros de altura, com a forma de dois troncos de cone unidos pelas suas bases (cuba e ventre) e fechado na parte inferior pelo cadinho com a soleira.

Tem como finalidade a fusão dos minérios de ferro, hematite (Fe2O3) e magnetite (Fe3O4) e obtenção de ferro-gusa e escória.

Para a obtenção da gusa a partir do minério de ferro, adiciona-se coque como combustível que vai permitir efetuar a separação de ferro do oxigênio no minério e calcário (ou castina) como fundente das gangas (minerais sem interesse metalúrgico). A função do fundente é a de separar o minério da ganga. O fundente é escolhido em função da ganga. As matérias-primas (minério+ganga, coque e fundente) são introduzidas pela parte superior do forno, normalmente através de uma tremonha rotativa. O ar aquecido entre os 100º C a 1350º C nos regeneradores de calor é injetado através de tubos situados na parte superior do cadinho e tem como funções permitir a combustão do coque e provocar o aquecimento das matérias-primas. Os gases redutores formados (monóxido de carbono) atravessam totalmente as matérias-primas no sentido ascendente e reduzem o mineral, que se encontra em diferentes graus de oxidação. Simultaneamente, as matérias-primas são aquecidas pelos gases ascendentes.

No ventre, um pouco acima do nível dos tubos, o ferro reduzido (esponja de ferro) e a escória (subproduto constituído por gangas e por cinzas do coque) entram em fusão e escorrem para o cadinho, onde a escória, menos densa, passa a flutuar sobre a gusa. À medida que vai descendo, a gusa, por contacto com o coque, vai-se enriquecendo em carbono. Os intervalos regulares procedem-se à sangria (tubos de escoamento), tanto da gusa como da escória, que vertem dos respectivos furos de sangria. A gusa pode ser transferida diretamente num misturador-forno, que a mantém no estado líquido e a transporta para a aciaria onde vai ser moldada em lingotes. Os rendimentos de um alto-forno moderno, com cadinho de 9,7 m de diâmetro, são de cerca de 4500 toneladas por dia de gusa e 380 kg de escória por tonelada de gusa.

Histórico do Alto Forno

Antiguidade

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construídos no China da dinastia Han, no Século I a.C., embora os artefatos férreos encontrados neste país datem do Século V a.C. - o que torna possível acreditar-se que a história dos altos-fornos na China seja mais antigo do que atualmente se supõe. Estes fornos primitivos possuíam paredes de barro com grande quantidade de minerais fosfóricos.

Enquanto se acreditava por muito tempo que os chineses haviam desenvolvido o método de derretimento do ferro, Donald Wagner (mesmo autor da referência anterior), publicou novo trabalho, o que substitui algumas de suas afirmações de seu trabalho anterior. Nesta pesquisa mais recente o autor coloca a data dos primeiros artefatos de fundição entre os séculos IV e V a.C., mas também cogita de evidências de que o uso dos fornos de fundição tenha se difundido para o ocidente. Ele sugere, também, que os alto-fornos primitivos teriam se evoluído a partir dos fornos para derretimento do bronze.

Europa Antiga

O ferro foi fundido pelos gregos, celtas, romanos e cartagineses da Antiguidade. Foram encontrados vestígios variados na França (antiga Gália). Materiais encontrados na atual Tunísia sugerem seu uso por ali, como também na Antioquia durante o período helenístico. Embora seja pouco conhecido o seu uso durante a Idade Média, o processo provavelmente continuou em uso. A fundição aperfeiçoada recebeu o nome de forja catalã, e foi inventada na Catalunha, na atual Espanha, durante o século VIII. Em vez de usar a estrutura de ventilação natural, adicionou o sistema de foles para bombear o ar no interior. Isso permitiu a um tempo produzir um ferro de melhor qualidade, como aumentou-lhe a capacidade. É reconhecido que os monges cistercianos, que eram bons engenheiros e qualificados metalúrgicos, tinham conseguido produzir um verdadeiro aço, sendo considerados os inventores do alto-forno na Europa.

Idade Média

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construídos na Suécia ocidental, em Lapphyttan, e o complexo esteve ativo entre os anos de 1150 a 1350. Em Noraskog, no município sueco de Järnboås foram encontrados restos de alto-fornos datados de antes desse período, provavelmente por volta de 1100. Isso constitui um fato obscuro, e será possivelmente impossível determinar se o alto-forno foi desenvolvido indepentemente na Suécia medieval, ou se este conhecimento foi-lhes transmitido de alguma forma, da Ásia. Estes primitivos fornos, a exemplo dos chineses, eram extremamente ineficientes, se comparados com os atuais. Era utilizado o ferro das minas de Lapphyttan para a produção de bolas de ferro forjado, conhecidas como osmonds, e que eram internacionalmente comercializadas - uma possível referência disso encontra-se em um tratado com Novgorod, de 1203, além de várias referências certas nas contas alfandegárias inglesas entre os anos de 1250 a 1320. Foram também identificados fornos dos séculos XIII a XV na Westphalia.

Podem ter sido também transmitidos os conhecimentos dos avanços teconológicos promovidos pela Ordem de Cister, inclusive do forno de produção do aço. Um alto-forno medieval (e o único identificado fora da Inglaterra, e que se acreditou conter avanços semelhantes aos alto-fornos modernos) foi identificado por Gerry McDonnell, arqueometalúrgico da University of Bradford. Ela localizava-se em Laskill, uma estação externa da Abadia de Rievalux, produtora de aço. Sua data, entretanto, não é precisa; ela certamente não sobreviveu à dissolução dos monastérios, promovida na década de 1530 por Henrique VIII - razão pela qual esse conhecimento não se espalhou para além de Rievaulx.

A data de operação do forno não apenas não está clara, como também é possível não haver sobrevivido por muito tempo, de acordo com registros do Conde de Rutland, em 1541.

Tipos de Alto Fornos

Fornos Cubilô

A palavra cubilô procede da palavra latina “cupa”, que significa cuba. Um forno cubilô pode ser definido sucintamente como uma cavidade revestida de refratário com as aberturas necessárias na parte superior para o escape dos gases e para a carga de materiais, e no fundo para a entrada de ar e retirada do ferro fundido e escoria.

O derretimento de cúpula é reconhecido como processo de fundição mais econômico. A maioria do ferro