Produção de ferro fundido

Produção de Ferro Fundido

Metais ferrosos são ligas de ferro com carbono e outros elementos, tais como o silício, o manganês, o fósforo, o enxofre e outros. Segundo o conteúdo de carbono, as ligas de ferro e carbono se dividem em aço e ferro fundido.

Ferro fundido é uma liga contendo mais que 2% de carbono, indo até 6,7%, geralmente entre 2,5 e 4,5%, obtido nos altos-fornos.

Aço é uma liga que contém até 2% de carbono, geralmente não ultrapassando de 1,4%, obtido a partir do ferro fundido.

Como Matéria Prima para obter o ferro fundido, temos: Minerais de ferro, combustíveis e fundentes.

Minérios de ferro são compostos naturais contendo óxido de ferro e gangas(sílica, alumina, óxido de cálcio e óxido de magnésio). Sua utilidade para a fusão se determina pelo conteúdo de ferro, pela composição da ganga, e pela presença de impurezas prejudiciais, como o enxofre, o fósforo, o arsênico e outras. Os principais minérios de ferro industriais são:

 Magnetita (imã natural), 45 a 70% de ferro em forma de óxido ferroso férrico (Fe3O4), tem propriedades magnéticas, grande densidade e cor negra.

 Hematita (oligisto), 50 a 60% de ferro, em forma de óxido de ferro desidratado (Fe2O3), recupera-se com maior facilidade do que a magnetita, tendo cor avermelhada-enegrecida.

 Limonita, 20 a 60% de ferro em forma de óxido de ferro hidratado (2Fe2O3.3H2O), recupera-se bem, o que torna econômica a obtenção do fero fundido, inclusive com minerais pobres, tem cor parda mesclada.

 Siderita (ferro espático), 30 a 42% de ferro, sendo uma combinação de ácido carbônico com o ferro (FeCO3), recupera-se bem, e tem cor acinzentada com mesclas amareladas.

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O minério de ferro antes de ir para o alto forno passa por um processo de preparo e enriquecimento que influem diretamente no processo de fusão, no consumo de combustível e na qualidade do ferro fundido produzido. As principais fases deste processo são:

 Trituração feita em moinhos de mandíbulas ou de cone;

 Classificação em peneiras de estruturas especiais, saindo pedaços grandes(30 a 100mm) que vão diretamente para a fusão, e os finos que vão para a ustulação;

 Calcinação em fornos especiais para deixar o material poroso, facilitando a recuperação, e livrando o material de algumas impurezas prejudiciais;

 Lavagem com jatos de água para minérios que tem muita argila, areia, terra argilosa, etc...;

 Separação eletromagnética para materiais com propriedades magnéticas;

 Ustulação, onde os pedacinhos do minério de ferro e os ciscos do carvão carregados (1) passam por uma misturadora (2). A mistura do minério de ferro com o carvão é carregada sobre as grelhas dos carros, formando uma camada de 250mm onde carvão se inflama por meio de um queimador (3) fazendo a temperatura se elevar a 1200° - 1300°C, tendo a seguir uma câmara de rarefação (passagem de ar) (4), com que os pequenos pedaços do minério se aglomeram para serem agregados em pedaços maiores porosos adequados para a fusão no alto forno. Isto ocorre em carros (5) movidos por uma roda dentada (6) correndo sobre trilhos (7), que terminam numa peneira de seleção.

Atualmente este processo de ustulação tem sido aplicado no material principal (minério de ferro, combustível e fundente) com o objetivo de obter um aglomerado enriquecido, aumentando assim a capacidade de produção do alto forno, diminuindo o gasto de combustível.

O Combustível é uma matéria orgânica composta de uma parte inflamável e outra não inflamável (lastro). A parte inflamável é composta por carbono e hidrogênio, e ao lastro pertencem a água, as cinzas e o enxofre. É fornecido em pedaços, deve possuir solidez suficiente, resistência ao desgaste, não formar gretas a altas temperaturas, ter alto poder calorífico, ser barato, ter pouca impureza, e produzir pouca cinza. Os principais combustíveis utilizados em altos-fornos são:

 Coque obtido pela destilação seca do carvão-de-pedra (carvão mineral) bastante poroso, com gretas em sua superfície, alto poder calorífico(7000 a 8000 Kcal ⁄ Kg), alta resistência ao esmagamento e desgaste (140 Kg ⁄ cm2) e baixo custo. Sua composição é de aproximadamente 85 a 87% de Carbono, 1,5 a 2% de enxofre, 5 a 6% de umidade e de 10 a 13% de cinzas. Fornecido para o alto forno em pedaços de 30 a 80mm de tamanho.

 Carvão vegetal obtido pela destilação seca da madeira, com poucas cinzas, sem enxofre, poder calorífico menor quando comparado com o coque (6500 a 8000 Kcal ⁄ Kg), baixa resistência ao esmagamento e desgaste (20 Kg ⁄ cm2), alto custo. Sua composição é de aproximadamente 80 a 90% de Carbono, 10 a 12% de (H+O+N) e de 0,6 a 1% de cinzas.

O enxofre, apesar de ao quimar-se produzir calor, é um componente indesejável porque a sua presença piora as propriedades do metal.

Fundentes são substâncias minerais que ao fundir-se com as gangas dos minérios e com as cinzas dos combustíveis produzem escórias facilmente fusíveis. Varia de acordo com o tipo de ganga.

 Quando o material tem como impurezas areia e argila, utiliza-se como fundente a caliça;

 Quando o material tem como impurezas o calcário, utiliza-se como fundentes substâncias que contenham sílica, quartzo, arenito e quartzito.

O ar quente que alimenta o alto forno é conduzido pelo tubo circular (17) para as mangas (11), que tem forma de cotovelos, dos quais o ar é levado para os alcaravizes. O aquecimento deste ar se realiza no Recuperador Cowper, que consta de uma torre revestida de refratário (1) e encerrada em uma caixa de aço(2). No seu interior encontra-se a câmara de combustão (3) e a grelha de tijolos (4). A mistura de gás e ar é fornecida ao alto-forno através dos tubos (5). Esta mistura se queima na câmara de combustão, onde os produtos de combustão aquecidos ao rubro se conduzem para a cúpula (6), e desta, são lançados fora por uma chaminé (7) e pelo grelhado. Depois de aquecer orelhado (2 a 3 horas), termina-se o fornecimento da mistura, fecha-se a chaminé e pelos tubos (8) se abastece de ar frio, que ao passar pelo grelhado se aquece a 800°C e sai pela tubulação condutora (9), abastecendo assim o alto forno.

O ar quente serve o forno por aproximadamente 1 hora, motivo pelo qual precisamos