Processos Metalúrgicos AULA 1 PRODUÇÃO DE FERRO

Transcrição

1 Processos Metalúrgicos AULA 1 PRODUÇÃO DE FERRO PROF.: KAIO DUTRA

2 A indústria siderúrgica abrange todas as etapas necessárias para, a partir de matérias-primas, produzir-se ferro e aço. O processo clássico e mais usado para a redução de minério de ferro é o do alto-forno, cujo produto consiste na liga ferro-carbono de alto teor de carbono, denominado ferro-gusa. O ferro-gusa é encaminhado para as aciarias onde, em fornos adequados, é transformado em aço. Este é vazado na forma de lingotes os quais, por sua vez, são submetidos transformações, resultando em blocos, tarugos e placas. Estes, finalmente, são transformados em formas estruturais.

3 Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica

4 Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica O ferro é um metal cuja utilização é muito antiga. Como civilizações antigas de Assíria, Babilônia, Egito, Pérsia, China, Índia e, mais tarde, da Grécia e de Roma, fabricavam, por processos primitivos, armas e inúmeros utensílios de ferro e aço. Alguns fornos primitivos utilizados na redução de minério de ferro, empregavam o carvão vegetal como combustível. Como o carvão vegetal é constituído principalmente de carbono, e o minério de ferro, principalmente de oxido de ferro, na combustão do carvão vegetal, auxiliado pelo oxigênio do ar, forma-se inicialmente anidrido carbônico (CO 2 ) e, em seguida, óxidos de carbono CO.

5 Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica O ferro assim obtido apresentava-se, em geral, relativamente dúctil, mole, maleável e podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevadas. Na realidade, os processos eram de "redução direta", sem que se formasse ferro inteiramente líquido. De fato, as temperaturas alcançadas não eram suficientes para liquefazer o metal, o qual se apresentava no estado pastoso, misturado com como impurezas do minério.

6 Os altos fornos foram desenvolvidos paulatinamente, à medida que se aumentava a altura dos fornos primitivos e foram inicialmente denominados fornos de cuba ou fornos de chaminé. Neles, a carga de matéria-prima já era introduzida pelo topo, em intervalos, e o ar, pela parte inferior.

7 Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica No Brasil, os verdadeiros passos para dotar o país de uma indústria siderúrgica de porte foram dados a partir de O grande passo para o estabelecimento da grande siderurgia, baseada no carvão coque, foi lançado no govemo Getúlio Vargas, com um instituição, em 4 de marco de 1940, da Comissão Executiva do Plano Siderurgico Nacional. Dos trabalhos dessa comissão resultou a fundação da Companhia Siderúrgica Nacional em janeiro de A Usina foi construída em Volta Redonda, Estado do Rio e inaugurada em outubro de 1946.

8 Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica As matérias-primas básicas da indústria siderúrgica são as seguintes: Minério de ferro; Carvão; Calcário. Outras matérias-primas, minérios principalmente, são igualmente importantes, sobressaindo-se o minério de manganês, pela sua presença constante em todos os tipos de produtos siderúrgicos.

9 O minério de ferro, como é obvio, constituído por matéria-prima essencial, pois dele se extrai o ferro. O carvão atua em três sentidos simultaneamente: Combustível; Redutor do minério, que é basicamente constituído de óxidos de ferro; Fornecedor do carbono, que é o elemento principal da liga dos produtos siderúrgicos. O calcário atua como "fundente", ou seja, reage, pela sua natureza básica, com como substancias estranhas ou impurezas contidas no minério e no carvão geralmente de natureza acida diminuindo seu ponto de fusão e formando uma "escoria", subproduto, por assim dizer, do processo clássico do "alto-forno".

10 Minério de Ferro Os minerais que contém ferro em quantidade apreciável são os óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos. Os principais óxidos são: Magnetita (oxido ferroso-férrico) de fórmula Fe 3 0 4, contendo 72,4% de Fe; Hematita (oxido férrico), de fórmula Fe 2 O 3 contendo 69,9% de Fe; Limonita (oxido hidratado de ferro), de fórmula 2Fe 2 O 3 3H 2 O, contendo, em média, 48,3% de Fe.

11 Matérias-Primas da Indústria Siderúrgica Minério de Ferro

12 Minério de Ferro - Beneficiamento O termo genérico beneficiamento compreende uma série de operações a que os minérios de ferro de várias qualidades podem ser submetidos, com o objetivo de alterar suas características físicas ou químicas e torna-los mais adequados para a utilização em alto-forno. Essas operações são, geralmente: Britamento; Peneiramento; Mistura; Moagem; Concentração; Classificação; Aglomeração.

13 Minério de Ferro - Beneficiamento A aglomeração visa, em princípio, melhorar a permeabilidade da carga do alto-forno, reduzir o consumo de carvão e acelerar o processo de redução. Há quatro principais processos de aglomeração de minério de ferro: Sinterização; Pelotização; Briquetagem; Nodulização.

14 Minério de Ferro - Beneficiamento Sinterização consiste em aglomerar-se finos de minério de ferro em mistura com aproximadamente 5% de um carvão finamente dividido. A Pelotização é o mais novo processo de aglomeração e talvez o de maior sucesso. Neste processo, produz-se inicialmente "bolas" ou "pelotas" cruas de alto teor de minério concentrado.

15 Carvão O combustível utilizado no alto-forno é o carvão (coque ou de madeira) cuja ação se faz necessária em três sentidos: Fornecedor de calor para um combustão; Fornecedor do carbono para uma redução do óxido de ferro Indiretamente, fornecedor do carbono como elemento principal de liga do ferro gusa.

16 Carvão Carvão Coque O coque é obtido por processo de coqueificação, que consiste, em princípio, no aquecimento a altas temperaturas, geralmente em camaras hermeticamente fechadas. O carvão mineral é constituído sobretudo dos restos de matéria vegetal que se decompôs com o tempo, na presença de umidade, ausência de ar e variações de temperatura e pressão, por ação geológica, transformandose através de milênios, progressivamente, em turfa, linhito, carvão sub-betuminoso, carvão betuminoso, semi-antracito e antracito. O tipo betuminoso é o mais adequado para produção de coque, pelo processo de coqueificação.

17 Carvão Carvão Coque O processo de coqueificação é realizado nas plantas de coqueificação e consiste basicamente no aquecimento à temperaturas entre 1100 C e 1300 C de carvões minerais (principalmente os carvões betuminosos) em câmaras de coqueificação hermeticamente fechadas (ausência de ar) por períodos de até 18 horas. Os fornos de coqueificação são compostos por uma bateria de até 100 câmaras de coqueificação intercaladas com câmaras de aquecimento.

18 Carvão Carvão Vegetal O carvão vegetal ou de madeira é fabricado mediante da pirólise da madeira, ou seja, quebra das moléculas complexas que constituem a madeira, em moléculas mais simples, mediante calor. O calor é aplicado à madeira, com ausência de oxigénio, resultando gases (CO 2, CO, H 2, etc.), líquidos (alcatrões, ácido acético, álcool metílico) e o resíduo solido que é o "carvão vegetal".

19 Fundente A função do fundente é combinar-se com as impurezas do minério e com as cinzas do carvão, formando a escória. O principal fundente é o calafrio, de fórmula CaCO 3, o qual, para o emprego direto no alto-forno, deve apresentar a composição média:

20 Outras Matérias-Primas Outras matérias-primas, utilizadas na indústria siderúrgica, nos processos de fabricação de aços comuns e especiais, incluem ferro-ligas de silício, cromo, vanádio, molibdénio, níquel, tungstênio, titânio, etc.

21 Outras Matérias-Primas Finalmente, deve-se ainda mencionar como importante matéria-prima a sucata de aço, ou seja, subprodutos da fabricação de aço e itens ou componentes de produtos desbastados, quebrados ou descartados. A utilização desse tipo de matéria-prima é de vital importância, pois não só corresponde ao reaproveitamento de material que, de outro modo, seria inútil, como permiti uma apreciável economia de minério de ferro, carvão e calcário.