Noções de siderurgia. Materiais metálicos, processos de fabricação de ligas ferrosas

Transcrição

1 Noções de siderurgia Materiais metálicos, processos de fabricação de ligas ferrosas

2 Resumo do processo MINÉRIO+ CARVÃO(Coque ou carvão vegetal) + FUNDENTE (calcário) são adicionados ao ALTO FORNO que produz o FERRO GUSA. Este é levado para a ACIARIA (processo pode iniciar aqui com SUCATA) onde é colocado em CONVERSORES OU FORNOS ELÉTRICOS (nesse caso em geral a partir de SUCATA) ONDE É FABRICADO O AÇO. Ainda líquido ele é vazado em grandes lingotes LINGOTAMENTO CONVENCIONAL, ou na forma de barras de maneira contínua LINGOTAMENTO CONTÍNUO. Sendo após CONFORMADO (laminação, trefilação, forjamento, extrusão) O FERRO GUSA também é entregue às FUNDIÇÕES, onde é fundido em fornos CUBILÔ para fabricar os FERROS FUNDIDOS. O metal líquido é vazado em moldes de areia com resina com uma cavidade equivalente à forma definitiva da peça a produzir.

3 Produção do AçoA

4 O que são materiais ferrosos? Os materiais ferrosos, são ligas de ferro e carbono contendo elementos residuais como silício manganês fósforo enxofre entre outros.pode conter elementos adicionados (cromo molibdênio níquel vanádio e outros) com algum propósito particular (aços liga ou ligados ferros fundidos ligados). Aços: teor de carbono até aproximadamente 2% (maioria dos aços tem carbono até 0,5%). Ferros fundidos: teor de carbono entre 2% e 6,7% (na prática entre 2,5, 4,5 %) em geral contendo silício em percentual maior que os aços que garante a presença de grafita (carbono puro) na estrutura.

5 Matéria prima dos materiais ferrosos Minérios: Magnetita Fe 3 O 4 coloração preta Hematita Fe 2 O 3 coloração avermelhada principal minério no Brasil (itabirito) Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais.. São enriquecidos (Vale) Carvão: (reduzem o minério, combustíveis, adicionam carbono ao ferro) Coque: destilação seca do carvão mineral à ºC, alta resistência ao esmagamento (altos fornos) aço com muito enxofre (pior qualidade) Carvão vegetal: Destilação seca de madeira. Baixa resistência ao esmagamento (Altos fornos mais baixos) aços com pouco enxofre (melhor qualidade) Fundentes: Calcário ou caliça. Baixam o ponto de fusão da ganga (o que não é óxido de ferro) do minério e da cinza do carvão ao reagirem com eles formando a escória

6 Ferro Primário rio Fontes de Ferro 5mm<Pelotas<18mm Em Em detalhe detalhe 5mm<Sinter<50mm 6mm< 6mm< Minério Minério <40mm granulado <40mm granulado

7 Coqueria Detalhes do processo Típica Típica Bateria Bateria de de coqueificação coqueificação Coque Coque incandescente incandescente pronto pronto para para ser ser descarregado descarregado

8 Alto forno Serve para produzir o ferro gusa, que é uma forma intermediária na produção dos aços Entra na parte superior do forno minério de ferro, coque (ou carvão vegetal) e fundente. É insuflado ar pelas ventaneiras que queima o caque gerando CO que faz a redução do minério de ferro a ferro mas esse ferro incorpora um percentual de carbono (ferro gusa). Ex. de reação de redução: ½ Fe 2 O 3 + 3/2CO = Fe +3/2CO 2

9 Alto Forno O O alto forno é um forno de cuba que operado em regime de contra corrente. No topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas. A A carga sólida, s alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás g s que sobe. Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através s das ventaneiras. Em frente as ventaneiras o O 2, presente no ar, reage com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente.

10 Alto Forno John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.

11 Alto Forno A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos são vazados em intervalos regulares de tempo. Os produtos do alto forno são o gusa (que segue para o processo de refino do aço), a escória (matéria-prima para a indústria de cimento), gases de topo e material particulado. Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele será operado continuamente de 4 a 10 anos com paradas curtas para manutenções planejadas.

12 Alto forno

13 Aciaria A composição do gusa está longe da composição típica dos aços devendo ser reduzido os teores de carbono enxofre fósforo manganês entre outros. O princípio químico é a oxidação dos elementos envolvendo a injeção controlada de O 2 ou de ar saindo na forma de gases ou passando para a escória. Conversores: ar ou O 2 é soprado durante 15 a 20 min.através ou sobre 100 a 150 ton. de carga, sendo a fonte de calor a própria oxidação dos elementos (reações são exotérmicas) Tipos de conversores: Thomas ar insuflado por baixo. Bessemer Ar insuflado por baixo, e LD O 2 insuflado com lança ( em geral adiciona-se sucata junto para baixar a temperatura), (MAIS USADO) Fornos elétricos: Utiliza arco elétrico entre 3 eletrodos de grafite e a carga. Em geral utiliza sucata como carga, tempo de corrida 2 horas (em geral usado para aços especiais).

14 Produção do Aço A Líquido-métodos mais usados atualmente A A produção do aço a o líquido l se dád através s da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquido l e na sucata. Este processo é denominado refino do aço a o e é realizado em uma instalação conhecida como aciaria. O O refino do aço a o normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos: - Aciaria a oxigênio Conversor LD (carga predominantemente líquida). l - Aciaria elétrica Forno elétrico a arco FEA (carga predominantemente sólida).

15 Conversor LD Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço a o líquido l mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para a produção de aço, a particularmente, chapas de aço a o de alta qualidade. Processo industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo. Permite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos médiam dia-liga.

16 Conversor LD

17 Conversor

18 Conversor LD

19 Metalurgia de Panela Após s o refino, o aço a o ainda não se encontra em condições de ser lingotado.. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e na temperatura. Portanto, situa-se se entre o refino e o lingotamento contínuo nuo na cadeia de produção de aço o carbono. Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço. a - Forno de panela - Desgaseificação

20 Forno de Panela Forno na metalurgia de panela

21 Lingotamento Toda a etapa de refino do aço a o se dád no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo lo de forma adequada em função da sua utilização posterior. O O lingotamento do aço a o pode ser realizado de três maneiras distintas: - DIRETO: o aço a é vazado diretamente na lingoteira; - INDIRETO: o aço a é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base; - CONTÍNUO: NUO: o aço a é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à água.

22 Lingotamento Contínuo nuo

23 Lingotamento Contínuo nuo O O lingotamento contínuo nuo é um processo pelo qual o aço o fundido é solidificado em um produto semi- acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente ente laminação. Antes da introdução do lingotamento contínuo, nuo, nos anos 50, o aço a o era vazado em moldes estacionário (lingoteiras). Seções possíveis no lingotamento contínuo nuo (mm)

24 Lingotamento e Laminação