SIDERURGIA Siderurgia 1 1- Introdução Os metais encontrados no estado nativo são o ouro, a prata, a platina, o cobre, o arsênico e o bismuto. Estes metais eram encontrados na superfície ou próximo desta, na condição metálica sob a forma de pepitas ou de massas brutas e foram empregados por diversos povos antigos. O aspecto brilhante destes metais e a capacidade de serem conformados por martelamento sem aquecimento prévio, os tornavam materiais interessantes para a fabricação de ferramentas, armas, recipientes e ornamentos. Evidências arqueológicas indicam que o conhecimento do processo de obtenção de cobre, a partir de seus minérios, existia antes do ferro ser intencionalmente produzido pelo homem. O cobre produzido pela redução era obtido no estado líquido e os produtos podiam ser formados por meio da fundição em moldes ou pelo martelamento de partes. Adicionalmente, o cobre podia ser suficientemente endurecido por martelamento, que o tornava útil para diversos propósitos. Os fornos antigos tinham a capacidade de fundir misturas de cobre e estanho, que formavam os bronzes, e cobre e zinco, que formavam os latões. Entretanto a elevada temperatura de fusão do ferro tornava sua fusão muito difícil, mas não impossível. Não há um registro preciso de quando o homem começou a produzir ferro pela redução de seus minérios. De fato, diversos povos em diferentes localidades dominavam estas técnicas, sendo que alguns não registravam isso por meio da escrita. As referencias escritas mais antigas, sugerem que o ferro foi empregado na Índia e na China por volta de 2000 AC. Entretanto, não foi possível determinar se o ferro foi reduzido pelo homem. A redução deliberada dos óxidos de ferro entre 1350 AC e 1100 AC é citada em regiões geograficamente extensas no mundo antigo. Os povos antigos só dispunham de três fontes de ferro: ferro de meteoritos, ferro nativo (telúrico) e os minérios ferrosos reduzidos pelo homem. As duas primeiras fontes são muito raras e indicam que a maioria dos artefatos antigos foi produzida pela extração do ferro a partir dos minérios de ferro. 1.1- Ferro meteorítico É evidente que os primeiros metais ferrosos usados pelo homem foram obtidos de fragmentos de meteoritos. Três fatos corroboram com esta evidência: a maioria dos nomes antigos do ferro, quando traduzidos significam: pedra (ou substância dura ou metal) do céu, metal das estrelas, ou significados similares que indicam que o metal veio do espaço; as análises químicas de amostras arqueológicas demonstram que estas apresentam quantidades consideráveis de Ni (entre 7 e 15%, mas em alguns casos 30%) que é a composição típica de meteoritos de ferro. Artefatos produzidos pelo homem antigo não apresentam Ni. povos primitivos de tempos mais recentes usaram ferro de meteoritos para produzir artefatos e a maior parte da massa destes meteoritos continua no local onde este caiu e continua a servir como fonte de ferro.
2 1.2- Ferro nativo ou telúrico O ferro encontrado na forma nativa (metálico) é muito raro. Uma dos poucas ocorrências conhecidas é no nordeste da Groenlândia, onde nódulos ou grãos de ferro ocorrem em basalto (uma rocha vulcânica que contem ferro) que passou por veios de carvão mineral. Adicionalmente, existem duas formas minerais de Fe e Ni, a awaruita (FeNi 2 ) e a josephinita (Fe 3 Ni 5 ). É improvável, porém, que os povos antigos tenham feito uso destas fontes para produzir artefatos. 1.3- Minérios ferrosos reduzidos pelo homem É um fato conhecido por muitos séculos que os minérios de ferro misturados com carvão sob temperaturas elevadas são reduzidos para ferro metálico. Os processos mais antigos eram conduzidos em diversas variedades de fornos, alguns deixados para receber um suprimento natural de ar e outros equipados com sopradores para a obtenção de temperaturas maiores. Algumas representações destes fornos e apresentada na figura 1. Figura 1- Fornos primitivos empregados na produção de ferro.
3 A região mais quente destes fornos era adjacente à entrada de ar, entretanto a maioria do óxido de ferro já estava reduzida à ferro metálico antes de atingir a região mais quente. Nos fornos dos tipos poço e soleira, o ferro reduzido tinha a forma de grânulos porosos. Em fornos de temperaturas mais elevadas, os grânulos ficavam pastosos e aglomeravam-se em uma massa, conhecida como ferro-esponja. Após a formação de uma esponja de massa suficiente, esta era martelada a quente com o objetivo de sinterizar os poros e expelir a maior parte da escória e, finalmente, formar um pedaço sólido de ferro. Se o ferro reduzido fosse mantido em contato com carvão em altas temperaturas e na ausência de ar, haveria a difusão de carbono da atmosfera para o metal. A quantidade de carbono no ferro era controlada pela temperatura e tempo de permanência com o carvão. Em fornos dos tipos poço e soleira produziam ferro quase puro devido as temperaturas relativamente baixas e ao curto tempo de permanência da esponja em condições favoráveis à difusão de C. Fornos do tipo chaminé ( shaft type ) possuíam condições mais favoráveis para a difusão de carbono, especialmente quando empregavam-se dispositivos para soprar ar. Nestes fornos, as temperaturas mais elevadas promoviam a redução do minério em posições mais distantes da zona de combustão, possibilitando ao ferro permanecer em contato com o carbono por mais tempo e em temperaturas mais elevadas que os fornos dos tipos poço e soleira. O produto dos fornos do tipo chaminé continha teores de C de até 1% e possui propriedades muito superiores ao ferro puro produzido e mais importante ainda era a capacidade deste material ser endurecido por processos similares à têmpera e ao revenimento. Com o incremento da temperatura em fornos do tipo chaminé, maior a quantidade de carbono no ferro e menor a temperatura de fusão da liga, sendo possível a obtenção de ferros fundidos no estado líquido com teores de carbono entre 3% e 4%. É provável que os pedaços solidificados deste metal eram jogados fora pelos ferreiros, uma vez que este era frágil e não podia ser martelado. Na China, por volta de 200 AC, há evidências do processo de fundição deliberada de ferro fundido para a fabricação de utensílios. Atualmente, a maior parte das siderúrgicas do mundo segue o fluxograma de processo apresentado na figura 2. Materiais à base de ferro beneficiados (minério de ferro, pelotas e sinter) são reduzidos e transformados em ferro gusa no alto forno empregando o carbono do coque como agente redutor. O ferro gusa apresenta de 3% a 4,5% de C e os aços modernos apresentam teores de C de até 1,5%. Este excesso de carbono deve ser removido por um processo chamado de conversão, cujos equipamentos mais comuns são os conversores LD e Bessemer. A carga dos conversores é composta por uma mistura de ferro fusa, aço líquido e sucata de aço. Ela é submetida a uma oxidação controlada para reduzir o teor de carbono e impurezas, produzindo os aços ao carbono. A adição de elementos de liga como o Cr, Mn, Ni, Mo e etc. são adicionados ao aço líquido em uma panela após a conversão. Este processo é denominado metalurgia de panela e produz aços ligados ou refinados.
Processos de redução de minério de ferro Siderurgia 4 Processos de conformação mecânica Figura 2- Fluxograma da fabricação de aço a partir das matérias primas minerais.
5 O aço líquido, de composição química especificada, é então solidificado de duas maneiras: fundição convencional de lingotes fundição contínua de blocos, ou tarugos ou placas Para caso da fundição convencional de lingotes, estes são conformados a quente em laminadores primários visando a produção de blocos, tarugos ou placas. No processo de fundição contínua, ou blocos, tarugos e placas são obtidos diretamente das maquinas de lingotamento. Os blocos são produtos de seção quadrada ou pouco retangular cujas dimensões variam de 150 x 150 mm até 300 x 300 mm. São conformados a quente para perfis estruturais (vigas I, U, T) ou trilhos ferroviários. Os tarugos possuem seção quadrada ou circular com dimensões que variam de 50 x 50 mm até 125 x 125 mm. São conformados a quente em barras de diferentes seções transversais, arames ou ainda, tubos sem costura. As placas são produtos de seção retangular cuja espessura varia de 50 a 230 mm e largura entre 610 e 1520 mm. São conformadas a quente em dois tipos de produtos: chapas grossas para a indústria naval ou chapas laminadas a quente com espessuras de até 3,5 mm. 2- Óxidos de Ferro Um grande número de minerais contêm ferro, entretanto somente alguns são empregados comercialmente como fontes de ferro. Os óxidos de ferro são as fontes minerais mais importantes de ferro, entre eles destacam-se: Magnetita (Fe 3 O 4 )- estequiometricamente possui 72,36% de Fe e 27,64% de oxigênio. A coloração varia de cinza escura para a negra e a densidade de 5,16 a 5,18 g/cm 3. É fortemente magnética que é importante nos processos de beneficiamento, pois possibilita sua separação da ganga. Hematita (Fe 2 O 3 )- estequiometricamente possui 69,94 % de Fe e 30,06 de O. A coloração varia do cinza para vermelho e a densidade é de 5,26 g/cm 3. A hematita é o óxido de ferro de maior importância comercial. O beneficiamento dos minérios de ferro envolve uma série de operações processamento do minério que melhoram suas características físicas e químicas, visando a produção de uma carga mais homogênea e eficiente para os fornos de redução. Estas operações incluem moagem, classificação, concentração e aglomeração. A tecnologia dos altos-fornos atuais requer o minério de ferro em tamanhos menores que 50 mm e superiores a 6 mm. Um tamanho específico de minério é determinado por suas características de redutibilidade e da permeabilidade do empilhamento no alto-forno. Os finos (partículas inferiores a 6 mm) produzidos na moagem requerem aglomeração que é realizada por meio da sinterização e da pelotização. A figura 3 ilustra o aspecto típico dos materiais à base de ferro alimentados no alto forno.
6 O objetivo primário da aglomeração é o aumento da permeabilidade do leito do alto-forno e do contato gás-sólido. Outro ponto importante é a redução da quantidade de finos produzidos na moagem. Figura 3- Aspecto típico dos materiais à base de ferro alimentados no alto-forno. 3- Coque Os carvões fósseis são os combustíveis sólidos mais importantes na siderurgia. Podem ser considerados como rochas orgânicas combustíveis. Sua origem é, inegavelmente, de vegetais submetidos a carbonização. Os carvões fósseis apresentam-se como turfa e linhito, cuja formação é a mais recente, as hulhas (betuminosas e sub-betuninosas) e o antracito. Um comparativo entre os tipos de carvões fósseis é apresentado na tabela 1: Tabela 1 Comparativo entre os tipos de carvões minerais MATERIAL TURFA LINHITO HULHAS ANTRACITO Período de formação Quaternário Terciário (cretácio; 135 a 2 milhões de anos ) Primário (350 a 225 milhões de anos ) Primário (350 a 225 milhões de anos ) Cor amarela a parda Parda a negra negra Negra Aspecto terroso lenhoso rochoso rochoso Estrutura Musgosa e fibrosa Umidade 90 20 a 40 10 a 20 2,0 a 3,5 (natural) [%] Umidade (seco 20 a 25 15 a 25 1,0 a 2,0 2,0 a 3,5 ao ar) [%] % C 1 55 a 65 65 a 73 73 a 92 92 a 96 % H 5,5 4,5 5,3 2,5 %O 32 21 8 a 16 4 Teor de cinzas 8 a 15 6 a 7,5 3,5 a 9,1 2 a 3 [%] Poder calorífico [Kcal/ kg] 3000 a 3500 3800 a 4600 5000 a 8200 7200 a 8000 1 Teores calculados com base seca e sem cinzas
7 O aquecimento das hulhas em ambiente fechado, fora do contato do ar, a que se denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão, faz com que ocorra o desprendimento das matérias voláteis, deixando um resíduo fixo ou o coque, constituída pela fração denominada carbono fixo e pelas matérias inorgânicas do carvão. Conforme o produto desejado, a coqueificação do carvão se processa com carvões diferentes e em temperaturas finais diferentes, apesar do processo ser praticamente o mesmo. Assim, o produto final a ser obtido é o coque metalúrgico utilizado na siderurgia na redução do minério de ferro. Este coque é caracterizado por sua resistência a compressão e elevada porosidade. A alta resistência ao esmagamento é necessária para que o coque suporte as camadas de minério, calcário e do próprio coque, colocadas no alto-forno. Além disso, o coque deve queimar com relativa facilidade, apresentar elevado poder calorífico e Ter grande reatividade com o CO 2 para a produção de CO, que é o responsável pela redução do óxido de ferro. A facilidade de combustão e a reatividade com o CO 2 são melhoradas pela alta porosidade, enquanto que a resistência à compressão e o poder calorífico são diretamente proporcionais à densidade absoluta. Têm-se, então, duas propriedades antagônicas (porosidade e densidade) que condicionam as características do coque, devendo-se determinar um equilíbrio entre elas para os maiores rendimentos do processo. Além destas propriedades, o coque metalúrgico deve apresentar pouca umidade, pois sua presença reduz o poder calorífico e baixo teor de cinzas e baixos teores de P e S que são impurezas no processo de produção de aços. Os carvões empregados são hulhas gordas, cuja carbonização é realizada em temperatura entre 1100ºC e 1300 C. O gás de coqueificação, produzido como sub-produto é empregado como combustível para os próprios fornos de coqueificação e para aquecimento do ar para o alto-forno. A figura 4 apresenta a vista geral de uma bateria de fornos de coqueificação. As figuras 5 e 6 ilustram detalhes do projeto de um forno de coqueificação fabricado pela Koppers Company. Figura 4 Vista geral de uma bateria de fornos para coqueificação.
8 Figura 5 Detalhes construtivos de um forno de coqueificação fabricado pela Koppers-Becker. Figura 6- Detalhe do sistema de carregamento do carvão no forno de coqueificação e da retirado do coque. Um exemplo do ciclo de operações de um forno de coqueificação é apresentado na figura 7.
9 Figura 7- Seqüência de operações em um dos fornos de coqueificação. 4- Fluxantes O minério de ferro e o coque metalúrgico apresentam impurezas não metálicas que devem ser separadas do metal reduzido. O uso de fluxantes ou fundentes tem como objetivo a aglutinação destas impurezas para a forma de uma escória de baixo ponto de fusão e que ficará separada do metal líquido no alto-forno. São empregados como fluxantes, o calcário (CaCO 3 ) e a dolomita (CaCO 3.MgCO 3 ). Algumas siderúrgicas empregam a cal (CaO) e a magnésia (MgO), como fluxantes principais. A cal é produzida pela calcinação do calcário - carbonato de cálcio (CaCO 3 ).
O processo de calcinação consiste no aquecimento, em temperaturas superiores a 900 C, do calcário em fornos rotativos. As reações envolvidas na calcinação do calcário e da dolomita são: CaCO 3 CaO + CO 2 e CaCO 3.MgCO 3 MgO +CaO + CO 2 O tempo de calcinação depende do tamanho do calcário, por exemplo: na temperatura de 970 C, fragmentos menores que 25 mm são calcinados em 1,5 h, para fragmentos de 150 mm o tempo de calcinação aumenta para 8 h. A relação entre os óxidos ácidos (SiO 2 ) contida na ganga do minério de ferro e os óxidos básicos (CaO e MgO) é cuidadosamente controlada para preservar a viscosidade ideal da escória e o seu poder dessulfurante. 10 5- Alto-forno O alto-forno é um reator do tipo chaminé no qual a carga sólida é descendente e os gases redutores ascendentes. É um equipamento contínuo e seu funcionamento é ininterrupto por anos. Os materiais contendo ferro (minério de ferro, sinter, pelotas), o coque e os fundentes são continuamente alimentados pelo topo. Ar aquecido entre 900 C e 1350 C, muitas vezes com adições de combustíveis líquidos, sólidos ou gasosos, é insuflado pelas ventaneiras posicionadas na parte inferior do forno. A combustão do coque previamente carregado e/ou do combustível injetado pelas ventaneiras, fornece o calor necessário ao processo e o gás para a redução dos óxidos. O ferro reduzido absorve carbono e fundido e escorre para o cadinho na parte inferior do forno. O fluxo combina-se com as impurezas do minério e com as cinzas do coque e forma uma escória que sobrenada o metal líquido do cadinho. Em períodos de tempo determinados, o metal líquido, chamado de ferro-gusa, e a escória do alto-forno são vazados do cadinho pela casa de corrida. Para a produção de uma tonelada de ferro-gusa são necessários, em média, 1700 kg de minério de ferro (na forma de sinter, pelota ou do próprio minério),400 a 600 kg de coque ou outro combustível à base de C, 140 kg de cal (CaO) ou magnésia (MgO) e 1600 a 2000 kg de ar. A cinética de redução é maior com um leito permeável que permite uma elevada velocidade dos gases sem a formação de canais preferenciais (chaminés). A composição química típica do ferro-gusa é apresentada na tabela 2. Tabela 2- Composição química típica do ferro-gusa Ferro-gusa Elemento Faixa de composição [%] Si 0,5 3,0 S 0,035-0,050 P 0,040 0,40 Mn 1,0 2,0 C 3,0 4,5 Fe Balanço A composição química da escória de alto-forno é apresentada 3.
11 Tabela 3- Composição da escória de alto-forno Escória do alto-forno Componente Faixa de composição [%] SiO 2 23 a 55 CaO 27 a 55 Al 2 O 3 5 a 25 MgO 1 a 12 FeO 0,5 a 2 S 0,4 a 1,2 A figura 8 ilustra a representação esquemática de um alto-forno. Figura 8- Representação esquemática de um alto-forno 6- Equipamentos auxiliares do alto-forno Afigura 9 ilustra uma representação esquemática dos equipamentos auxiliares do alto-forno.
12 Figura 9- A- transportador de minério. D- casa de silos. E- Carro skip. F- recuperador de finos. I- sistema de elevação do carro. J- Alto-forno. K- pote de escória. L- casa de corrida. M- carro-torpedo. N- coletor de pó. P- duto dos gases do alto-forno. Q- duto com ar aquecido para as ventaneiras. R- sistema de resfriamento dos gases do alto-forno. O- coletor de poeira. U- regenerador (cowper). W- duto com o ar frio 6.1- Casa de silos vindo do soprador. A casa de silos mantém estocadas as matérias primas necessárias à produção de ferro-gusa. Nela estão estocados sinter, minério de ferro bitolado, coque, pelotas, e fluxantes (dolomita, calcário ou CaO e MgO). O volume estocado é função da segurança operacional do alto-forno e do investimento disponível. Os silos são alimentados por correias transportadoras comandadas por sensores de nível (nível mínimo é de 30% da capacidade). 6.2- Sistema de transporte ao topo do alto-forno O tipo de sistema transportador depende da quantidade de matérias primas e, conseqüentemente, da produção de gusa. São empregados três tipos: caçambas, carros ( skips cars ) ou correias transportadoras. As caçambas são empregadas em altos-fornos com produção diária de até 200 toneladas. Elas recebem as cargas (minério coque e fundentes) de um carro balança e é elevada ao topo por um guindaste. O descarregamento é feito pelo fundo e o volume da caçamba varia entre 5 e 10 m 3.
13 Os carros ( skips ) são destinados aos altos-fornos com produção diária entre 200 e 3500 toneladas. O sistema funciona com dois carros tracionados por cabos de aço. O volume de cada carro varia entre 15 e 20 m 3. A figura 10 apresenta uma representação esquemática da alimentação dos carros transportadores. Figura 10- Sistema de alimentação do alto-forno por meio de carros ( skip cars ). As correias transportadoras são empregadas em altos-fornos cuja produção diária é superior a 3500 toneladas. O ângulo deste sistema é de 12º e implica em uma maior distancia entre a casa de silos e o alto-forno. A velocidade varia entre 1 e 3 m/s. 6.3- Topo do alto-forno O topo do alto-forno tem a função de permitir a entrada de matérias primas sem que o gás de alto-forno seja descarregado na atmosfera. Este gás apresenta alto teor de CO (20 25%) e contêm grande quantidade de material particulado. No topo dos altos-fornos podem existir dois sistemas de carregamento: o duplo cone e o de calha rotativa (figura 11). Figura 11- Sistemas de entrada de matérias primas no alto-forno. (a) sistema de duplo sino. (b)- sistema de calha rotativa (Paul Wurt).
14 O sistema de duplo cone é mais antigo e caracterizado por problemas de vazamento de gás e desgaste provocado pela passagem da carga. Outro aspecto negativo deste sistema é que o duplo cone alimenta a carga em pilhas circulares. A linha de carga do alto-forno não se movimenta horizontalmente e as necessidades de carga são determinadas por sondas verticais. Para a correta alimentação pelo sistema de duplo cone, emprega-se um gomo móvel no cone pequeno ou anteparos nas paredes do alto-forno chamados de armadura móvel. O sistema de calha rotativa, os selos estão fora do fluxo de material evitando-se desgaste por abrasão. O posicionamento da carga é feito por meio de uma calha rotativa que distribui a carga conforme as indicações das sondas verticais. 6.4- Sistema de limpeza de gases O gás de alto-forno é empregado como combustível na siderurgia. Antes de ser usado, o gás deve ser tratado para eliminação de material particulado. A quantidade de pó varia entre 5 e 40 g /Nm 3. O gás limpo deve apresentar, no máximo 10 mg/nm 3. 6.5- Casa de corrida O cadinho do alto-forno é o reservatório de gusa e escória. O vazamento é feito por meio de orifícios nas paredes do cadinho. O furo para o vazamento de escório e/ou gusa é produzido por um perfurador pneumático associado a um canhão de massa refratária. O diâmetro do furo de vazamento está entre 35 e 90 mm que permite uma vazão entre 2 e 5 toneladas /minuto. A freqüência de vazamento é entre 12 a 16 por dia (uma a cada 2 horas). A campanha da casa de corrida é de 150.000 toneladas com a troca do refratário a cada 12 horas. Para cada 50.000 toneladas produzidas é realizada uma manutenção preventiva de 8 h. A figura 12 apresenta a casa de corrida de um altoforno, evidenciando a perfurador pneumático e o canhão de massa empregados para o vazamento. A figura 13 mostra o vazamento do alto forno. Figura 12- Casa de corrida do alto-forno, evidenciando detalhes do perfurador pneumático e do canhão de lama.
15 Figura 13- Vazamento do ferro-gusa evidenciando-se a retenção mecânica de escória. Escoamento da escória da casa de corrida para os potes de escória 6.6- Regeneradores Os regeneradores são as instalações responsáveis pelo aquecimento do ar alimentado nas ventaneiras do alto-forno. A temperatura do ar fica entre 900 C e 1350 C. Os regeneradores ( cowpers ) são fabricados com tijolos cerâmicos e podem possuir câmaras de combustão internas ou externas. Altos fornos com capacidade de até 4000 toneladas/dia possuem 3 regeneradores. Acima desta capacidade são empregados 4 regeneradores. O combustível empregado nos regeneradores é uma mistura do gás resultante da operação de coqueificação do carvão (gás de coqueria) e do gás que sai pelo topo do alto-forno (gás de alto-forno). A figura 14 apresenta a representação esquemática de um regenerador. Figura 14- Representação esquemática de um regenerador.
16 6.7- Sopradores Os sopradores são os equipamentos responsáveis pela alimentação contínua de ar aquecido para as ventaneiras do alto forno. São equipamentos elétricos, cuja alimentação é feita por energia elétrica gerada dentro da siderúrgica via queima do gás de alto-forno e/ou gás de coqueria. 6.8- Carro-torpedo O gusa líquido vazado na casa de corrida deve ser transportado para a aciaria para a conversão do ferro-gusa em aço. O transporte do gusa líquido é realizado por meio do carro-torpedo. Os carros torpedos operam sobre trilhos e sobre fundações reforçadas, sua capacidade é, normalmente, entre 200 e 250 toneladas. A figura 15 apresenta o aspecto geral de um carro torpedo. Figura 15- Representação esquemática do carro torpedo e carro torpedo em operação.
17 Atualmente, além de transportar o ferro-gusa, os carros torpedo são empregados como recipientes para sua dessulfuração. São injetadas (5 a 6 kg/tonelada de gusa) por meio gasoso (N 2 ) misturas de pós de CaC 2 -CaO-C (50-40- 10). As reações envolvidas na dessulfuração no carro-torpedo são: CaC 2 + S (CaS)+ 2C CaO + C+ S (CaS)+ CO Antes da operação de conversão a escória rica em CaS, gerada pela dessulfuração no carro-torpedo, é separada mecanicamente do gusa líquido. 7- Conversor LD A composição do ferro-gusa apresenta cerca de 4% de carbono e 0,4% de fósforo que impossibilita sua conformação mecânica. Para converter ou transformar o ferro-gusa em aço é necessário a redução dos teores de C, P e Si. Os conversores são carregados com gusa líquido, sucata de aço sólida e uma escória básica. Oxigênio puro é injetado por meio de lanças ou pelo fundo do conversor ou ainda a combinação de ambos. A injeção promove a oxidação controlada do C e Si, gerando calor para carga. O processo de conversão LD foi idealizado em 1948 por Durrer (Suíça). Plantas em escala piloto foram testadas nas cidades de Linz e Donawitz, daí o nome LD. Foi comercializado em 1952 pela Voest de Linz. A figura 16 apresenta uma representação esquemática de uma aciaria LD, indicando a localização relativa dos equipamentos. Figura 16- Representação esquemática de uma aciaria LD.
18 Sua operação consiste no carregamento de sucata de aço, gusa líquido e escórias contendo CaO, CaF 2 e MgO. As quantidades de cada componente são determinadas por meio de balanços térmicos. Após o carregamento é realizada a injeção de oxigênio puro em altíssima velocidade (1,7 a 2,5 mach) em pressões entre 960 e 1250 kpa por meio de uma lança refrigerada (figura 18).A ação do jato de oxigênio é parte química (reações de oxidação de Si, C, Mn, P) e parte física (formação de uma emulsão gás-escória-metal), conforme ilustra a figura 17. A etapa de sopro no conversor LD tem a duração de aproximadamente 15 minutos e a lança de injeção é refrigerada com água sob pressão. A figura 18 apresenta detalhes da construção da lança de injeção. Após o sopro, o conversor é escorificado e o aço líquido segue para o lingotamento convencional ou contínuo ou para instalações de metalurgia de panela, conforme ilustra a figura 19. Figura 17- Etapas de carregamento e de sopro no conversor LD.
19 Figura 18- Detalhes do projeto da lança de injeção. Figura 19- Aço líquido produzido no conversor sendo transportado para o lingotamento ou para as instalações de metalurgia de panela. 8- Lingotamento do aço líquido O lingotamento consiste na solidificação do aço produzido no conversor LD e/ou por metalurgia de panela (aços-liga) com o objetivo de produzir lingotes para os processos de conformação mecânica. Existem duas variantes: lingotamento convencional processo em que o aço líquido é solidificado em lingoteiras estáticas (figuras 20 e 21) e lingotamento contínuo processo em que o metal líquido é solidificado em lingoteiras refrigeradas de maneira a produzir placas ou tarugos contínuos (figura 22).
20 Figura 20- Tipos de lingoteiras empregadas no lingotamento convencional. Figura 21 Operações de vazamento e de remoção das lingoteiras do lingotamento convencional
21 Figura 22- Representações esquemática das instalações e da máquina de lingotamento contínuo e aspecto geral do corte de placas e dos produtos produzidos.
9- Metalurgia de panela Siderurgia 22 O termo metalurgia de panela é empregado para denominar operações metalúrgicas realizadas em panelas específicas. Estas operações envolvem: Elaboração de aços-liga Refino sob vácuo Refino por meio de escória