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Noções de siderurgia

• Materiais metálicos, processos de fabricação de
  ligas ferrosas

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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.

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Produção do Aço
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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.

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Matéria prima dos materiais ferrosos

• Minérios
• Magnetita Fe3O4 coloração preta
• Hematita Fe2O3 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 1000 1100ºC, 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

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Ferro Primário

• Fontes de Ferro

5mmltPelotaslt18mm
5mmltSinterlt50mm
6mmlt Minério lt40mmgranulado
Em detalhe
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Coqueria

• Detalhes do processo

                                                 
Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente pronto para ser descarregado
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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 Fe2O3 3/2CO Fe
  3/2CO2

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Alto Forno

• 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 carga sólida, alimentada pelo topo, desce por
  gravidade reagindo com o gás que sobe.
• Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos
  regeneradores) é injetado através das
  ventaneiras.
• Em frente as ventaneiras o O2, 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.

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Alto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
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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.
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Alto forno
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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 O2 ou de ar
  saindo na forma de gases ou passando para a
  escória.

• Conversores ar ou O2 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 O2
  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).

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Produção do Aço Líquido-métodos mais usados
atualmente

• ?A produção do aço líquido se dá através da
  oxidação controlada das impurezas presentes no
  gusa líquido e na sucata.
• ?Este processo é denominado refino do aço e é
  realizado em uma instalação conhecida como
  aciaria.
• ?O refino do aço normalmente é realizado em
  batelada pelos seguintes processos
• - Aciaria a oxigênio Conversor LD (carga
  predominantemente líquida).
• - Aciaria elétrica Forno elétrico a arco FEA
  (carga predominantemente sólida).

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Conversor LD

• Responsável por cerca 60 (540 milhões ton/ano)
  da produção de aço líquido mundial, a tecnologia
  continua a ser a mais importante rota para a
  produção de aço, particularmente, chapas de aço
  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 média-liga.

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Conversor LD
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Conversor
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Conversor LD
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Metalurgia de Panela
?Após o refino, o aço 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
entre o refino e o lingotamento contínuo na
cadeia de produção de aço carbono. ?Desta forma o
FEA ou o conversor LD pode ser liberado,
maximizando a produção de aço. - Forno de
panela - Desgaseificação 
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Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela
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Lingotamento

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

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Lingotamento Contínuo
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Lingotamento Contínuo
? O lingotamento contínuo é um processo pelo qual
o aço fundido é solidificado em um produto
semi-acabado, tarugo, perfis ou placas para
subseqüente laminação. ? Antes da introdução do
lingotamento contínuo, nos anos 50, o aço era
vazado em moldes estacionário (lingoteiras).
Seções possíveis no lingotamento contínuo (mm)
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Conformação
? A grande importância dos metais na tecnologia
moderna deve-se, em grande parte, à facilidade
com que eles podem ser produzidos nas mais
variadas formas, para atender a diferentes usos.
? Os processos de fabricação de peças a partir
dos metais no estado sólido podem ser
classificados em - Conformação Mecânica
volume e massa são conservados - Remoção
Metálica ou Usinagem retira-se material para
se obter a forma desejada
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Conformação
? Os processos de conformação mecânica podem ser
classificados de acordo com o tipo de força
aplicada ao material - Compressão
direta Forjamento, Laminação - Compressão
indireta Trefilação, Extrusão,
Embutimento - Trativo Estiramento - Dobra
mento Dobramento - Cisalhamento Corte.
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Tipos de Conformação
? Extrusão Processo no qual um bloco de metal
tem reduzida sua seção transversal pela aplicação
de pressões elevadas, forçando-o a escoar através
do orifício de uma matriz. ? Trefilação Processo
que consiste em puxar o metal através de uma
matriz, por meio de uma força de tração a ele
aplicada na saída dessa mesma matriz.
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Tipos de Conformação
? Forjamento Processo de transformação de metais
por prensagem ou martelamento (é a mais antiga
forma de conformação existente). ? Laminação
Processo de deformação plástica no qual o metal
tem sua forma alterada ao passar entre rolos e
rotação. É o de maior uso em função de sua alta
produtividade e precisão dimensional. Pode ser a
quente ou a frio.
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Tipos de Conformação
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Lingotamento e Laminação