Noções de siderurgia

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Noções de siderurgia

  1. 1. Noções de siderurgia Materiais metálicos, processos de fabricação de ligas ferrosas
  2. 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. 3. Produção do AçoProdução do Aço
  4. 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. 5. 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
  6. 6. FerroFerro PrimárioPrimário • Fontes de FerroFontes de Ferro 5mm<Pelotas<18mm5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm granulado 6mm< Minério <40mm granulado Em detalheEm detalhe
  7. 7. • Detalhes do processoDetalhes do processo Típica Bateria de coqueificaçãoTípica Bateria de coqueificação Coque incandescente pronto para ser descarregado Coque incandescente pronto para ser descarregado CoqueriaCoqueria
  8. 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 COque 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
  9. 9. Alto FornoAlto Forno O alto forno é um forno de cuba que operado emO alto forno é um forno de cuba que operado em regime de contra corrente.regime de contra corrente. No topo do forno o coque, calcário, e o materialNo topo do forno o coque, calcário, e o material portador de ferro (sinter, pelotas e minérioportador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado) são carregado em diferentes camadas.granulado) são carregado em diferentes camadas. A carga sólida, alimentada pelo topo, desce porA carga sólida, alimentada pelo topo, desce por gravidade reagindo com o gás que sobe.gravidade reagindo com o gás que sobe. Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dosNa parte inferior do forno o ar quente (vindo dos regeneradores) é injetado através das ventaneiras.regeneradores) é injetado através das ventaneiras. Em frente as ventaneiras o OEm frente as ventaneiras o O22, presente no ar, reage, presente no ar, reage com o coque formando monóxido de carbono (CO)com o coque formando monóxido de carbono (CO) que ascende no forno reduzindo o óxido de ferroque ascende no forno reduzindo o óxido de ferro presente na carga que desce em contra corrente.presente na carga que desce em contra corrente.
  10. 10. Alto FornoAlto Forno John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.
  11. 11. 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. Alto FornoAlto Forno
  12. 12. Alto forno
  13. 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 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).
  14. 14. Produção do Aço Líquido-métodos maisProdução do Aço Líquido-métodos mais usados atualmenteusados atualmente A produção do aço líquido se dá através da oxidaçãoA produção do aço líquido se dá através da oxidação controlada das impurezas presentes no gusa líquidocontrolada das impurezas presentes no gusa líquido e na sucata.e na sucata. Este processo é denominado refino do aço e éEste processo é denominado refino do aço e é realizado em uma instalação conhecida comorealizado em uma instalação conhecida como aciaria.aciaria. O refino do aço normalmente é realizado emO refino do aço normalmente é realizado em batelada pelos seguintes processos:batelada pelos seguintes processos: -- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (cargaAciaria a oxigênio – Conversor LD (carga predominantemente líquida).predominantemente líquida). -- Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco –Aciaria elétrica – Forno elétrico a arco – FEAFEA (carga predominantemente(carga predominantemente sólida).sólida).
  15. 15. Conversor LDConversor LD Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano)Responsável por cerca 60% (540 milhões ton/ano) da produção de aço líquido mundial, a tecnologiada produção de aço líquido mundial, a tecnologia continua a ser a mais importante rota para acontinua a ser a mais importante rota para a produção de aço, particularmente, chapas de aço deprodução de aço, particularmente, chapas de aço de alta qualidade.alta qualidade. Processo industrial teve início em 1952, quando oProcesso industrial teve início em 1952, quando o oxigênio tornou-se industrialmente barato. A partiroxigênio tornou-se industrialmente barato. A partir daí o crescimento foi explosivo.daí o crescimento foi explosivo. Permite elaborar uma enorme gama de tipos dePermite elaborar uma enorme gama de tipos de aços, desde o baixo carbono aos média-liga.aços, desde o baixo carbono aos média-liga.
  16. 16. Conversor LDConversor LD
  17. 17. Conversor
  18. 18. Conversor LDConversor LD
  19. 19. Metalurgia de PanelaMetalurgia de Panela Após o refino, o aço ainda não se encontra emApós o refino, o aço ainda não se encontra em condições de ser lingotado. O tratamento a ser feitocondições de ser lingotado. O tratamento a ser feito visa os acertos finais na composição química e navisa os acertos finais na composição química e na temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e otemperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o lingotamento contínuo na cadeia de produção delingotamento contínuo na cadeia de produção de aço carbono.aço carbono. Desta forma o FEA ou o conversor LD pode serDesta forma o FEA ou o conversor LD pode ser liberado, maximizando a produção de aço.liberado, maximizando a produção de aço. - Forno de panela- Forno de panela - Desgaseificação- Desgaseificação
  20. 20. Forno de PanelaForno de Panela Forno na metalurgia de panela
  21. 21. Toda a etapa de refino do aço se dá no estadoToda a etapa de refino do aço se dá no estado líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de formalíquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma adequada em função da sua utilização posterior.adequada em função da sua utilização posterior. O lingotamento do aço pode ser realizado de trêsO lingotamento do aço pode ser realizado de três maneiras distintas:maneiras distintas: -- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira; - INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical penetrando na lingoteira pela sua base;penetrando na lingoteira pela sua base; - CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para um molde de cobre refrigerado à água.um molde de cobre refrigerado à água. LingotamentoLingotamento
  22. 22. Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo
  23. 23. O lingotamento contínuo é um processo pelo qual oO lingotamento contínuo é um processo pelo qual o aço fundido é solidificado em um produto semi-aço fundido é solidificado em um produto semi- acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüenteacabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente laminação.laminação. Antes da introdução do lingotamento contínuo, nosAntes da introdução do lingotamento contínuo, nos anos 50, o aço era vazado em moldes estacionárioanos 50, o aço era vazado em moldes estacionário (lingoteiras).(lingoteiras). Lingotamento ContínuoLingotamento Contínuo Seções possíveisSeções possíveis no lingotamentono lingotamento contínuo (mm)contínuo (mm)
  24. 24. ConformaçãoConformação  A grande importância dos metais na tecnologiaA grande importância dos metais na tecnologia moderna deve-se, em grande parte, à facilidade commoderna deve-se, em grande parte, à facilidade com que eles podem ser produzidos nas mais variadasque eles podem ser produzidos nas mais variadas formas, para atender a diferentes usos.formas, para atender a diferentes usos.  Os processos de fabricação de peças a partir dosOs processos de fabricação de peças a partir dos metais no estado sólido podem ser classificados em:metais no estado sólido podem ser classificados em: -- Conformação Mecânica: volume e massa sãoConformação Mecânica: volume e massa são conservados;conservados; -- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-seRemoção Metálica ou Usinagem: retira-se materialmaterial para se obter a forma desejada;para se obter a forma desejada;
  25. 25.  Os processos de conformação mecânica podem serOs processos de conformação mecânica podem ser classificados de acordo com o tipo de força aplicadaclassificados de acordo com o tipo de força aplicada ao material:ao material: -- Compressão direta:Compressão direta: Forjamento, Laminação;Forjamento, Laminação; -- Compressão indireta:Compressão indireta: Trefilação, Extrusão,Trefilação, Extrusão, Embutimento;Embutimento; -- Trativo:Trativo: Estiramento;Estiramento; -- Dobramento:Dobramento: Dobramento;Dobramento; -- Cisalhamento:Cisalhamento: Corte.Corte. ConformaçãoConformação
  26. 26.  ExtrusãoExtrusão: Processo no qual um bloco de metal tem: Processo no qual um bloco de metal tem reduzida sua seção transversal pela aplicação dereduzida sua seção transversal pela aplicação de pressões elevadas, forçando-o a escoar através dopressões elevadas, forçando-o a escoar através do orifício de uma matriz.orifício de uma matriz.  TrefilaçãoTrefilação: Processo que consiste em puxar o metal: Processo que consiste em puxar o metal através de uma matriz, por meio de uma força deatravés de uma matriz, por meio de uma força de tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz. Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação
  27. 27.  ForjamentoForjamento: Processo de transformação de metais por: Processo de transformação de metais por prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma deprensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de conformação existente).conformação existente).  LaminaçãoLaminação: Processo de deformação plástica no qual: Processo de deformação plástica no qual o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos eo metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e rotação. É o de maior uso em função de sua altarotação. É o de maior uso em função de sua alta produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quenteprodutividade e precisão dimensional. Pode ser a quente ou a frio.ou a frio. Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação
  28. 28. Dobramento Forjamento Laminação Trefilação Embutimento ProfundoEstiramento Matriz Cisalhamento τ ExtrusãoExtrusão Tipos de ConformaçãoTipos de Conformação
  29. 29. Lingotamento e LaminaçãoLingotamento e Laminação

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