O documento descreve o processo de produção de aços, começando pela extração do minério de ferro no alto-forno, onde é produzido o ferro gusa. O gusa passa por processos para remover carbono e impurezas e produzir o aço no converter LD. O aço é então refinado e pode receber ligas metálicas antes de ser solidificado em lingotes ou barras.

1. PRODUÇÃO DE AÇOS “ Metalurgia do ferro e do aço” fonte: Aurélio Siderurgia

2. PRODUÇÃO DE AÇOS Fluxo Básico da Produção Produção do Ferro Gusa Produção do Aço Ajustagem do Aço Tube Rounds = + +

3. PRODUÇÃO DE AÇOS Fluxo Básico da Produção minério de ferro carvão calcário alto forno Escória aciaria aço lingotamento ferro gusa processamento térmico processamento mecânico conformação usinagem união recozimento têmpera revenimento

4. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Não é encontrado na natureza sob a forma metálica; É encontrado somente na forma de óxidos (minério); No Brasil o óxido de ferro predominante nos minérios é o Fe 2 O 3 O Metal Ferro (Fe)

5. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Mina de minério de ferro

6. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Composição química: 65% de Fe 28% de Oxigênio Restante: “impurezas” Não tem as propriedades físicas do ferro. É uma pedra igual a tantas outras existentes na natureza. Minério de Ferro (Hematita)

7. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA O grande desafio da metalurgia do ferro é conseguir extrair o metal ( Fe ) do minério ( Fe 2 O 3 ) A extração do Fe do minério é feita no alto-forno

8. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA O Alto Forno é um reator, contra corrente, onde processa-se a redução de óxido de ferro (minério) geralmente é usado o carvão vegetal como elemento redutor. Alto Forno

9. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Matéria-Primas do Alto-forno Sinter e pelota: finos de minério de ferro que foram aglomerados para utilização no alto -forno. Coque ou carvão vegetal: agente redutor e combustível do processo Fundentes: tudo aquilo que facilita a formação de escória líquida (calcário e quartzo).

10. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Carvão e Minério

11. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Produtos do Alto-forno Ferro gusa: principal produto do alto-forno, matéria-prima do aço carbono - 3 a 4,5% fósforo - 0,05 a 2,0% silício - 0,5 a 4,0% manganês - 0,5 a 2,5% Escória: combinação dos elementos dos fundentes com impurezas do minério e cinzas SiO 2 - 29 a 38% CaO + MgO - 44 a 48% Al 2 O 3 - 10 a 22% FeO + MnO - 1 a 3%

12. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Gusa Sólido

13. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Alto-forno Gás de Alto Forno (CO, CO 2 , N 2 , H 2 O, CH 4 , H 2 ) Pó (finos de minério e carvão carregados pelo gás) SAÍDAS Gusa Escória Ar (Quente) O 2 (enriquecido) Finos de carvão Gás Natural Minério/Pelota/Sinter Coque /Carvão Vegetal Fundentes ENTRADAS

14. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Alto-forno minério de ferro carvão calcário ar gás de alto forno ferro gusa escória 3Fe 2 O 3 + CO  2Fe 3 O 4 +CO 2 Fe (gusa) Fe 3 O 4 + CO  3FeO +CO 2 FeO + CO  Fe +CO 2

15. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Alto-forno

16. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Características do ferro gusa Contém elevado teor de carbono (4,5%). Contém “impurezas” (como P e S). É duro e quebradiço (não pode ser conformado). Em geral é utilizado na fabricação de peças fundidas de grande espessura.

17. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Bica de Gusa

18. PRODUÇÃO DE FERRO GUSA Carro Torpedo

19. PRODUÇÃO DE AÇO Para se obter o aço à partir do ferro gusa é necessário: 1. Tirar o carbono do gusa; 2. Tirar as “impurezas” do gusa (S, P) 3. Aumentar a temperatura do metal líquido São ligas ferrosas com teores de carbono até 2,1% tipos : aço carbono aço ligado aço micro-ligado Definições

20. PRODUÇÃO DE AÇO Para retirar o enxofre do gusa é feita a dessulfuração. É injetado um pó dessulfurante rico em magnésio e cal, juntamente com o nitrogênio. Cada dessulfuração gasta em média de 10 a 12 minutos, e abaixa-se a faixa de enxofre para os níveis desejados, o que não seria possível se o gusa fosse direto para o LD. Dessulfuração

21. PRODUÇÃO DE AÇO Dessulfuração

22. PRODUÇÃO DE AÇO Diminuir os teores de carbono e fósforo do gusa . Aumentar a temperatura do metal líquido Não utiliza combustível de forma ilimitada. O calor gerado no LD é, principalmente, o calor da queima do Carbono e do Silício do gusa. A principal fonte de calor que entra no LD é o gusa líquido, a altas temperaturas (~1200ºC). Processo LD

23. PRODUÇÃO DE AÇO Ferro gusa (4,5% de C) + O 2 gás + fundentes = Aço líquido (0,06% de C) + (CO + CO 2 ) gás + escória Si (gusa)  SiO 2 (escória) Mn (gusa)  MnO (escória) P(gusa)  P 2 O 5 (escória) CaO(fundentes)  CaO (escória) MgO(fundentes)  MgO (escória) Processo LD

24. PRODUÇÃO DE AÇO Utiliza gusa líquido e sólido, sucata de aço e oxigênio O calor contido no gusa líquido e a oxidação dos elementos químicos (C, Si, Mn e etc) são as fontes que fornecem energia para fundir a sucata A sucata de aço é utilizada como um material refrigerante para o sistema. O sopro de oxigênio, que transforma o gusa em aço, transcorre em aproximadamente 20 minutos e eleva a temperatura do banho metálico até 1700ºC Processo LD

25. PRODUÇÃO DE AÇO Convertedor LD

26. PRODUÇÃO DE AÇO Baixo teor de carbono (~0,06%) Baixo teor de “impurezas” (P e S) Teor de ferro maior que 99% Tem as propriedades do ferro metálico Pode ter as suas propriedades acentuadas com a adição de pequenas quantidades de outros elementos. Processo LD

27. PRODUÇÃO DE AÇO Processo LD - Carregamento da Sucata

28. PRODUÇÃO DE AÇO Processo LD - Carregamento de Gusa

29. PRODUÇÃO DE AÇO Vazamento do LD na Panela

30. PRODUÇÃO DE AÇO Após o ajuste do teor de fósforo, carbono e da temperatura do aço líquido no LD, deve-se fazer o refino secundário do aço O refino secundário consiste no acerto final da composição química e temperatura do aço, além da execução de procedimentos que visam “limpar” e/ou desgaseificar o aço. O refino secundário é feito no Forno Panela e, dependendo do aço, no VD e Rinsagem também. Metalurgia Secundária

31. PRODUÇÃO DE AÇO Carbono - quanto maior o teor de carbono, maior a resistência mecânica e a dureza do aço. Molibdênio - aumenta a resistência à tração e à ação do calor Cromo - aumenta a resistência mecânica e ao calor, aumenta a dureza e a proteção anti-corrosiva do aço. Elementos de liga no Aço

32. PRODUÇÃO DE AÇO Boro - aumenta a temperabilidade do aço Níquel - aumenta a resistência ao impacto de aços estruturais. Vanádio - aumenta a resistência à tração. Elementos de liga no Aço

33. PRODUÇÃO DE AÇO Ao se adicionar ligas no aço, é necessário ter calor suficiente para fundi-las. O LD não pode compensar esta necessidade de calor, uma vez que suas fontes de geração de energia são limitadas. Metalurgia Secundária

34. PRODUÇÃO DE AÇO O forno panela utiliza a energia elétrica para suprir a necessidade de calor. O forno panela permite a elaboração de aços ligados via LD. Metalurgia Secundária

35. PRODUÇÃO DE AÇO No forno panela ocorrem : homogeneização química e térmica do banho metálico refino do aço, acerto de composição química acerto de temperatura É possível a produção do aço com estreita faixa de composição química e de excelente qualidade. Metalurgia Secundária

36. PRODUÇÃO DE AÇO Metalurgia Secundária

37. PRODUÇÃO DE AÇO Forno Panela

38. PRODUÇÃO DE AÇO Desgaseificação à Vácuo Aços com exigência de baixos teores de hidrogênio (teores menores que 5ppm) Aços com exigência de baixos teores de oxigênio (teores menores que 15ppm) Aços com teor mínimo de enxofre acima de 0,010% Aços com teor de Ni > 0,40% e Cr > 2,0% Aços com elevado grau de limpeza

39. PRODUÇÃO DE AÇO Desgaseificação à Vácuo O VD, reduz a pressão de 1atm até menos de 0,002atm retirando os gases do aço. É realizada pela despressurização do sistema e injeção de argônio, tornando o banho extremamente agitado e desgaseificado.

40. PRODUÇÃO DE AÇO Desgaseificação à Vácuo

41. PRODUÇÃO DE AÇO Desgaseificação à Vácuo

42. PRODUÇÃO DE AÇO Estação de Rinsagem A rinsagem deve ser sempre feita após o VD. Nela é feito o borbulhamento com argônio, a baixas vazões, para a remoção das inclusões que ainda estão flutuando no banho metálico Com a baixa injeção de argônio, as inclusões são levadas até a superfície do aço, se incorporando à escória que lá se encontra. Os aços produzidas via VD e Rinsagem são, geralmente, de alto grau de pureza

43. PRODUÇÃO DE AÇO Estação de Rinsagem

44. PRODUÇÃO DE AÇO Estação de Rinsagem

45. PRODUÇÃO DE AÇO Lingotamento Contínuo É a etapa na qual o aço líquido é transformado em aço sólido sob a forma de barras de seção redonda O lingotamento contínuo é um processo onde o aço líquido é colocado em um distribuidor que alimenta quatro moldes de cobre, refrigerados a água, onde são produzidas barras redondas de 180, 194 e 230mm de diâmetro.

46. PRODUÇÃO DE AÇO Lingotamento Contínuo

47. PRODUÇÃO DE AÇO Lingotamento Contínuo

48. PRODUÇÃO DE AÇO Lingotamento Contínuo

49. PRODUÇÃO DE AÇO Corte das barras

50. PRODUÇÃO DE AÇO Identificação das barras

51. PRODUÇÃO DE BLOCOS Ajustagem das barras Após as barras serem lingotadas elas são armazenadas em “bolsas”. Após o resfriamento são transportadas para a ajustagem do LC, via transporte rodoviário. Na chegada das barras elas são inspecionadas de acordo com as especificações do cliente.

52. PRODUÇÃO DE BLOCOS Ajustagem das barras Após ser verificada a qualidade superficial as barras são cortadas por serras ou maçaricos, de acordo com os dados programados. Após essa etapa os blocos são despachados para as usinas de tubos, via transporte rodoviário, ou para a laminação de barras, no caso de qualidades específicas.

53. PRODUÇÃO DE BLOCOS Corte a maçarico e corte a serra

54. PRODUÇÃO DE BLOCOS Preparação e despacho

55. PRODUÇÃO DE BARRAS Laminação de Barras Quando o diâmetro final do bloco ainda não é o ideal para o processamento na fábrica de tubos, este deve passar pela laminação. A laminação é composta por um forno de reaquecimento, quatro cadeiras de laminação, leito de resfriamento e bolsa de estocagem. Após a laminação, é feita uma nova inspeção e as barras são novamente cortados em blocos.

56. PRODUÇÃO DE BARRAS Laminação

57. PRODUÇÃO DE AÇOS Limitações Tamanho do pedido: pode prejudicar produtividade e aumentar custos na aciaria Teor de fósforo menor que 0,020% Teor mínimo de S maior que 0,010% Corridas via VD Carbono ultra baixo (< 0,07%) Ligas acima de 3% Faixas muito estreitas

58. TUBOS VERDES AREAS DE PRESERVAÇÃO LEGAL AREAS DE PROTEÇÃO LEGAL Florestas Ecologicamente Corretas