1.3.1- siderurgia alunos 14.1 (1)

5/20/2018 1.3.1- SIDERURGIA ALUNOS 14.1 (1)

1/60Prof.: Antonio Fernando de Carvalho Mota, M.Sc. Eng

SIDERURGIA - MATRIAIS PRIMAS

METALURGIA CINCIA DOS METAISSIDERURGIA A METALURGIA DO FERRO

AO A FORA DO PROGRESSO


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Colocaoem 2010 Pais

Milhes detonelada de ao

Aplicao deste total

1 China 626,7

2 Japo 109,6 63,8 em Produtosindustrializados

3 Estados Unidos 80,5 80,1 em bens finais

4 ndia 68,3 60,6 em outros produtos

5 Rssia 35,7 35,7 em outros produtos

6 Coreia do Sul 58,4 52,4 em outros produtos7 Alemanha 43,8

8 Ucrnia 33,4 5,5 em outros produtos

9 Brasil 32,9 8,6 em outros itens

10 Turquia 29,1

Ranking dos maiores produtores de ao do mundo


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HISTRICO

ORIGEM

A 1 vez que o homem viu o ferro foi sob a forma demeteoritos. Da a origem da palavra siderurgia, poisSIDUS

significa estrela, em Latim.


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ORIGEM

Primeiras evidncias de uso: China e

ndia (2.000 AC).

Incio da industrializao: Hititas,

1.700 AC.

Aqueciam uma mistura de minrio

de ferro e carvo vegetal em umburaco no solo obtendo, assim,

uma massa pastosa ferrosa.

HISTRICO


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OBTENO DE METAIS

REAES TERMOQUMICAS:

Reagentes X Produtos Na reao dada A + B C + D, temos: A + B C + D REAGENTES PRODUTOS


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Energia Livre de Gibbs

A equao da Energia Livre de Gibbs informa que:

G = H TS onde:

H = Entalpia; S = Entropia;

G = Energia Livre de Gibbs. O estudo de tal energia revela que:

G = 0 Equilbrio G < 0 Reao possvel

G > 0 Reao impossvel


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Processos de Extrao e Refino

Reao de dissociao MX M + X Tal processo, entretanto, contra-indicado, uma vez que apresenta

elevada quantidade de energia trmica.

Reao de Reduo do Composto Metlico

MX + R RX + M


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Energia Livre de Formao de xidos

Observaes importantes:

A afinidade pelo oxignio diminui com oaumento da temperatura para todos os xidos,

exceto no caso da formao de monxido decarbono (CO).

Quanto mais alta a temperatura, mais fcil setorna a reduo de todos os xidos pelo CO.


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Diagrama de EllinghamA afinidade pelo oxigniodiminui com o aumento datemperatura para todos osxidos, exceto no caso daformao de monxido decarbono (CO). G0G0

Temperatura

Crtica

Temperatura C

G0G0PossvelImpossvel


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SiderurgiaPara se extrair o ferro do minrio, preciso ento retirar o oxignio

ao qual est combinado.Isso feito atravs do processo conhecido como REDUO.Nesse processo, o carbono, presente no carvo vegetal, no coque

ou no gs natural, o AGENTE REDUTOR, ligando-se ao oxignioque se desprende do minrio com a alta temperatura, deixandolivre o ferro:

Fe2O3(s) + 3 CO 2 Fe (l) + 3 CO2(g)

Entre 20 e 30% do ferro produzido POR REDUO DIRETA:

Fe2O3(s) + 3 C 2 Fe (l) + 3 CO (g)


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Matrias-prima da indstria siderrgica

MINRIOS DE FERRO:

a- MagnetitaFe3O472,4% Fe b- HematitaFe2O369,5%Fe

c- SideritaFeCO348,3%

d- PiritaFeS2sem interesse siderrgico

Aspecto tpico dos materiais base de ferro alimentados no alto-forno:

Sinter, pelotas, minrio beneficiado e briquetes.

sinter

minrio beneficiado

pelotas

briquetes

Processo de produo do ao


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Cont. Matrias-prima da indstria siderrgica

CARVO: - Fornecedor do calor

- Fornecedor do CO para a reduo do xido de Ferro

- Fornecedor do C como principal elemento de liga.

FUNDENTE: A funo do fundente combina-se com as impurezas dominrio e com as cinzas do carvo formando as chamadasESCRIAS.

O principal fundente o calcreo, CaCO3.

Outros fundentes: Cal (CaO) e Fluorita (CaF2).

Ar: Fornecedor do oxignio para a combusto da carvo.


Carvo vegetal


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COQUE METALRGICO O COQUE (principal combustvel do alto-forno) obtido da destilao do

carvo mineral, o qual aquecido a altas temperaturas em cmaras especiais

(COQUERIAS), na ausncia de ar, durante 17 a 18 horas.

Nessas condies, uma grande quantidade de produtos volteis se

desprendem do carvo mineral, obtendo-se uma estrutura porosa, com

elevada resistncia mecnica, o COQUE.

Tpica Bateria decoqueificao

Coque incandescentepronto para serdescarregado


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Fornos para coqueificao

Carvomineral

1300C, durante 16 horas sem contato com o arProdutos carboqumicos: alcatro

amniaBTX bruto, BTX (Benzeno, Tolueno e Xileno)

Coquemetalrgico


Operao de Desfornamento da Coqueiria(Arquivo COSIPA)

Refino do BTX

benzeno um lquido txico e inflamvel


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FUNDENTE

Tem a funo de se combinar com as impurezas do

minrio de ferro e com as cinzas do carvo, formando aescria. Reduz a temperatura de fuso e forma umaescria de baixa densidade que sobre nada o banho,protegendo o metal lquido e facilita a sua retirada.

O principal fundente o CALCRIO (CaCO3).Fundenteem metalurgia pode ter dois significados:substncia que facilita a soldadura ao efetuar a limpeza qumica dos materiais aserem soldados. Em processos de alta temperatura o propsito principal dofundente prevenir a oxidao dos materiais de base e de enchimento;

na metalurgia extrativa:substncia adicionada ao contedo de, por exemplo, um alto-forno com ospropsitos de retirar as impurezas existentes no metal (por exemplo xidos) e detornar a escria mais fluida. No caso do ferro e do ao o fundente mais comum o calcrio.
http://br.all.biz/img/br/catalog/14519.jpeghttp://br.all.biz/img/br/catalog/14519.jpeg


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Sinterizao

FOTO 03:Sinterizao (Arquivo USIMINAS)

Fino do

Minrio de Ferro

+

Calcrio

= SNTER

Aquecimento a 1300C


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OUTRAS MATRIAS-PRIMASMANGANS: utilizado tanto no alto-forno (na forma de

minrio), como no processo de fabricao do ao (como ligaferro-mangans).

FUNO: Elemento DESOXIDANTE e DESSULFURANTE.

Minrio mais importante: PIROLUSITA (MnO2).A pirolusita no um minrio comum.

O Brasil, entretanto, possui reservas considerveis de boaqualidade.

SUCATA DE AO: permite o reaproveitamento do material euma considervel economia de matria-prima.


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Processo SiderrgicoUsina Integrada

Coqueria

Calcreo

Coque

Ar

Snter

Gusa Lquido

Alto-Forno

LingotamentoContnuo

(Conversor)

(Forno Eltrico)

(1300C durante 16 horasSem contato com o ar)

Sinterizao(1300C)

Laminao

ProdutosLaminados

Fonte: http://www.ibs.org.br/siderurgia_usos_fluxo.asp


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ALTO-FORNO

O alto-forno no produz ao, mas um produto intermedirio lquidochamado ferro-gusa.

GALO DA MADRUGADA

30m


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Alto-Forno

Regeneradores

CARGA:Minrio de ferro1560tMinrio de mangans23t

Coque - 800tCalcreo - 350tGs de alto forno(CO2, CO, H2, N2)Poeira

Ar comprimido2000/2500t

Escria200/400t

Ferro gusa1000t


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ALTO-FORNO


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Alto-Forno: Processo de fabricao do Ferro Gusa

Reduo dos xidos de Ferroe remoo de impurezas.

Composio qumica doGusa:

Ferro = 93,8% mnimo Carbono = 3,5 a 4,0%

Mangans = 1,0%

Silcio = 1,0%

Enxofre = 0,04 a 0,06%

Fsforo =0,1%Alto-Forno


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ESCRIA Composio qumica:

SiO229 a 38%

Al2O310 a 22%

CaO + MgO44 a 48%

FeO + MnO1 a 3% CaS3 a 4%

Escria bruta aps a sinterizao


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USINA INTEGRADA A COQUE

Conversor sendocarregado com gusalquido


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O conversor LD usa tambm oprincpio da injeo do oxignio. Adiferena que o oxignio puro soprado sob presso na superfciedo gusa lquido. Essa injeo feita

pela parte de cima do conversor. constitudo de uma carcaacilndrica de ao resistente ao calor,revestido internamente por materiais

refratrios de dolomita ou magnesita

Conversor LD

Os conversores produzem aos usados nafabricao de chapas, tubos soldados,perfis laminados, arames.


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CARRO-TORPEDO


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Aciaria LD (Linz-Donawitz)

Conversor posio de carga

Revestimento bsico:Dolomita ou magnesita

BOP = Basic Oxigen ProccessouProcesso Bsico a Oxignio


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USINA INTEGRADA A COQUE

Refino secundrio

Convertedor LDForno Panela

Desgaseificadora Vcuo (RH)

Lingotamentocontnuo

Refino primario

(oxidante)O2


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USINA INTEGRADA DE REDUO DIRETA: FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO

FerroEsponja


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INDSTRIA SIDERRGICA

As usinas de ao, de acordo com seuprocesso produtivo, classificam-se em:

SIDERRGICAS:

INTEGRADAS

SEMI-INTEGRADAS

NO-INTEGRADAS

Minrio ferro gusa ao laminaoferro esponja

Matrias-primas Ao laminao(sucata, gusa ou esponja)

Guseiros ou Relaminadores


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SUCATA PICOTADAPara poder carregar a sucata no forno eltrico a arco, a sucata deve ter o

seu tamanho reduzido: usa-se para isso desde o corte com maarico atum equipamento chamado Shredder, que um grande picotador de ao.

Triturador SHREDDER :Capacidade 120t/h

Mquina Shredder na usina daGerdau em Iowa, EUA


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Sistema de Separao de No-Ferrosos ED01

Este efeito de Lenz explica o que ocorre na seletividade do

ED01 para com materiais amagnticos. Como o tambor magnetizado pode ser tratado como a fonte

indutora, os metais amagnticos so tratados como induzidos.

Assim, ambos tero o mesmo tipo de plo durante a induo, o quepermitir que os metais se repilam ao invs de se atrarem, o que

ocorreria se possussem plos opostos.

Operao com fenmeno Eddy Current.Fonte: Mastermag Integrated Recycling System.

Segundo a lei de Lenz, o sentido dacorrente o oposto da variao do campomagntico que lhe deu origem


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Aciaria eltricausina semi-integrada

Forno Panela

Forno Eltrico

A carga de um forno a arco constituda,basicamente, de sucata e fundente (cal)


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REFINO OXIDANTE

Cortesia Gerdau Aos Longos S.A.

oxidando os elementos C, Mn, Si e P


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DescarburaoDesfosforao

Rinsagem: nitrognio ou argnioDessulfuraoDesoxidao (desgaseificao)

Rinsagem: Agitao atravs do borbulhamento de um gs inerte.

65% das incluses so eliminadas pelo processo de rinsagem (agitao) com gs argnio.Produtos da reoxidao tendem a formar incluses ricas em xidos FeO e MnO, por exemplo.

(ou refino primrio e refino secundrio)

ACIARIA: FORNO ELTRICO FORNO-PANELA


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AUTOMAO E CONTROLE SIDERRGICO


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ADIO DE FERRO-LIGAS NA ACIARIA


Forno-panela

Composio do euttico(Ferro-liga)

Soldagem ao arco eltrico
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Fotothek_df_n-08_0000323.jpg


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COLETA E ANLISE DE AMOSTRA DE AO


A checagem da composio feita por meio dacoleta de amostra e anlise no espectrmetro deemisso tica para anlise qumica das amostras e

de escrias.Com a composio qumica e a temperaturaacertada, libera-se a panela para o lingotamento.


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ANLISES QUMICAS

Anlise Qumica InstrumentalEmisso tica

Anlise Qumica por Via mida

Anlise Qumica por Combusto

Espectrofotometria


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IMPUREZAS DOS AOS

IMPUREZAS NOCIVAS:

Fsforo (P) produz a fragilidade (trinca) a frioEnxofre (S) produz a fragilidade (trinca) a quente

Fsforo (P) Enxofre (S)

Trinca a quente(solidificao)

ELEMENTO DE LIGA IMPORTANTE NA ACIARIA:Mangans (Mn) Desoxidante e DessulfuranteEm lugar de Fe-S (Tf= 1.000C) Mn-S (Tf= 1.600C)Adio na aciaria do Ferro-liga Fe-Mn


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DESOXIDAO DOS AOS

Ao efervescenteOxignio em

soluo, bolhas, CO e CO2.

Resultado da desoxidao: Formao de Incluses,

compostos slidos em lugar gases,

que durante a laminao ficamalinhados segundo a direo delaminao.

O excesso de incluses prejudica aductilidade dos aos na direotransversal e na direo da

espessura ( decoeso lamelar).

a- Ao Efervescente,

b- Semi-acalmadoc- Acalmado

Incluses: Partculas de outras substncias inclusasno ao.

Ao acalmado Desoxidado.

Desoxidantes: Ferro-Silcio, Ferro-Mangans e Alumnio (Al2O3).

Em ligar de Aos Efervescentes AosAcalmados

(masc/incluses)

vazios

(a) (b) (c)


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METALURGIA DA SOLDAGEM


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LAMINAO DE INCLUSES

Lingotes: Estruturabruta de fuso comincluses esfricas

Chapas Laminadas:Gros, incluses eSegregaes soalongadas segundoa direo de laminao

DL

Produtos da aciaria e lingotamento contnuo: Lingotes com inclusesdevido o processo de desoxidao do ao.Produtos Laminados: Chapas com incluses alongadas segundo adireo de laminao

(ANISOTROPIA)

DL

Incluses


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TRINCA INTERLAMELAR OU DECOESO LAMELAR

Fazer um amanteigamento (buttering), ou seja depositar umaou mais camadas de material dctil na superfcie do materialsensvel a trinca, antes da soldagem de unio propriamente dita.


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Bruno Rodrigues Henriques"Estudo da Incorporao de Hidrognio no Ao Lquido"Dissertao de Mestrado apresentada ao Programade Ps-Graduao em Engenharia de Materiais daREDEMAT, como parte integrante dos requisitospara a obteno do ttulo de Mestre em Engenhariade Materiais.


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Processos de Refino Secundrio: Desgaseificao dos aos

Fonte: Colpaert

Em funo de problemas causados pelo hidrognio noao. Foram desenvolvidos tratamentos do ao sob

vcuo, visando principalmente a reduo do teor deHidrognio alm de incluses no metlicas.

Vacuum degassing (VD)

Vacuum oxygen decarburisation (VOD)Reduo do carbono em aos inoxidveis

LINGOTAMENTO CONTNUO


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LINGOTAMENTO CONTNUO

Distribuidor

Corte a quente

Inaugurao do LingotamentoContnuo da CST


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Reaquecimento do lingote para a laminao

Forno de ReaquecimentoCortesia Gerdau Aos Longos S.A.

Tarugos no ptio esfriando enquantoaguarda a entrada no laminador


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Oxidao superficial causada pela elevada temperatura


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Fonte: SIDERRGICA AONORTE

Laminao entrada4m (lingote)Gerdau sada1600m (vergalho)Sucata .................. .... em 2012 R$300,00/t

Custo do lingote ....... R$ 430,00/tCusto da laminao ..R$ 40,00/tCusto total R$ 470,00/tVenda R$ 600,00/t

Componentes de um laminador qudruo

LAMINAO A QUENTE


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Laminao aquente

Laminao a

frio


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FABRICAO O GG-50 Soldvel um vergalho, do tipo CA50-A, obtido da laminao a

quente de tarugo de ao produzido em lingotamento contnuo. Aps ltimo

passe de laminao, o produto submetido a um resfriamento guacapaz de reduzir bruscamente a temperatura da superfcie (fig. A).

O ncleo da barra permanece suficientemente quente para reaquecer asuperfcie endurecida e promover o seu revenimento (fig.B).

O resultado final um produto com ncleo tenaz e superfcie temperada e

revenida, de alta resistncia mecnica e excelente ductilidade (fig.C)

(A) (B) (C)

Laminador Resfriamento Produtoacabado

A recent Thermexinstallation in India


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THERMEX -Estrutura do Material

Estrutura superficial martenstica;

Ncleo em estrutura fina ferrtica-perlitica; Combinao de microestruturas resultando em melhorias das

propriedades nos vergalhes.

C - estrutura martensticaB - estrutura intermediriaA - estrutura perlita + ferrita


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Faixa Qumica para CA50 e GG-50 SOLDVEL

Espectrmetro


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QUALIDADEEnsaio de traofonte Gerdau


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CAPACIDADE DE DOBRAMENTO


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SOLDABILIDADE

OBRIGADO

1.3.1- siderurgia alunos 14.1 (1)

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