3 - a metalurgia extrativa

ENG06638-Introdução à engenharia metalúrgica Nestor Cezar Heck / UFRGS – DEMET

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3 - A Metalurgia Extrativa 3-1. Principais metais

A metalurgia extrativa estuda a obtenção dos metais a partir de fontes minerais da natureza e da sucata.

Uma comparação entre os principais metais produzidos pelo Homem em escala mundial revela que o ferro é, de longe, o metal mais produzido atualmente, Figura 3-1.

Figura 3-1: Comparação entre a produção de diversos metais em escala global, % em

massa 3-2. A siderurgia ou metalurgia extrativa do ferro

O metal ferro é extraído de um óxido, o mineral hematita (Figura 6-2), simbolizado por: Fe2O3. Mas outras substâncias químicas minerais podem ser fontes de metais, dentre elas, os sulfetos: Cu2S e os carbonatos: MgCO3.

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c Figura 3-2: Mina de minério de ferro hematítico em Minas Gerais (a); minério beneficiado

na forma de pelotas e bitolado (b); pedaço do mineral hematita bruto (c) Vigas, chapas, arames – os produtos da siderurgia, – são obtidos numa seqüência de reatores

que se inicia com o alto-forno (alimentado com minério bitolado1 ou pelotas 2) e termina na fabricação de produtos siderúrgicos por meio de diversos processos industriais.

1 Dentro de uma granulometria limitada por um valor máximo e um mínimo. 2 Pelotas são ‘bolinhas’ (com ~11 [mm] de diâmetro) de Fe2O3, produzidas a partir do pó do minério.


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Figura 3-3: Diagrama esquemático de um alto-forno (a) e fotografia da parte superior de um deles (b)

Um alto-forno, Figura-3-3, é um equipamento muito grande que, para ser economicamente viável, deve produzir, no mínimo, por volta de 1 000 000 de toneladas de ferro por ano! Outros tipos de reatores existem, com capacidades menores, mas a sua importância relativa é menor.

Figura 3-4: Diagrama esquemático de um forno elétrico a arco, FEA, contendo aço líquido (em

vermelho) obtido pela fusão da sucata: A transformador; B cabos condutores (1 para cada fase); C sistema hidráulico de posicionamento dos eletrodos (1 para cada eletrodo); D eletrodos (1 para cada fase); E arco, em amarelo (fonte de calor); F bica de vazamento (normalmente o forno bascula para vazar – descarregar o aço líquido –, porém hoje o vazamento pode ser por baixo, por um furo especial); H queimadores auxiliares de combustível para aquecimento (nem sempre são usados); G porta de serviço mostrando um tubo para a injeção de oxigênio; o carregamento do FEA é feito pelo basculamento do teto3

O alto forno não produz aço, mas um produto intermediário líquido chamado ferro-gusa. O ferro-gusa pode conter até 4,5%C, 1,7%Mn, 0,3%P, 0,04%S e 1,5%Si. Usa-se o conversor (outro equipamento) para reduzir os teores de carbono e silício e para remover as impurezas não metálicas P 3 Na metalurgia o chão de um forno denomina-se soleira e o teto abóbada.


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e S. Os produtos ou saem na forma de gases, ou se incorporam à escória reagindo com a CaO introduzida com esse propósito. O produto final é o aço, que tem um teor de carbono normalmente entre 0,45% e 1,3%.

Figura 3-5: Equipamento shredder

No Rio Grande do Sul os metais não são obtidos a partir de minérios: nossa produção de aço (ferro), alumínio e chumbo, por exemplo, vem da fusão da sucata. 40% do aço produzido no mundo é feito dessa maneira.

Para a fusão da sucata de aço empregamos o forno elétrico a arco, FEA, Figura 3-4. Ele tem esse nome por causa do emprego de arcos elétricos como fonte de calor. Os arcos elétricos se estabelecem entre cada um dos três eletrodos e a sucata a ser fundida.

Figura 3-6: Equipamento para lingotar o aço de forma contínua: 1 panela, 2 aço líquido, 3 aço

saindo da panela, entrando e saindo do distribuidor, 4 distribuidor (panela intermediária, que atua como reservatório na troca da panela), 5 rolete guia, 6 refriamento secundário, executado com jatos de água, 7 coquilha (molde de aço, resfriada com grande vazão de água, onde se dá o resfriamento primário e acontece a solidificação de uma casca de aço do futuro tarugo), 8 rolos endireitadores, 9 painel de controle (em vermelho: tarugo de aço) http://www.schoolscience.co.uk/content/4/chemistry/steel/

Para poder carregar a sucata no forno elétrico a arco, a sucata deve ter o seu tamanho reduzido: usa-se para isso desde o corte, com um maçarico, até um equipamento chamado shredder, que é um grande picotador de aço, Figura 3-5.


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O aço líquido, depois de ser refinado – ou seja, ter as suas impurezas removidas – e desde que a sua composição esteja correta, é vazado e transportado em um grande recipiente com formato de balde – denominado panela –, que contém de 50 a 150 toneladas (ou mais!) de aço, até o local onde se dará a sua solidificação.

A solidificação, que antigamente se dava exclusivamente em grandes recipientes – as lingoteiras – agora é feita na maioria dos casos no equipamento de ‘lingotamento contínuo’. Trata-se de uma grande máquina, capaz de converter o aço líquido em tarugos (de diversas seções) e, mais modernamente, também em placas, Figura 3-6.

Os inúmeros produtos siderúrgicos são fabricados tipicamente por laminação (ver Figura 3-7) e trefilação a partir de formas iniciais, chamadas de semi-acabados, ver Figura 3-8. Além dos tarugos, placas e blocos há, também, o chamado fio-máquina, que é um semi-acabado muito longo, de seção redonda, ideal para ser transformado em arames, pregos, correntes, etc.

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Figura 3-7: Diagrama esquemático de um laminador (a) e bobinas de aço produzidas por laminação (b) Fonte: Voest-Alpine

Os produtos siderúrgicos são classificados, quanto a forma, genericamente, em longos e planos. Exemplos de longos são: vergalhões, vigas, trilhos e barras. Entre os produtos planos temos: chapas tiras e bobinas.

Figura 3-8: Nomenclatura de alguns produtos siderúrgicos semi-acabados


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A Figura 3-9 mostra esquematicamente o diagrama de fluxo de materiais em uma usina siderúrgica produtora de produtos planos.

Figura 3-9: Fluxograma de produção de produtos siderúrgicos planos

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