INSTITUTO FEDERAL FLUMINENSE CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENO INDUSTRIAL

ISAAS DA SILVA MACIEL RAQUEL ALMEIDA DE LIMA

FERRO E SUAS LIGAS

CAMPOS DOS GOYTACAZES 2010

SUMRIO

INTRODUO _________________________________________________________________1 1 HISTRIA __________________________________________________________________2 1.1 O ferro na medicina ____________________________________________________2 1.2 Fornos primitivos ______________________________________________________3 2 PRODUO ________________________________________________________________4 2.1 Reservas de ferro ______________________________________________________4 2.2 Matrias primas para Sinterizao e Alto forno ______________________________5 2.2.1 - Classificao das matrias primas __________________________________5 2.2.2 Beneficiamento do minrio de ferro ________________________________8 2.3 Processo produtivo ____________________________________________________11 2.3.1 Processos de reduo direta ______________________________________11 2.3.2 Processo de reduo indireta _____________________________________12 2.4 Alto Forno __________________________________________________________13 2.4.1 Sub Produtos _________________________________________________14 2.4.2 Corpo principal do alto forno ____________________________________15 2.5 Dessulfurao _______________________________________________________16 2.6 Refino Secundrio ____________________________________________________16 2.7 Lingotamento Contnuo ________________________________________________17 2.8 Laminao __________________________________________________________17 3 LIGAS DE FERRO___________________________________________________________19 3.1 Ferros fundidos ______________________________________________________19 3.2 Ferros fundidos com grafita _____________________________________________20 3.3 Ferros fundidos grafticos altamente ligados ________________________________21 3.4 Ferros fundidos brancos comuns _________________________________________22 3.5 Ferros fundidos brancos altamente ligados _________________________________22 3.6 Ao ________________________________________________________________24 4 UTILIZAO_______________________________________________________________26 5 RECICLAGEM _____________________________________________________________27 6 BIBLIOGRAFIA ____________________________________________________________29

INTRODUOO ferro (do latim ferrum) o segundo metal mais abundante da crosta terrestre e o quarto elemento mais encontrado, depois do oxignio, silcio e alumnio. Porm, quando se considera a totalidade do planeta, o ferro surge como o primeiro constituinte do corpo slido da Terra, ocupando, juntamente com o nquel, os cerca de 7000 km de dimetro que compem o seu ncleo. De nmero atmico 26 e smbolo qumico Fe, o ferro um elemento de transio, pertencente ao oitavo grupo da tabela peridica. Quando puro, o ferro um metal branco-cinzento brilhante. Caracteriza-se pela grande ductibilidade, que permite transform-lo em fios e arames, e maleabilidade, que facilita a fabricao de folhas laminares. Entre suas propriedades fsicas destaca-se o magnetismo, que o torna um timo material para fabricar ms. Quanto s propriedades qumicas, o ferro inaltervel, em temperatura normal, quando exposto ao ar seco. Submetido ao ar mido, o ferro metlico sofre oxidao e se transforma lentamente em ferrugem (xido de ferro), o que pode ser evitado se o ferro for revestido de metal mais resistente corroso, como zinco (ferro galvanizado), estanho (folha-de-flandres) ou cromo (ferro cromado). O ferro atacado facilmente por cidos.

Figura 1 - Peas de ferro

Este elemento detectvel na composio de quase todos os seres vivos, sendo essencial para a esmagadora maioria destes. A maquinaria celular dos organismos depende bioquimicamente do ferro para executar muitas das suas funes, em particular a respirao, sendo um componente essencial na hemoglobina do sangue. O ser humano no exceo, necessitando de tomas dirias deste elemento, normalmente proporcionadas por uma dieta equilibrada.

1. HistriaNo se pode atribuir a descoberta do ferro, enquanto elemento qumico, a ningum em particular. O ferro j era conhecido na antiguidade, sendo mesmo possvel encontr-lo, na natureza, na forma metlica, normalmente associado ao nquel, em materiais provenientes de meteoritos. No possvel falar do desenvolvimento da civilizao ocidental sem referir o ferro. De fato, o rpido desenvolvimento do mundo humanizado s se desencadeou a partir da descoberta das tcnicas de extrao deste elemento por volta de 1500 AC. Note-se que j teria sido usado por civilizaes antigas como a Chinesa, a Sria ou a Egpcia cerca de 700 anos antes, mas no havia sido processado. A origem deste ferro seria provavelmente a extrao efetuada diretamente a partir dos locais de queda de meteoritos. Quando da descoberta do ferro j se conheciam e utilizavam outros metais, como o ouro, a prata, e o cobre, e tambm ligas como o bronze. Mas nenhum era to admirvel como o ferro. A evoluo subseqente, no entanto, foi relativamente lenta. S em 1200 d.C. emergiram as primeiras fornalhas que tornavam mais eficiente o processo de produo (construdas em pedra com uma abertura superfcie promovendo a alimentao de ar fornalha). No incio do sculo XIV, surgiram fornalhas bastante eficazes com um processo seletivo de entrada de ar na mesma, idnticas (processualmente) s utilizadas hoje em dia. A arte da pintura cermica tambm rejuvenesceu com a influncia do ferro. Os pigmentos frricos, como o Fe2O3 e o Fe3O4, respectivamente vermelho e preto, foram obtidos pelos qumicos da poca. A histria do ferro ficaria, certamente, incompleta se no se referisse a descoberta do ao. Esta liga, de to grande importncia para o mundo moderno permitiu descobrir outra caracterstica fundamental deste metal. Ligado a pequenas quantidades de carbono, adquiria uma resistncia mecnica notvel. Um material que, quando quente, era extremamente malevel e, ao arrefecer, se tornava num dos mais resistentes conhecidos at ento. Em 1889 nasce uma construo em ao que ainda hoje arranha os cus de Paris e que se viria a tornar um marco do final do sculo XIX a torre Eiffel.

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O Ferro na Medicina A histria do ferro na medicina surge com Cludio Galeno, um mdico grego que viveu

durante a segunda metade do segundo sculo DC. Comeou por utiliz-lo como laxante, ainda que hoje em dia o ferro seja conhecido precisamente pelo efeito oposto. preciso avanar mais de 1450 anos para se encontrarem dados histricos que incluam o ferro na medicina ou farmacutica.

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Em 1745 um mdico italiano (Vincenzo Menghini) prova a existncia deste elemento no sangue humano. A seqncia experimental deste investigador consistia em alimentar ces com preparados de ferro, drenar-lhes o sangue, sec-lo e, posteriormente, queimar a pasta seca. O resultado foi realmente espantoso. Ao sujeitar as cinzas resultantes a um campo magntico confirmou a sua hiptese. Com esta descoberta inicia-se a histria do ferro na sade. claro que a prova da existncia de ferro no sangue humano, foi apenas o comeo da descoberta, pois a resposta pergunta Qual a utilidade do ferro nos vasos sanguneos?, foi alvo de investigao durante anos a fio. Em 1832, um mdico denominado Bland descobriu que era possvel curar a anemia, utilizando sulfato de ferro (II). A partir desta crucial descoberta, a imagem do ferro comeou a ser freqentemente associada ao bem-estar fsico e sade. 1.2 Fornos Primitivos Possibilitavam a absoro de uma certa quantidade de carbono (at 1%), o que por rpido resfriamento poderia elevar drasticamente a dureza do material (tmpera)

Figura 2 - Forno primitivo, do tipo poo fechado, usado na reduo do minrio de ferro, pelo emprego de carvo vegetal como combustvel.

Figura 3 - Forno primitivo, do tipo forja catal, usado na reduo do minrio de ferro, pelo emprego de carvo vegetal como combustvel

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Estes dois tipos de fornos usavam o processo de reduo direta (ferro no era obtido no estado lquido): C + O2 CO + FeXOY CO2 Fe + CO2 CO2 + C CO

Obs.: O ferro era obtido no estado pastoso (lquido de alta viscosidade), misturado com as impurezas do minrio. O ferro assim obtido apresentava-se em geral relativamente dctil, mole, malevel e podia ser trabalhado por martelamento a temperaturas relativamente elevadas. Aps ser retirado do forno (uma bola de ferro), o ferro era martelado para a remoo das impurezas. O resultado era uma barra ou lupa, posteriormente reaquecida e trabalhada por martelamento (ferro pulado), para dar forma desejada ao produto final.

2. ProduoHoje em dia so produzidos cerca de 500 milhes de toneladas de ferro a partir das reservas naturais e outros 300 milhes de toneladas provenientes da reciclagem. A existncia de ferro nas suas diversas formas em reservas naturais ultrapassa os 100 bilhes de toneladas (majoritariamente na forma de Fe3O4, Fe2O3, FeO (OH) e FeCO3).

2.1 - Reservas de Ferro As reservas mundiais de minrio de ferro esto na ordem de 310 bilhes de toneladas. O Brasil possui 6,8% dessas reservas (21,0 bilhes de toneladas) e est em 5 lugar entre os pases detentores de maiores volumes de minrio. Porm, o alto teor de ferro em seus minrios (60,0 a 67,0% nas hematitas e 50,0 a 60,0% nos itabiritos) leva o Brasil a ocupar lugar de destaque no cenrio mundial, em termos de ferro contido no minrio. As reservas brasileiras esto assim distribudas: Minas Gerais (70%), Par (7,3%), Mato Grosso do Sul (21,5%) e outros estados (1,2%). Se considerarmos, tambm, as reservas inferidas, o Brasil aumenta significativamente o seu potencial, totalizando 62 bilhes de toneladas de minrio de ferro. A produo mundial de minrio de ferro, em 2001, foi de cerca de 1,0 bilho de toneladas e o Brasil 4

ocupa o 2 lugar entre os maiores produtores, entretanto como a produo da China deve referir-se produo sem tratamento, o Brasil , provavelmente, o maior produtor de minrio beneficiado.

Figura 4 - Grficos relativos produo e reservas mundiais de ferro. Dados de 2001.

2.2 - Matrias Primas para a Sinterizao e Alto Forno A rea de matrias primas minerais de uma usina siderrgica corresponde etapa inicial de um ciclo produtivo, cujo produto final a liga de ferro. Neste contexto deve funcionar garantindo o suprimento destas matrias primas em qualidade, operacionalidade e custo. Podemos dizer que a qualidade e custo do produto final, em princpio, se comprometem nesta etapa inicial do processo siderrgico.

2.2.1 - Classificao das Matrias Primas As matrias primas minerais utilizadas no processo de reduo para obteno do ferro gusa, podem ser classificadas a princpio em minrios de ferro, fundentes, adies e materiais de gerao interna. Minrio de ferro - So aquelas portadoras do principal elemento que o ferro, normalmente este aparece combinado com o oxignio na forma de xido (composto qumico). Esta combinao pode ocorrer de vrias formas originando minrios de composio qumica e caractersticas diferentes como veremos mais adiante. Fundentes So matrias primas utilizadas para reduzirem o ponto de fuso da ganga, escorificando as impurezas introduzidas pelos minrios e dando condio para posterior retirada do produto desejado, no nosso caso o ferro gusa.

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Adies - So matrias primas portadoras de elementos que, em menores propores, contribuem para se obter um determinado propsito, seja no produto, seja no processo. Como exemplo, temos o minrio de mangans, a ilmenita etc. Materiais de gerao interna - So os materiais originados dentro da prpria usina cujo aproveitamento torna-se econmico sem prejudicar o processo de sinterizao, (cabe lembrar que sinterizar promover uma semi-fuso de uma mistura de minrios). Na maioria dos casos trata-se de resduos siderrgicos gerados na prpria usina e que podem gerar algum tipo de impacto ambiental. Portanto fundamental seu reaproveitamento o que minimiza esses impactos ambientais. Dentre eles pode-se citar: p de minrio, p de coque, p de carvo, escria de alto forno.

Minrios de Ferro O minrio de ferro composto por trs partes a saber: til parte que contm o ferro Ganga impurezas sem valor direto Estril rocha onde o minrio

Os minrios que apresentam interesse econmico para a siderurgia so basicamente os xidos, sendo os mais utilizados a hematita e a magnetita,limonita , siderrita e pirita. Hematita: o tipo mais comum de minrio de ferro, constitudo essencialmente pelo xido com frmula Fe2O3 (trixido). Apresenta um teor nominal de 69,5% de ferro contido, mas o teor varia de 45 a 68% devido presena de ganga

Figura 2 - Hematita

Magnetita: Constituda essencialmente do xido de ferro cuja frmula Fe3O4 (perxido). Apresentando um teor nominal de 72,4% de ferro, sendo que o seu teor real varia de 50 a 70%. um

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material de cor cinza escuro e apresenta propriedades magnticas, o que facilita a sua concentrao nas operaes de beneficiamento de minrios.

Figura 6 Magnetita

Limonita: - Consiste essencialmente em Hematita hidratada (presena de gua) com frmula Fe 2O3, na qual a proporo de molculas de gua de hidratao pode variar de 1 a 3. Em conseqncia varia tambm o teor nominal de ferro sendo que o teor real normalmente no ultrapassa 65%. Apresenta-se como um material de cor marrom.

Figura 7 - Limonita

Siderita: um tipo pouco freqente de minrios, ocorrendo normalmente como componente de mistura da hematita e em pequenas propores. Apresenta-se na frmula FeCO3 (Carbonato), sendo que seu teor real varia de 10 a 40%.

Figura 8 - Siderita

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Pirita: Tambm de pouca importncia, normalmente aparece como componente de mistura de minrios de outros metais (minrios de cobre, por exemplo). Sua frmula bsica FeS2.

Figura 9 - Pirita

2.2.2 - Beneficiamento do minrio de ferro O minrio de ferro pode ser classificado como: Rico 60 a 70% de Fe Mdio 50-60% de Fe Pobre