processo de produção do ferro gusa

Ferro Gusa

Samara Carvalho

O Ferro

um elemento qumico, Fe, que encontrado no estado slido em temperatura ambiente. Extrado da natureza sob a forma de minrio de ferro (FeO e Fe2O3). o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre (aproximadamente 5%).

O Ferro

O ncleo da terra formado principalmente por ferro e nquel (NiFe). um metal malevel de colorao cinza prateado e apresenta propriedades magnticas. Os estados de oxidao do ferro so +2 e +3. o elemento mais pesado que se produz exotermicamente por fuso

Histria

Tem-se indcios do uso de ferro quatro milnios a.C., pelos sumrios e egpcios. Cada vez mais objetos datados entre o segundo e terceiro milnio a.C. foram encontrados. Nessa poca era mais caro que o ouro e assim era utilizado somente para fins cerimoniais.

Entre os sc. XII e X a.C. houve no Oriente Mdio uma substituio das armas de bronze para as de ferro.

Histria

Esse perodo recebeu o nome de Idade do Ferro. A substituio do bronze pelo ferro foi gradativa, devido a dificuldade de extrao e fundio. Junto com a transio de bronze ao ferro descobriu-se o processo de carburao = adicionar carbono ao ferro.

Histria

Histria

Nessa poca obtinha-se o ferro e ao empregando-se carvo vegetal e o minrio de ferro temperaturas at 1200C.

No sc. XVIII, na Inglaterra, o carvo comeou a escassear e tornar-se caro, iniciando a utilizao do coque (carbono obtido pela queima da madeira = altos fornos.

Histria

Em finais do sc. XVIII e incio do sc. XIX comeou-se a empregar amplamente o ferro como elemento estrutural.

E hoje? Voc consegue imaginar o mundo sem ferro?

Maiores Produtores de Minrio de FerroSUCIA - 20,6

Mt

CANAD 35,9 EUA 63,0 MXICO 12,7 PERU 4,1 CHILE 8,0

Ex-URSS 157,0

VENEZUELA 17,4 MAURITNIA 11,4 BRASIL 193,3 FRICA DO SUL 33,7 AUSTRLIA 176,3 NDIA 75,0

CHINA 96,1

Fonte: UNCTAD, Maio/2001

TOTAL: 938 Mt

Siderrgicas - Parque existenteCEARGerdau - Cearense

PERNAMBUCO

Gerdau - Aonorte

BAHIA

Gerdau - Usiba

ESPRITO SANTO MINAS GERAISAcesita Gerdau Aominas - Ouro Branco Belgo-Mineira - Monlevade Belgo-Mineira - Juiz de Fora Gerdau - Baro de Cocais Gerdau - Divinpolis Usiminas V&M do Brasil

Belgo-Mineira - Grande Vitria CST

RIO DE JANEIRO

Barra Mansa CSN Gerdau - Cosigua Gerdau - Aos Especiais Rio (2007)

SO PAULO

Aos Villares - Pindamonhangaba Aos Villares - Mogi das Cruzes Belgo-Mineira - Piracicaba Cosipa Gerdau - So Paulo (2005) Villares Metals

RIO GRANDE DO SULGerdau - Piratini Gerdau - Riograndense

PARANFonte: IBS

Gerdau - Guara

Obteno

O ferro encontrado em numerosos minerais, destacando-se: Hematita (Fe2O3) Magnetita (Fe3O4) Limonita (FeO(OH)) Siderita (FeCO3) Pirita (FeS2) Ilmenita (FeTiO3). Pode-se obter o ferro a partir dos xidos com maior ou menor teor de impurezas..

Obteno

Muitos dos minerais de ferro so xidos. A reduo dos xidos para a obteno do ferro efetuada em fornos denominados alto forno ou forno alto. No processo de obteno geralmente utilizado a Hematita, que apresenta P.F. de 1560C.

Obteno

Para que essa temperatura seja diminuda adicionado o CaCO3, que tambm atua reagindo com as impurezas presentes como o dixido de silcio (SiO2). Primeiro necessrio liberar o ferro usando um redutor. O coque utilizado para promover a reduo da hematita, transformando o Fe+3 em Fe(s).

Obteno

O alto forno derrete o minrio de ferro e o purifica, transformando-o em um lquido 95% ferroso, chamado ferro gusa.

Obteno

Inicialmente o coque, em presena de oxignio do ar, reage produzindo o CO2. O CO2 produzido e tambm proveniente do CaCO3 reagem com o coque que constantemente adicionado ao alto forno, produzindo CO.

Obteno

Os xidos de ferro so reduzidos na parte superior do alto forno com o CO, produzindo ferro metlico.

Exemplo: reduo da magnetitaFe3O4 + 3CO FeO + CO 3FeO + 3CO2 Fe + CO2

Obteno

Posteriormente, na parte inferior do alto forno, onde a temperatura mais elevada, ocorre a maior parte da reduo dos xidos com o coque. Fe3O4 + C 3FeO + CO CaCO3 CaO + CO2

Obteno

Na parte mais inferior do alto forno ocorre a carburao: 3Fe + 2CO Fe3C + CO2

Obteno

Finalmente ocorre a combusto. Por ltimo separa-se a escria do ferro fundido. A escria matria-prima na produo do cimento. Para eliminar a escria, que mais leve, utilizase o processo de decantao.

ObtenoEtapas por temperatura do alto forno

Entre 300C e 350C temos a dessecao, onde o vapor de gua contido na carga liberado. Entre 350C e 750C ocorre a reduo, onde o xido de ferro perde o oxignio. Entre 750C e 1150C temos a carburao, onde o ferro se combina com o carbono formando a gusa.

ObtenoEtapas por temperatura do alto forno

Entre 1150C e 1800C ocorre a fuso, onde a gusa passa para o estado lquido. Em torno dos 1600C ocorre a liquefao, onde a gusa se separa da escria.

Caractersticas do Ferro Gusa

Contm elevado teor de carbono (4,5%); Contm impurezas como o P e S;

duro e quebradio;

Classificao do Ferro GusaCinzento Dctil Malevel Graftico Branco

Composio do Ferro GusaTipo Cinzento C2,5 - 4,0 %

Si1,0 3,0 %

Mn0,2 1,0 %

P

S

0,002 1,0 % 0,02 0,25 %

Graftico Dctil Branco Malevel

2,5 - 4,0 % 3,0 4,0 % 1,8 3,6 % 2,2 2,9%

1,0 3,0 % 1,8 2,8 % 0,5 1,9 % 0,9 1,9 %

0,2 1,0 % 0,1 1,0 % 0,25 0,8 % 0,15 1,2 %

0,01 0,1 % 0,01 0,1 % 0,06 0,2 % 0,02 0,2 %

0,01 0,03 % 0,01 0,03 % 0,06 0,2 % 0,02 0,2 %

Ferro Fundido Cinzento

Material frgil e quebradio; No serve muito bem para aplicaes que necessitam de elevada resistncia trao;

So usados em pequenos blocos cilndricos, pistes, cilindros, discos de embreagem e peas fundidas de motores a diesel.

Ferro Fundido Dctil

Maior resistncia mecnica e ductilidade ao material, aproximando suas caractersticas das do ao;

Suas aplicaes incluem vlvulas carcaa de bombas, virabrequins, engrenagens, pinhes, cilindros e outros componentes de mquinas e automveis.

Ferro Fundido Branco

Extremamente duro e frgil, chegando a ser inadequado para a usinagem em alguns momentos; Sua aplicao restrita aos casos em que dureza elevada e resistncia ao desgaste so necessrias, como nos cilindros de laminao.

Ferro Fundido Malevel

Produto da transformao do ferro fundido branco aps tratamento trmico em temperatura e atmosfera adequada; Apresenta caractersticas de elevada resistncia mecnica e considerveis ductilidade e maleabilidade; Flanges, conexes para tubos, peas para vlvulas ferrovirias e navais, etc.

Ferro Fundido Graftico

Suas propriedades variam entre as do ferro fundido cinzento e as do dctil;

Em comparao com os ferros fundidos cinzentos, os grafticos compactos possuem maior resistncia mecnica e menor oxidao a temperaturas elevadas .Aplicaes tpicas: base para grandes motores a diesel, alojamentos de caixas de engrenagens, etc.

Produo de Ao

Ao uma liga ferrosa com teor de carbono at 2% contendo impurezas tais como: enxofre e ferro em teores menores que 0,05%. Para se obter o ao partir do ferro gusa necessrio: Tirar o carbono do gusa; Tirar as impurezas do gusa; Aumentar a temperatura do metal lquido.

Produo de AoElementosCarbono Silcio

Ferro Gusa3 4% 1 3%

Ao Doce0,02 0,1% 0,02 0,1%

Mangans Enxofre Fsforo

0,5 1,5% 0,01 0,2% 0,05 2%

0 0,02% 0,01 0,1% 0,05 0,2%

Esse processo ocorre na aciaria, que para onde o ferro gusa levado ainda no estado lquido.

Oxidao do Ferro Gusa

Deve-se reduzir os componentes do ferro gusa porque os mesmos formam compostos intermetlicos com o ferro:

O enxofre forma sulfeto (FeS) de baixo ponto de fuso, que se precipita;O fsforo forma um fosfeto (Fe3P) de elevada dureza;


O carbono forma a cementita (Fe3C), um carbeto de elevadssima dureza. A diminuio da porcentagem desses elementos feita por oxidao: passagem de oxignio (puro ou do ar) em meio massa de ferro gusa em estado lquido (1600C)


Reaes de oxidao do ferro gusa: 2C + O2 2CO H = -40 kcal/mol O2

Si + O22Mn + O2

SiO2

H = -190 kcal/mol O2

2MnO H = -160 kcal/mol O2


Reaes de oxidao do ferro gusa: S + O2 SO2 H = - 50 kcal/mol O2

4/5 P + O22Fe + O2

2/5P2O5 H = - 80 kcal/mol O22FeO H = - 90 kcal/mol O2

Oxidao do Ferro GusaReaes EXOTRMICAS

H = H2 H1

H NEGATIVO


A oxidao pode ser feita por meio de insuflao de ar em fornos chamados conversores Bessemer capacidade de 50 toneladas.


Como as reaes so exotrmicas, h o aquecimento do ferro gusa lquido de 1300C para 1600C, dispensando o uso de combustvel.

O tempo de oxidao da ordem de 15 minutos. Devido ao uso de ar, pode-se ter um aumento no teor de nitrognio, o que pode ser prejudicial.








Para se evitar o aumento doteor de nitrognio, utiliza-se oxignio puro leva mais tempo. Principais Processos:

Processo LD (Linz Donawitz): a sopragem de oxignio puro feita por meio de um tubo introduzido na boca superior do forno.



Processo KALDO: Como o processo LD, acrescentando movimento de rotao ao corpo do conversor melhor homogeneizao.


Processo ROTOR: Forno cilndrico que gira durante a oxidao e que apresenta duas lanas de oxignio uma no meio do banho e outra superior.


Processo SPRAY - mais sofisticado: Oxidao gota-a-gota do ferro gusa Alto custo.

processo de produção do ferro gusa

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