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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”

AVM FACULDADE INTEGRADA

A qualidade do aço produzido em usina siderúrgica semi-integrada

Por: Raul Rodrigues Pereira

Prof(a). Orientador(a): Mario Luiz Trindade Rocha

Rio de Janeiro

2014

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UNIVERSIDADE CANDIDO MENDES

PÓS-GRADUAÇÃO “LATO SENSU”

AVM FACULDADE INTEGRADA

A qualidade do aço produzido em usina siderúrgica semi-integrada

Apresentação de monografia à AVM Faculdade

Integrada como requisito parcial para obtenção do

grau de especialista em Gestão Estratégica e Qualidade.

Por: Raul Rodrigues Pereira

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AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus, por conduzir meu

caminho e iluminar meus pensamentos.

Ao Gilberto, meu pai, meu mestre de toda

a vida, obrigado por ter me ensinado

as primeiras letras e, sobretudo, por ter

me tornado uma pessoa confiante.

4

DEDICATÓRIA

À minha esposa, pelo exemplo de amor,

sabedoria, dedicação, garra e

determinação.

5

RESUMO

O presente trabalho apresenta a influência da qualidade no processo geral de produção

de aço em uma usina siderúrgica semi-integrada, enfatizando o refino secundário de aço

e a utilização de sucatas metálicas. Neste trabalho são descritos algumas ferramentas

da qualidade que são utilizados nos processos de fabricação de aço e os benefícios da

reciclagem de materiais metálicos

Palavras-chaves: qualidade, aço, usina siderúrgica, reciclagem.

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METODOLOGIA

Pesquisando em livros e manuais que tratam do tema para reunir as informações mais

importantes para o seu desenvolvimento. Foram utilizadas informações adquiridas

durante estágio obrigatório e no período em qual trabalhei na indústria siderúrgica além

das obras de alguns autores, tais como: CHIAVERINI, Vicente, 1914 – Tecnologia

mecânica / tratamento, 2º edição, São Paulo: Mc Graw-Hill, 1986. SIDERURGIA da

matéria prima ao aço laminado, Vitória - Janeiro – 2006, Marcelo Lucas Pereira

Machado. Marcelo Lucas Pereira Machado, SIDERURGIA PARA NÃO

SIDERURGISTAS, ABM, VITÓRIA-ES, 2003 e FEIGENBAUM, Armand Vallin. Controle

da qualidade total. São Paulo: Makron Books, 1994, apostilas GERDAU ACI-001/ ACI-

008/ ACI-026

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SUMÁRIO

INTRODUÇÃO 8

CAPITULO I – CONCEITO DE QUALIDADE 10

CAPITULO II – CONCEITO SOBRE AÇO 20

CAPITULO III – PRODUÇÃO DE AÇO 30

CAPITULO IV – RESULTADOS 48

CONSIDERAÇÕES FINAIS 55

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS 56

ÍNDICE 60

FOLHA DE AVALIAÇÃO 62

8

INTRODUÇÃO

O presente trabalho apresenta a influência da utilização da qualidade no processo geral

de produção de aço em uma usina siderúrgica semi-integrada, enfatizando a utilização

de sucatas metálicas em aciaria elétrica, o refino secundário de aço e obtenção do

produto final de qualidade. Neste trabalho são descritas ferramentas que podem ser

utilizadas para a melhoria da produção de aço em usina siderúrgica semi-integrada, será

apresentado também a definição do que vem a ser aço e o que é uma usina siderúrgica

o seu funcionamento, os insumos utilizados na fabricação de aço e a reciclagem de

materiais metálicos que antes eram abandonados no meio ambiente.

Também serão citadas a evolução e a importância da utilização do aço em nossa

sociedade. Será realizada a descrição de equipamentos utilizados em aciaria para a

produção, as influências de elementos de ligas que irão fornecer características

especificas para grau (tipo) de aço, os processos de refino secundário para o ajuste da

composição química no Forno, controle e inspeções de qualidade realizadas após a

fabricação, e os tratamentos que podem ser realizados para a correção de defeitos

oriundos do processo de fabricação. E por fim, serão mostradas as propriedades e a

qualidade do aço que está sendo utilizado atualmente e que será ainda o material mais

utilizado por indústrias e pessoas durante muitos anos.

Inicialmente serão mostrados os conceitos de qualidade pelos principais autores do

tema. Serão abordadas algumas ferramentas da qualidade com breves citações de

autores relacionados no estudo de qualidade. Em seguida será exposto o conceito de

aço e os dois tipos de usinas siderúrgicas com as suas principais diferenças: usina

siderúrgica semi-integrada e a integrada, aciaria e equipamento utilizados no setor.

Nesse trabalho citarei o lingotamento continuo a laminação, a classificação e

características de materiais metálicos. A importância do forno elétrico e do forno panela

na aciaria serão citados juntos com seus objetivos dentro da cadeia de produção. A

9

essencialidade de manter os elementos de liga dentro das especificações para manter

característica de aços de acordo com os parâmetros do cliente.·.

Serão apresentadas as etapas para a purificação do aço, tais como a: rinsagem,

desoxidação e dessulfuração, em seguida serão descritas as etapas de amostragem de

temperatura e composição química do aço em forno panela. Ao final do trabalho serão

expostas informações sobre os benefícios da utilização de sucatas, tipos de inspeções e

tratamentos que podem ser realizados no produto semiacabado e os impactos da

produção na sociedade e no meio ambiente.

10

CAPÍTULO I

Conceito de qualidade

Para que uma empresa seja competitiva e sobreviva no mercado, é necessário a

utilização de diversas ferramentas para que se possa alcançar os objetivos. Hoje em dia

não basta apenas produzir em grande quantidade, os produtos devem possuir qualidade

para que possam satisfazer a necessidade do cliente.

A gestão da qualidade está inserida dentro do processo produtivo de uma empresa,

com isso, é necessário que haja padrões, sistemas, inspeções, treinamento dos

colaboradores e feedback dos clientes. Muitos estudiosos elaboraram conceitos e

ferramentas para a melhoria da produção, redução de custos, fabricação de produtos

dentro das especificações e obtenção da qualidade no processo.

Os conceitos de qualidade apresentados pelos principais autores da área são as

seguintes:

Segundo Juran (1993, p.12):

“Qualidade é adequação ao uso”. Ela pode ser melhor detalhada através de outros dois significados: qualidade são características de produto que atendem as necessidades de clientes e qualidade é a ausência de defeitos.

O consumidor final adquire e usa o produto, se não há defeito não ocorre reclamação e

quando existe algum vício poder ocorrer ou não uma reclamação, pois devido a grande

concorrência no mercado o cliente simplesmente pode trocar de fornecedor.

De acordo com MARTINS (2007: 9):

“É possível afirmar que em todas as visões de qualidade,indicam que o foco está direcionado principalmente à satisfação dos clientes e mercados e, consecutivamente, à melhora dos resultados empresariais”

11

O lucro da empresa é obtido com o sucesso das vendas e consequentemente a

satisfação do cliente, se o público gosta de tal produto pode-se entender que há

qualidade no material adquirido.

No mesmo contexto, Juran diz que: (1991, p.16):

“A função da qualidade é o conjunto das atividades através das quais atingimos a adequação ao uso, não importando em que parte da Organização essas atividades são executadas”. Um dos significados de qualidade é o desempenho do produto cujas características proporcionam a satisfação dos clientes que irão comprá-lo. Seria, por outro lado, a ausência de deficiências, pois estas geram insatisfação e reclamações.”

O produto adquirido deve atender as necessidades do cliente, entende-se que o

material comprado deve estar dentro das especificações e estar livre de defeitos.

Segundo FEIGENBAUM (1994:8):

"Qualidade é a correção dos problemas e de suas causas ao longo de toda a série de fatores relacionados com marketing, projetos, engenharia, produção e manutenção, que exercem influência sobre a satisfação do usuário."

Na indústria em geral, ocorre o feedback do cliente em relação ao produto, geralmente

ocorre quando o material entregue está com algum tipo de defeito, seja de fabricação ou

avaria causada pela logística. Sendo o defeito oriundo da fabricação, ocorre uma busca

da origem do problema, é feito um estudo se a falha foi mecânica ou humana. A falha

precisa ser eliminada para que a empresa não perca o cliente e este volte a ter

confiança nos produtos adquiridos.

No quadro 1 é apresentado os principais autores da qualidade e suas principais ideias

e contribuições.

12

De acordo com Campos (1992, p.13):

“As organizações humanas são meios destinados a se atingir determinados fins. Controlar uma organização humana significa detectar quais foram os fins, efeitos ou resultados não alcançados (que são problemas da organização), analisar estes maus resultados buscando suas causas e atuar sobre estas causas de tal modo a melhorar os resultados.”

O planejamento, o controle e o aprimoramento dos processos sempre precisam ser atualizados conforme as necessidades da sociedade, sem isso a empresa perderá mercado e consequentemente fechará as portas.

Segundo Alvarez (2001, p. 167):

“Para que uma organização alcance os níveis de qualidade preconizados pelo TQC (Total Quality Control - controle de qualidade total), ela deve promover uma revolução em seus processos administrativos, ou seja, a empresa deve estar preparada, a todo momento, para absorver e incorporar as mudanças sociais, econômicas e tecnológicas ocorridas em seu meio ambiente de maneira rápida e satisfatória.”

O TQC é implantado em toda a corporação desde o funcionário de menor hierarquia

até o de maior, a gestão da qualidade visa sempre manter os produtos dentro das

13

especificações, eliminar possíveis defeitos, minimizar os custos, aumentar a eficiência

da produção, aumentar a competitividade da empresa e satisfazer os clientes com os

produtos ou serviços vendidos.

1.1 - Ferramentas da qualidade

As ferramentas da qualidade são utilizadas para facilitar o controle da produção,

diminuição das despesas, aumento de rendimento e controle da qualidade. Tais

ferramentas são usadas em diversas indústrias dos mais diversos segmentos de

mercado. A seguir serão apresentadas algumas das ferramentas da qualidade mais

utilizadas em indústrias de qualquer segmento.

1.1.1 - Folha de verificação

A folha de verificação é uma planilha para o registro de dados. O uso de uma folha

de verificação torna a coleta de dados rápida e automática. Toda a folha de

verificação deve ter espaço onde registrar local e data da coleta dos dados

(VIEIRA,1999:1)

.

Quadro 2 – Representação gráfica da Folha de Verificação

14

De acordo com KUME (1993: 13):

“Quando for preciso coletar dados, é essencial esclarecer sua finalidade e ter valores que reflitam claramente os fatos. Além dessas premissas, em situações reais é importante que os dados sejam coletados de maneira simples e num formulário fácil de usar. Uma folha de verificação é um formulário de papel no qual os itens a serem verificados já estão impressos, de modo que os dados possam ser coletados de forma fácil e concisa.É importante inicialmente garantir a objetividade.”

É importante que todos os dados sejam inseridos corretamente, para que não haja erros que possam comprometer a produção, sendo um formulário de fácil preenchimento ocorrerá menor erro por parte do funcionário em inserir os dados.

1.1.2 - DIAGRAMA DE PARETO

Diagrama de Pareto é um gráfico de barras que ordena as frequências das

ocorrências, da maior para a menor, permitindo a priorização dos problemas. Mostra

ainda a curva de percentagens acumuladas. Sua maior utilidade é a de permitir uma fácil

visualização e identificação das causas ou problemas mais importantes, possibilitando a

concentração de esforços sobre os mesmos. É utilizado para dados

qualitativos.(extraído de http://www.portalaction.com.br/content/15-diagrama-de-pareto)

15

Gráfico 1 : Gráfico de Pareto

De acordo com KUME (1993: 22):

“Os problemas de qualidade aparecem sob a forma de perdas (itens defeituosos e seus custos). É extremamente importante esclarecer a forma de distribuição das perdas. A maioria deles deve-se a alguns poucos tipos de defeitos, que podem ser atribuídos a uma pequena quantidade de causas. “

No que tange a produção é extremamente importante avaliar e corrigir o que está

afetando a qualidade dos bens produzidos, para evitar perdas financeiras, retrabalho e

reclamações de clientes.

1.1.3 - DIAGRAMA DE CAUSA E EFEITO (ISHIKAWA)

O “Diagrama de Ishikawa” ou “Diagrama de Causa Efeito”, é uma técnica de

representação de um processo que serve para ajudar a identificar a relação existente

entre os resultados obtidos, ou seja, os efeitos, com as causas que nos levaram a atingir

o resultados. Segundo RAMOS (2000: 98):

“O diagrama de causa e efeito é uma figura composta de linhas e símbolos, que representam uma relação significativa entre um efeito e suas possíveis causas. Este diagrama descreve situações complexas, que seriam muito difíceis de serem descritas e interpretadas somente por palavras.”

16

Diagrama 1: Representação gráfica do diagrama de causa e efeito.

1.1.4 - FLUXOGRAMA

A ferramenta fluxograma é fundamental para simplificação e racionalização do trabalho,

permitindo um estudo detalhado dos métodos, processos e rotinas de um departamento

ou área da organização. Assim como o organograma é a representação gráfica que

serve para estudo da estrutura de uma empresa, o fluxograma serve para estudo do seu

funcionamento. (extraído de http://marketingfuturo.com/o-que-e-fluxograma/).

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Flugrama 1 : Fluxograma, extraído de : http://gestaoeadm.blogspot.com.br/2012/08/fluxograma-de-

producao-fluxograma-e-um.html

A utilização de fluxogramas permite identificar possíveis causas e origens dos

problemas que ocorrem nas linhas de processo de fabricação, verificando os passos

desnecessários no processo, efetuando simplificações.

De acordo com RAMOS( 2000: 102):

“Grande parte da variação existente em um processo pode ser eliminada somente quando se conhece o processo de fabricação. Isto significa que a sequencia de produção, ou etapas, influenciam na variabilidade final das características do produto”.

1.1.5 – PDCA

O PDCA é utilizado a mais de setenta anos como ferramenta da qualidade, as quatro

etapas básicas (planejar, executar, verificar e agir) são usados até hoje no mundo todo

18

Segundo Campos (1992, p.31):

“PDCA: O ciclo PDCA de controle pode ser utilizado para manutenção do nível de controle (ou cumprimento das “diretrizes de controle”), quando o processo é repetitivo e o plano (P) consta de uma meta que é uma faixa aceitável de valores e de um método que corresponde os “Procedimentos Padrão de Operação”....Também utilizado nas melhorias do nível de controle (ou melhoria da “diretriz de controle”). Neste caso, o processo não é repetitivo e o plano consta de uma meta que é um valor definido (por exemplo: reduzir o índice de peças defeituosas em 50%) e de um método, que compreende aqueles procedimentos próprios necessários para se atingir uma meta. Esta meta é o novo “nível de controle” pretendido.”

O Ciclo PDCA, também conhecido como Ciclo de Shewhart ou Ciclo de Deming, é uma

ferramenta de gestão muito utilizada pelas empresas do mundo todo. Este sistema foi

concebido por Walter A. Shewhart e amplamente divulgado por Willian E. Deming e,

assim como a filosofia Kaizen, tem como foco principal a melhoria contínua.(trecho

extraído de: http://www.sobreadministracao.com/o-ciclo-pdca-deming-e-a-melhoria-

continua/).

19

Figura 1: Ciclo PDCA, extraído de: http://necs.preservaambiental.com/ciclo-pdca-abordagem-de-processo-

e-escopo-do-sistema-de-gestao-ambiental/

É muito importante a utilização das ferramentas da qualidade anteriormente citadas

para uma boa gestão da qualidade em qualquer processo de fabricação. É necessário

que todos os colaboradores estejam envolvidos no processo de gestão da qualidade

para a obtenção do produto final dentro das expectativas do cliente. Quando as

empresas treinam os colaboradores para a utilização das ferramentas da qualidade no

cotidiano do trabalho, a tendência é que os resultados sejam positivos em relação a

produtividade, qualidade e consequentemente há redução de reclamações de clientes.

20

CAPÍTULO II

Conceito sobre o aço

Na fabricação de aço nas usinas siderúrgicas, são utilizadas diversas ferramentas da

qualidade, como em todo processo é necessário o planejamento prévio, o melhor

método que pode ser utilizado na fabricação para alcançar os objetivos da empresa.

Para melhor entender como se produz aço com qualidade é necessário saber o

processo de produção, matérias-prima e equipamentos utilizados.

Segundo CHIAVERINI, Vicente (1988, pág 21):

“Aço é a liga de ferro-carbono contendo geralmente 0,008% até aproximadamente 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes do processo de fabricação.”

Os principais componentes utilizados na fabricação do aço em usina siderúrgica são o

minério de ferro (hematita, magnetita, etc), o coque (carvão beneficiado), calcário (atua

como fundente), sucata metálica e a energia elétrica. Nas usinas semi-integradas não é

utilizado carvão como fonte de energia para fusão de material metálico. (CHIAVERINI,

Vicente (1988, pág 15:16).

No aço comum o teor de impurezas (elementos que não são ferro e carbono) estará

sempre abaixo dos 2,0%. Acima dos 2 até 5,0% de outros elementos já pode ser

considerado aço de baixa-liga, acima de 5,0% é considerado de alta-liga (CHIAVERINI,

Vicente (1988, pág 67). O enxofre e o fósforo são elementos indesejáveis ao aço, pois

alteram suas propriedades físicas, deixando-o frágil. Por isso seus teores devem sempre

ser inferiores a 0,005% e estar presente no aço em nível de traços. (CHIAVERINI,

Vicente,1988, pág 159):

21

2.1 - Usinas siderúrgicas

Existem dois tipos de usinas siderúrgicas:

1) Usinas siderúrgicas integradas: São usinas que utilizam altos-fornos para reduzir o

minério de ferro com o auxilio de coque para a obtenção de ferro gusa e o mesmo é

refinado em conversores para o tipo de aço desejado, o produto semi acabado é levado

a laminação, onde ocorre processo de conformação mecânica do material a fim de obter

material acabado, ex: fio-máquina, chapas de aço, perfis e etc. Exemplos de usinas

siderúrgicas integradas: CST, TKCSA e CSN.

2) Usinas siderúrgicas Semi-integradas: São usinas que possuem apenas as etapas de

refino do aço e a laminação. Exemplo de usina siderúrgica semi-integrada: COSIGUA.

2.2 - Aciaria

A aciaria é um setor dentro de uma usina siderúrgica que recebe o ferro gusa oriundo

do alto-forno para ser refinado em equipamentos especiais, dependendo do tipo de

siderúrgica o refino é feito em apenas forno elétrico e no forno panela (usina siderúrgica

semi- integrada). Já na usina siderúrgica integrada há mais equipamentos para o refino

do ferro gusa, tais como: conversores, tratamentos sob vácuo e fornos elétricos. O

objetivo da aciaria é produzir aços, podendo usar como matérias primas principais ferro

gusa e/ou sucata ferrosa, além da cal, oxigênio e outros. (Marcelo Lucas Pereira

Machado, 2003, pág13)

2.3 - Lingotamento Contínuo

O objetivo do lingotamento contínuo é atribuir forma ao aço (promove a moldagem do

produto final, que podem ser enviadas direto para o cliente ou para a laminação)

(Marcelo Lucas Pereira Machado, 2003, pág17), após o refino do material metálico, a

torre de lingotamento recebe a panela com aço líquido e o processo de vazamento é

iniciado. O aço líquido em torno de 1600 Cº é vazado no distribuidor que suporta em

torno de 300 toneladas de material fundido, assim pode-se manter o processo continuo

22

de lingotamento, pois enquanto a panela vazia é retirada outra panela cheia é recebida

para da continuação ao processo.

Figura 2: Máquina de lingotamento contínuo. (SIDERURGIA PARA NÃO SIDERURGISTAS, ABM 2003)

Na máquina de lingotamento contínuo pode-se lingotar chapas grossas de aço, chapas

finas e tarugos.

23

2.4 - Laminação

Consiste na redução da área da seção transversal, por meio de conformação

mecânica, o objetivo é produzir chapas grossas, finas, barras redondas, perfis e etc.

Figura 3: Esquema mostrando um material sendo laminado (SIDERURGIA PARA NÃO

SIDERURGISTAS,ABM 2003)

2.5 - Processo geral de produção em uma usina siderúrgica semi-integrada

A figura 4 seguir apresenta o fluxograma do Processo de Produção em uma Usina

Semi-Integrada.

24

Figura 4) Fluxograma do Processo de Produção na Aciaria semi-integrada (CMC Steel Alabama 2009)

2.5.1 - Processo, Produção e Equipamentos.

O processo de produção de uma Aciaria é constituído essencialmente pelo Pátio de

Sucata, Forno Elétrico a Arco (FEA), Forno Panela (FP) e Lingotamento Contínuo (LC).

2.5.2 - Pátio de Sucata

O Pátio de Sucatas é o setor que prepara e armazena a carga metálica a ser utilizada

na aciaria para o processo de produção do aço. Neste setor, ocorre a recepção de

sucatas, por meio de caminhões ou vagões de trem previamente pesados. As sucatas

são classificadas, separadas e processadas por meio de máquinas operatrizes. As

principais máquinas são: pontes rolantes (imã ou garra), guindastes, prensas e tesoura

móvel.

25

Figura 5) Prensa móvel – (Sinobras, 2009)

2.5.3 - Classificação de materiais metálicos

A necessidade de classificar materiais metálicos está no fato de agrupá-los por suas

características, tais como: tamanho, comprimento, densidade e composição química. Para

classificar os materiais metálicos, são usados os métodos de: análise química, teste com

imã e inspeção na descarga, conforme mostrado no quadro 3. A classificação completa de

sucatas é encontrada na NBR 8746 – Classificação.

Quadro 3 - Explicação dos métodos utilizados para a classificação de materiais metálicos.

Método Utilização Tempo

de

execução

Custo Indicados para uso

Análise

química

Analisa todos os

elementos químicos

Lento Alto Metálicos com

residuais

Teste com

imã

Somente informa se a

sucata é magnética

Rápido Baixo Metálicos inox 300 e

aços alto manganês

não imantam

26

Inspeção na

descarga

Inspeções visuais

podem ocorrer erros.

Pessoas treinadas

erram menos

Imediato Baixo Qualquer caso

Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de metálicos, revisão B – 17/12/2009)

Com estes métodos, as sucatas são classificadas, conforme suas características,

sendo, então, encaminhados para o processo de industrialização. Os insumos mais

utilizados na aciaria elétrica são sucatas de aço e ferro gusa sólido (pãozinho de gusa).

2.5.4 - Características gerais das sucatas

- Composição química: sucata com elementos de liga (Mn, Cu, Sn, Va), sucata de aço

carbono (somente ferro e carbono na composição).

- Necessidade de preparação: sucatas prontas para uso e sucatas a serem beneficiadas.

- Formato: sucata solta, sucata cortada, sucata prensada e sucata triturada.

2.5.5 - Sucata com elementos de ligas

É sucata que contém elementos de liga em sua composição química. Os elementos de

liga mais comumente encontrados são: o cromo (Cr), o níquel (Ni), vanádio (Va),

molibdênio (Mo) e cobre (Cu). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de

metálicos, revisão B – 17/12/2009, pág 16)

Não existem valores exatos para definir quando uma sucata deve-se enquadrar no

grupo de sucatas com elementos de liga. Para efeito de especificação e controle, os

teores dos elementos anteriormente mencionados devem estar acima de 1,5% para que

se enquadrem como sucatas ligadas, tendo em vista que o ferro deve ser predominante

27

no aço. A classificação completa sobre as características de sucata é encontrada na

NBR 10004.

2.5.6 - Sucata de aço carbono

Neste tipo sucata, também chamada sucata ferrosa, o ferro como na maioria dos aços

é o elemento predominante (em torno de 98% de Fe na composição química), seguido

do carbono com teores abaixo de 2,11%, podem ser encontrados os seguintes

elementos na tabela a seguir:

Quadro - Elementos encontrados em sucatas de aço carbono

Metálicos Não metálicos

Cromo (Cr) Fósforo (P)

Níquel (Ni) Enxofre (S)

Molibdênio (Mo) Silício (Si)

Cobre (Cu) Silício (Si)

Estanho (Sn) Arsênio (As)

Chumbo (Pb)

Fonte: Introdução à Siderurgia, Edição: 2007.

Os elementos chamados de residuais prejudicam a qualidade do aço produzido,

quando seus teores forem superiores aos valores especificados na composição química

dos aços.

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Quadro 5 - Resumos dos elementos residuais

Elemento químico Ação

Cu, Sn, Pb São residuais metálicos em quaisquer aços.

Cr, Ni, Mo, Va São residuais metálicos em aços ao carbono. Em aços

especiais, podem ser usados.

P, S São residuais não metálicos em quaisquer aços

Fonte: CHIAVERINI, Vicente, 1914 – Tecnologia mecânica / tratamento, 2a

edição, São Paulo: Mc Graw-Hill,

1986.

2.5.7 - Necessidade de preparação da sucata para a produção de aço.

As sucatas que necessitam ser preparadas são aquelas que são beneficiadas para

aumentar a densidade, reduzir impurezas (óxidos, silicatos, etc) e diminuir os elementos

residuais (P, S, Cu, etc). Os principais equipamentos utilizados para o beneficiamento de

sucatas são:

Tabela 5) Processo de beneficiamento e o produto de sucata obtido.

PROCESSO PRODUTO

Maçaricos de Oxi-corte Maçaricada (Baixa Produção)

Prensa Pacote Pacotes (Média Produção)

Prensa Tesoura Tesourada (Alta Produção)

Shredder Shredded (Alta Produção)

Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-001- Classificação de metálicos, revisão B – 17/12/2009)

As sucatas prontas para a utilização são aquelas que possuem materiais de

constituição bem definidos e conhecida e, como o próprio nome diz, não precisam de

nenhum beneficiamento para ser utilizada no processo de produção de aço.

29

Após a classificação das sucatas, o mesmo é alojado no pátio de sucatas e são

separados em baias conforme as especificações de tamanho, composição química,

formato e densidade. Para a produção de um tipo de aço é utilizado à sucata mais

apropriada para o processo.

30

CAPÍTULO III

A produção de aço

3.1 - O processo de produção de aço em usina siderúrgica semi-integrada

Para fabricação de aço e de qualquer outro produto é necessário amplo planejamento

antes de iniciar a produção, é importante a utilização de ferramentas da qualidade

anteriormente citadas, manter rígido controle da qualidade dos insumos que são

empregados no processo de elaboração do material e observar se o produto final está

de acordo com o parâmetro do cliente.

A qualidade do produto final depende totalmente dos insumos, processos e

equipamentos utilizados na cadeia produtiva. O PDCA é amplamente utilizado, pois é

necessário planejar antes de executar qualquer processo.

O processo de fabricação do aço inicia-se na aciaria e tem como principal matéria-

prima o ferro, que pode estar em forma de: sucata, gusa (sólido e/ou líquido) e ferro-

esponja.

A fabricação do aço requer muito cuidado, pois sua composição química pode mudar

conforme o produto final. Para cada tipo de aço a ser fabricado utiliza-se um tipo de

sucata apropriada (com baixa, alta ou sem liga). Muitas aciarias utilizam o Forno Elétrico

a Arco (FEA) para fundir a carga metálica.

O Forno Elétrico a Arco (FEA) é a principal máquina de toda a aciaria de uma usina

siderúrgica semi-integrada. A fusão da sucata é feita por meio da introdução no forno de

três eletrodos de grafita, os quais originarão arcos voltaicos, promovendo a fusão por

efeito Joule. A temperatura média obtida é de cerca 3500ºC. Devido a sua alta

temperatura de trabalho, estes eletrodos feitos de carbono tendem a se oxidar e

consumidos quando aquecidos. Por isso, existe um contínuo fluxo de água escoando

pela superfície dos eletrodos promovendo uma isolação química e refrigeração dos

mesmos. O forno tem uma capacidade de alimentação de 100 toneladas, existem

siderúrgicas que o forno possui capacidade de até 300 toneladas.

31

Figura 3) Forno Elétrico a Arco (Siemens VAI,2009)

Durante os dois carregamentos para o preparo do aço, os cestões levam 30% da

massa total em ferro gusa sólido e o restante em sucata já processada. O primeiro

carregamento tem o maior peso, pois acomodam, além da sucata, o ferro gusa sólido.

Durante a fusão, são introduzidas no forno duas lanças. Uma delas injetando oxigênio

gasoso e outra, coque. Os óxidos serão os compositores da escória. Esta será composta

por substâncias surgidas por afinidade de reação com o oxigênio, e suas componentes

metálicas são: alumínio, manganês, magnésio, silício, tungstênio, cromo e enxofre.

Alguns óxidos, os mais pesados, demoram a reagir e acabam não se precipitando em

escória, os óxidos possuem densidade menor que os correspondentes metais. Por isso,

ficam sobrenadantes.

Após toda fusão, a escória flota e sai naturalmente por meio de uma porta. Neste

momento, no final de toda corrida, quase toda escória é expulsa e o conteúdo do forno

atinge a sua maior temperatura. A temperatura é medida por meio de um termopar

descartável (que funde rápido) que o robô imerge no banho por meio de uma lança.

Termômetros medidores de radiação infravermelho não são aplicáveis, pois não são

capazes de medir a temperatura do banho. A todo este processo, ocorrido no FEA, dá-

se o nome de Refino Primário.

32

3.2 - Matérias Primas usadas no Forno Elétrico a Arco (FEA):

a) Sucata: Material reciclado proveniente de produtos feitos de aço (veículos, máquinas,

estruturas metálicas, etc).

b) Ferro Gusa: Material produzido em Altos Fornos. Adicionado até 10% da carga fria,

capaz de elevar o percentual de carbono no banho e é isento de elementos químicos

residuais (Cu, Sn, Cr, Ni, Mo, etc).

c) O Ferro-Esponja: É produzido no processo de redução. Adicionado até 10% da carga

fria. Possui composição química conhecida e não introduz elementos químicos residuais

normalmente encontrados na sucata.

d) Cal: Provém de uma rocha constituída de cálcio chamada calcário. É a mesma usada

na construção civil para pintar, fazer argamassa etc. É o formador de escória, captando

impurezas do banho (cal calcítica) e protegendo o revestimento refratário do ataque

químico (cal dolomítica) além de remover o P, S, Si, etc.

e) Energia: Elétrica (a mesma utilizada nas residências) e química através do uso

moderado de oxigênio e gás natural. Principal fonte de energia para a fusão é o calor do

arco elétrico estabelecido entre os eletrodos e a sucata.

Os principais objetivos do Forno Elétrico a Arco (FEA) na aciaria são:

- Fusão da carga metálica (fundir as sucatas metálicas);

- Descarburação (queima do carbono indesejado);

- Elevação da temperatura do banho metálico (efeito Joule);

- Desfosforação (em alguns casos é necessário retirar o fósforo).

33

3.3 - Principais etapas envolvidas no FEA:

I. Carregamento: A sucata é adicionada no forno, através de cestões de aço que

preparados no pátio de sucata. Normalmente utiliza-se de 3 a 4 cestões por corrida de

aço (uma corrida equivale a uma panela cheia de aço líquido). (Apostila GERDAU,

ACIARIA ACI-008- Operação de Pontes Rolantes na Preparação de Cestões, revisão C

– 17/12/2007, pág 22)

Figura 4) Cestão de carregamento de sucata (Konus Icesa S/A,2009)

II. Fusão: É iniciado a fusão da carga após a primeira carga feita pelo cestão. Quando a

sucata estiver fundida, adiciona-se o segundo cestão com sucatas metálicas. Realiza-se

nova fusão e o terceiro cestão é adicionado. Depois ocorre nova fusão da carga. A

principal fonte de energia para a fusão é o calor do arco elétrico estabelecido entre os

eletrodos e a sucata (efeito Joule). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-008- Operação de

Pontes Rolantes na Preparação de Cestões, revisão C – 17/12/2007, pág 22)

34

Figura 5) Fusão em Forno Elétrico. (Introdução a siderurgia, 2007)

III. Refino: O refino é iniciado após a última etapa de fusão. Essa etapa possui a função

de diminuir o teor de carbono (descarburação) e de fósforo (desfosforação) do banho

líquido. Para isto são adicionados oxigênio e carbono através de lança manual ou por

sistema automatizado, em operação chamada de refino oxidante. O oxigênio reage com

diversos elementos, formando a escória do Forno. Oxigênio é injetado com carvão para

formar CO na escória, formando uma espuma. A espuma formada favorece a fusão,

podendo aumentar a eficiência em mais de 20%. A espuma protege o refratário do Forno

do desgaste excessivo, reduz consideravelmente o ruído provocado pelo arco elétrico e

diminui a perda de calor para as paredes do Forno. A desvantagem é o aumento da

geração de gás CO. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-008- Operação de Pontes

Rolantes na Preparação de Cestões, revisão C – 17/12/2007, pág 23)

35

Figura 6) Refino oxidante. – (Gallatin Steels, 2009)

IV. Vazamento: Após atingir o percentual de carbono (C) e a temperatura desejados,

ocorre o vazamento do aço na panela, juntamente com a adição de ferros ligas dando

início à desoxidação.

Figura 7) Carregamento do forno e formação do primeiro arco (UCAR CARBON COMPANY , 2001)

36

Figura 8) Fusão total da carga e vazamento do forno elétrico a arco (UCAR CARBON COMPANY , 2001)

A partir deste instante, o conteúdo do forno, agora aço, é vazado em uma panela, a

qual já está posicionada – e previamente aquecida para minimizar os choques térmicos

– cuja função é receber o aço fundido. O Trolley, porta panela, será o meio responsável

pelo transporte da panela entre a primeira e a segunda fase. A segunda fase em que

ocorrerá o refino do aço é chamado de Forno-Panela, Forno LF ou FP, pois é neste que

ocorrerá todo procedimento de reaquecimento e homogeneização de substâncias.

Nessa etapa do processo, o aço fundido receberá uma mistura de outros elementos a

fim de atingir a especificação do produto solicitado. Um exemplo típico é a adição de

ligas ferro-sílicio (FeSi), ferro silício manganês (FeSiMn) e vanádio (V), podendo-se

ainda mais carburante para atingir a composição correta. Após a adição, de um gás

inerte para rinsagem, jateado a partir do fundo da panela, ocorre a homogeneização do

aço. Pode-se utilizar como gás inerte o nitrogênio ou argônio. Todo este procedimento,

ocorrido no Forno Panela por cerca de 30 minutos, recebe o nome de Refino

Secundário. De forma mais clara a definição de Refino Secundário è a seguinte:

“Os processos de fabricação do aço são processos oxidantes, portanto, a quantidade de oxigênio no mesmo supera em muito os teores admissíveis para alguns produtos. Durante o vazamento ocorre também a absorção de alguns gases como nitrogênio e hidrogênio. Depois do vazamento, com a perda de temperatura a solubilidade desses gases no aço diminui drasticamente, formando bolhas e inclusões.” (SIDERURGIA da matéria prima ao aço laminado, 2006 , pág125)

37

Todo e qualquer controle, seja elétrico, hidráulico ou pneumático, é feito por

operadores, localizados em cabines protetoras, as quais possibilitam a visão de toda a

corrida ou vazamento de aço. No Forno-Panela, existem também outros três eletrodos

de grafita, a fim de manter a temperatura da mistura por efeito Joule. Uma amostra deve

ser coletada e analisada por um operador para verificação da composição do tipo de

aço. As amostras coletadas são resfriadas, esmerilizadas a fim minimizar rugosidades,

colocada em um queimador e então analisadas por meio de um espectrômetro (nesse

equipamento é verificada a composição química)..

Caso o aço ainda não esteja no padrão determinado, uma correção deve ser realizada

no banho ainda no Forno-Panela; as taxas de correção dos componentes variam de

acordo com o produto final. Neste instante, no final de todo o processo de fornos, deve

ocorrer o vazamento de aço a uma temperatura média de 1560ºC dependendo do tipo

de aço a ser lingotado.

3.4 - O Forno Panela

No Forno Panela, ocorre o ajuste da composição química e dado um

sobreaquecimento para compensar as perdas térmicas (ambiente), o oxigênio controla a

química do processo, estando ele tanto na forma de óxidos quanto livre. É preciso

ajustá-lo e, para isso, são usadas escórias.

As escórias no Forno Panela absorvem os óxidos, controlam o ataque aos refratários,

reduzem as perdas térmicas e fazem parte de todo processo onde exista aço líquido.

O Forno Panela tem a função de aumentar a produtividade dos Fornos Elétricos de

Fusão ajustar a composição química específica para cada tipo de aço, e a temperatura

38

de vazamento, conferir homogeneidade química à corrida (banho) e conferir a

homogeneidade térmica do aço. O Forno Panela é capaz de aumentar a produtividade

dos FEA´s uma vez que permite :

- A adição de carvão e ferro-liga, liberando o FEA desta etapa;

- Acertar a composição química específica para cada tipo de aço por meio do acerto do

teor de carbono com o carvão e acerto dos outros elementos (Mn/Si) com ferro-liga

(FeSiMn/FeSi);

- Estabelecer a temperatura de vazamento durante o processo de acerto da composição

química, até atingir a temperatura ideal para o lingotamento;

- Conferir homogeneidade química à corrida (banho) e conferir homogeneidade térmica

ao aço.

Para garantir a homogeneidade do banho durante toda a corrida, o aço é “borbulhado”

com argônio ou nitrogênio (gases inertes) através de plug poroso no fundo da panela,

para garantir uniformidade térmica e química do banho e auxiliar a flotação de inclusões

e escória. A este procedimento dá-se o nome de rinsagem.

Com a composição química e a temperatura acertada, libera-se a panela para o

lingotamento contínuo. A checagem da composição é feita por meio da coleta de

amostra e análise no espectrômetro de emissão ótica para análise química das amostras

e de escórias.

39

Figura 9) Forno Panela – (As Minas Gerais, 2009)

Conforme foi dito anteriormente umas das funções do FP é fazer o ajuste da

composição química do aço, então para cada tipo de aplicação haverá a necessidade de

adicionar elementos de liga para conferir propriedades específicas de acordo com os

parâmetros do cliente. Na figura abaixo é mostrado a influencia de alguns elementos

químicos quando são adicionados no aço.

40

Figura: Influência dos Elementos de Liga nas Propriedades Mecânicas do Aço (extraído de

http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/6362-elementos-quimicos-presentes-e-sua-

influencia#.VBDVL8JdWYE)

3.4.1 - Objetivos do Forno Panela

a- Aumentar a produtividade do forno elétrico, ao produzir aços especiais, transferindo-

se as operações antes realizadas com uma segunda escória, para o forno de

tratamento.

b- Melhor controle da temperatura para o Lingotamento Contínuo.

c- Maior facilidade em atingir limites estreitos de composição e de propriedades

mecânicas.

d- Obtenção de níveis de hidrogênio inferiores a 1,5 ppm e alcançar reduzidos teores de

enxofre.

41

e- Fabricação de aços para esmaltação ou inoxidáveis ferríticos de baixo teor de

Carbono.

f- Produção de aços ao cromo contendo carbono, em conversor a oxigênio.

g- Obtenção de níveis bastante baixos de enxofre, (normalmente inferiores 0,010%).

3.4.2 - As principais vantagens econômicas podem ser resumidas em:

a) Redução nos gastos com materiais, tais como os elementos de liga, entre outros;

b) Menor consumo de energia (elétrica e gás);

c) Aumento de produção, pois a unidade primária é aliviada de todo o trabalho

metalúrgico, como: descarbonetação, dessulfuração, ajustes de composição, etc.

3.5 - Ajuste da composição química dos aços em usinas siderúrgicas

semi-integradas.

O ajuste da composição química dos aços utilizando sucatas de procedências

diferentes são apresentadas a seguir:

3.5.1 - Vazamento do aço líquido na panela

- Na temperatura pré-estabelecida;

- Com o mínimo de escória do forno;

- Quantidade correta de aço;

- Composição química adequada.

42

No momento do vazamento a panela, deve estar, segundo a gíria siderúrgica “quase

branca”, ou seja, deve estar muito bem aquecida. Panelas aquecidas apresentam

menores perdas de temperatura do aço liquido. Pois não haverá muita troca de calor

entre o aço e a panela.

A panela deve ficar pouco tempo na frente do forno, aguardando o vazamento, para

minimizar as perdas de temperatura para o ambiente. Caso contrário a panela perderá

temperatura prejudicando o ciclo.

Panelas fora do ciclo de operação consomem mais energia e consequentemente

roubam mais calor do aço líquido. Panelas “sujas” com escórias agregadas ao refratário

também consomem mais energia e sujam o aço já processado. Normalmente, as perdas

de temperatura apresentam pequena variação, do vazamento até a chegada da panela,

na estação do Forno Panela. Quantos menos ocorrerem anomalias que alterem estas

condições, melhores serão os resultados (custo e qualidade) do Forno Panela.

3.5.2 - Pouca escória no vazamento do aço líquido

Em geral os fornos das aciarias possuem um moderno sistema de retenção de escória

chamado EBT (Excentric Botton Tapping ou vazamento excêntrico pelo fundo) ou

similares. Tal sistema possibilita o vazamento do aço quase livre de escória.

3.5.3 - Quantidade de aço líquido na panela

Muitas aciarias possuem balança na panela de vazamento, que permite exatamente a

quantidade de aço. Quando não existe o registrador de peso, o controle é feito

visualmente pelo operador, pelo nível de aço dentro da panela, em comparação com a

borda livre da mesma ou tijolos refratários da panela. Este controle é necessário para

que as ligas adicionadas no vazamento atinjam as concentrações esperadas.

43

3.6 - Adequação da composição química do aço.

A composição química somente estará adequada após o refino secundário do aço que

ocorre no Forno Panela.

3.7 - Operação de vazamento do aço líquido na panela

A operação do Forno Panela começa no vazamento, sendo de responsabilidade do

mesmo a adição de ligas durante o vazamento. A seguir são mostrados os elementos

químicos e a especificação de cada um:

Carbono (C) - O aço é vazado com o carbono compreendido entre 0,03% e 0,12 %.

Este carbono deve estar abaixo do mínimo de composição química (0,42% como será

visto mais a adiante), para permitir o trabalho metalúrgico (adição de ligas, ligar o Forno

Panela, trabalho com escórias etc). Este aumento de carbono ocorre devido às ligas e

fluxantes conterem carbono. Além disso, como os eletrodos são de grafita (carbono),

estes também cedem carbono ao banho metálico. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-

026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 23)

Silício (Si) e manganês (Mn) - Ocorre no Forno Panela o atingimento da composição

química destes elementos. Os teores adequados desses elementos no aço são

atingidos pela utilização de compostos de ferro, tais como FeSi, FeSiMn, etc. (Apostila

GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –

05/12/2007, pág 23)

Fósforo (P) - Já deve chegar na panela conforme os teores especificados. O FP não

tem recurso metalúrgico para baixar o teor deste elemento. É aconselhado que o forno

vaze o aço com um pouco menos de fósforo que o máximo permitido, pois podem

ocorrer pequenos aumentos de fósforos (0,003%) nas operações do Forno Panela.

44

(Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –

05/12/2007, pág 24)

Enxofre (S) - O enxofre já deve ser vazado do FEA com teores abaixo da faixa máxima.

(Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –

05/12/2007, pág 24)

Cromo (Cr), cobre (Cu) e estanho (Sn) - O aço vazado já deve conter estes elementos

abaixo da faixa máxima permitida. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia

Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 24)

Nitrogênio (N) - O nitrogênio começa a ser introduzido na fusão no Forno Elétrico a

Arco, onde seu teor, em qual já é atingido as especificações químicas. Após o

vazamento seus teores tendem sempre a aumentar. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-

026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 24)

Hidrogênio (H) - Em geral, não consta nas especificações, porém, ele influi em muito,

na qualidade dos produtos lingotados. O hidrogênio sempre vai estar presente, pois,

chega ao aço através de produtos metálicos. Nos aços especiais, provoca um defeito

chamado de “flocos” (pequenas trincas internas nas barras) e “Pin Holes” nos aços

comuns (pequenos furinhos na superfície das barras). O hidrogênio é um elemento

fragilizante para os aços, pois, é muito pequeno e pode penetrar facilmente pela rede

cristalina dos metais. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao

Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 24)

Oxigênio (O2) - O oxigênio que está dissolvido no ferro reage com o mesmo, formando

um óxido chamado de óxido de ferro (FeO). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026-

Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 25)

A tabela 6 exibe os teores médios dos elementos residuais no aço em 100 t de aço

vazado.

45

Tabela 6) Valores de concentração de elementos químicos em 100 t de aço vazado.

Elemento Concentração Em 100 t de aço vazado

Si 0,04% 40 kg

Mn e C 0,05% 50 kg

O 700ppm 70 kg

Fé 98% 98000 kg

Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –

05/12/2007)

O carbono combina mais com o oxigênio do que com o ferro. Este elemento, então

passa a ser o responsável pela quantidade de oxigênio dissolvido no banho. O carbono

se combina com o oxigênio dissolvido formando o monóxido de carbono (CO). C% é a

concentração de carbono analisada em espectrômetro e o ppm é a concentração de

oxigênio. A tabela 7 abaixo indica que, quanto maior for o teor de carbono do aço

vazado, menor será o teor de oxigênio dissolvido.

Tabela 7) Teores de C e ppm de O2

%C O2 ppm

0,05 600

0,10 300

0,20 150

Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –

05/12/2007)

3.8 - Etapas para a remoção de impurezas do aço e melhoria da qualidade.

3.8.1 - Desoxidação – Desoxidação é a remoção do oxigênio residual do aço, com isso

pode-se para criar condições termodinâmicas para a adição de elementos de liga. Os de

46

desoxidantes mais usados em aciaria, são: manganês (Mn), carbono (C), silício (Si),

Alumínio (Al) e cálcio (Ca). (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada

ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 34:38)

3.8.2 - Rinsagem - Rinsagem é o procedimento de injetar gás inerte (argônio) na panela

com aço líquido, via uma peça refratária, situada no fundo da panela, chamada de plug

poroso. O objetivo é criar uma corrente ascendente no meio metal líquido que tem como

funções: homogeneização da temperatura do aço líquido contido na panela;

homogeneização da composição química do aço e aceleração da subida dos óxidos

formados na desoxidação para a escória. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026-

Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 40:44)

Figura 10) Borbulhamento de gás inerte pelo fundo da panela. (Introdução a siderurgia, 2007)

3.8.3 - Dessulfuração - Operação é feita durante a rinsagem, a dessulfuração é

efetuada pela remoção do enxofre contido no aço pela escória.

47

A produção de aço é muito complexa, há diversos fatores que podem interferir na

qualidade do produto final. É necessário grande monitoramento durante todo o processo,

desde os insumos até a laminação. Durante o início de cada ciclo de carregamento nos

fornos é muito utilizado a folha de verificação para verificar se há inconformidades na

matéria-prima e nos equipamentos. Os diagramas de pareto, ISHIKAWA, o fluxograma e

o PDCA são mais utilizados durante o planejamento da produção e quando há

necessidade de alteração no processo, devido alguma falha ocorrida em algum ponto da

cadeia produtiva ou mudança no tipo de aço a ser produzido.

48

CAPÍTULO IV

Resultados

4.1 - Operação de amostragem de temperatura e composição química

A primeira tomada de temperatura e retirada de amostra é efetuada após o banho estar

homogêneo térmica e quimicamente. Para se atingir a composição química desejada,

são executadas a retirada de amostras e tomadas de temperatura sempre no mesmo

local do aço na panela, e de preferência, as amostras de composição química devem ser

feitas sempre na mesma temperatura. (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia

Aplicada ao Forno Panela, revisão B – 05/12/2007, pág 47)

As tomadas de temperatura são realizadas por um equipamento chamado termopar, a

lança com o termopar é colocada dentro da panela por um operador. Para realizar a

medição de temperatura no banho, a lâmpada verde do pirômetro deve estar acesa. O

termopar deve ficar fora do olho de rinsagem durante a medição da temperatura para

garantir que a turbulência do aço não interfira na leitura. A luz amarela do pirômetro

indica que a leitura da temperatura está sendo efetuada, a luz vermelha indica término

da leitura da temperatura a lança deve ser retirada do banho no momento que a luz

vermelha do sinalizador acender.

Figura 11) Imagem do display de um pirômetro. (MSI, 2009)

49

4.2 - Retirada de amostra e ajuste da composição química.

A amostra de aço é retirada através de uma lança, formando-se uma espécie de

bolacha que é retirada da lança ainda incandescente, com uma tenaz o operador extrai a

amostra e em seguida coloca-se a bolacha numa pia com água para se solidificar. A

bolacha é colocada numa ferramenta chamada tesoura que serve para cortar a ponta da

amostra. Em seguida serão apresentados os procedimentos realizados para a retirada

de amostra até o ajuste da composição química do aço:

1º Retirada de amostra de aço do forno panela, através de uma lança;

2º Utiliza-se uma tenaz, a amostra é transferida para um reservatório de água para ser

resfriada. A amostra deve ser movimentada dentro do reservatório, para provocar um

resfriamento homogêneo.

3º A amostra é retirada do reservatório e seca com ar comprimido;

4º O cabinho da amostra é cortado utilizando-se tesoura de bancada;

5º A amostra é lixada com lixa número 36 (lixa grossa). Em seguida utiliza-se uma lixa

número 80 (mais fina), após a lixagem a amostra é esfriada num reservatório de água e

secada com ar comprimido. A parte que foi lixada não deve ter contato com nada que

possa transferir gorduras, graxas, sais, umidade, etc.

6º Após lixar as amostras na lixadeira rotativa, a amostra é preparada para análise no

espectrômetro de emissão óptica (preparar a amostra);

50

7º A checagem da composição é feita por meio da coleta de amostra e análise no

espectrômetro de emissão óptica para análise química das amostras e de escórias.

Figura 12 ) Espectrômetro de emissão óptica – (Universidade de Aveiro, 2009)

Após a análise da composição química executado pelo espectrômetro é feito a

comparação com a composição ideal do aço a ser fabricado. Assim pode-se saber quais

elementos químicos devem ser adicionados na panela para o melhor ajuste da

composição química do aço.

Caso a composição química do aço não esteja dentro dos padrões, ocorre a adição de

elementos para alcançar a composição do aço, via de regra toma-se outra retirada de

amostra e novamente tem-se que comparar as análises feitas no espectrômetro com a

composição química ideal do aço.

Quando o aço esta dentro dos padrões pré-determinados, não é necessário adicionar

mais elementos químicos, todavia a temperatura também deve estar dentro padrões,

51

assim a panela contendo aço líquido pode ser liberada para a próxima etapa da

produção de aço, lingotamento contínuo. Após o lingotamento é feita inspeção de

qualidade para verificar se existem imperfeições no produto, para cada tipo de defeito há

um tipo de tratamento.

4.3 - Informações técnicas do processo no Forno Panela

Antes da panela de aço líquido ir para o LC, o Forno Panela tem que obter informações

sobre a corrida do aço realizado. A tabela abaixo exemplifica valores médios do FP

obtidos durante o refino secundário do aço.

Tabela 8) Informações técnicas do processo no Forno Panela

Si de chegada % 10

Temperatura de chegada

ºC 1530

Temperatura de saída ºC 1551

TAP TO TAP min 32

Power ON min 11

Nitrogênio não

Argônio - sim 502 l/min

Energia consumida 1400 MW

Tempo de permanência de uma corrida no Forno

Panela 25 - 45 min

Fonte: (Apostila GERDAU, ACIARIA ACI-026- Metalúrgia Aplicada ao Forno Panela, revisão B –

05/12/2007)

52

O fator humano é extremamente importante na produção de aço, o colaborador tem

que ser treinado para estar apto a exercer a função, não basta apenas conhecer

maquinários e sistemas de computador, ele deve utilizar as ferramentas da qualidade

durante todo o processo, esse é o segredo para a obtenção do aço que satisfaz e

mantém o cliente sempre adquirindo produtos da empresa.

4.4 - Benefícios de reciclar material metálico

Para a indústria siderúrgica é muito vantajoso utilizar sucatas oriundas de reciclagem,

devido o fato do material já ter passado pelas etapas de processamento. Outro fator

também está no alto custo de beneficiar o minério de ferro extraído da natureza em

forma de óxidos (hematita, magnetita). Com a utilização de material metálico reciclado

traz diversas vantagens tanto econômicas quanto ambientais.

No que tange o meio ambiente, os resíduos metálicos eram despejados na natureza e

por lá ficavam anos e anos poluindo o local, com o advento da reciclagem e a

necessidade de buscar insumos para a produção do aço, muitas empresas tem investido

em coletas seletivas, no caso do aço, é possível adquirir toneladas de material metálico

por preço muito baixo. O que era lixo se tornou dinheiro, gerou empregos onde antes

não existia e beneficiou a natureza, pois, com a utilização dessas sucatas, há menos

dejetos enviados para os lixões e áreas ambientais.

Fluxograma 2: Processo de reciclagem do aço (extraído de

http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/sustentabilidade/reciclagem.asp)

53

4.5 - A importância do aço na sociedade moderna

O aço é uma liga binária de ferro e carbono, que é utilizado em muitos setores da

sociedade, suas propriedades, versatilidade e a possibilidade de ser produzido em larga

escala lhe conferem muitas vantagens se comparado com qualquer outra liga metálica

(relação custo x beneficio). Este material é usado na fabricação de eletrodomésticos,

veículos, máquinas, equipamentos, produção de energia, na construção civil e na

indústria em geral. Para cada aplicação há um tipo de aço especifico, além disso, é

considerado um produto altamente reciclado e com isso pode ser usado muitas vezes.

A grande preocupação para minimizar os impactos ambientais na produção de aço,

está no fato da utilização de sistemas de despoeiramento nos fornos de fusão e o

aproveitamento dos pós e das escórias resultantes do processo da fabricação do aço.

Assim o que seria prejuízo torna-se lucro e consequentemente a natureza não é tão

agredida.

Os pós e as escórias do processo siderúrgico são tratados para que possam se tornar

produtos adequados para aplicação em pavimentos, lastro ferroviário e na fabricação do

cimento portland muito utilizado na construção civil. Em algumas siderúrgicas os gases

gerados no processo são reaproveitados para fornecer calor ao processo de fusão do

aço e também na geração de energia elétrica em uma termelétrica acoplada a

siderúrgica, fazendo com o que uma usina siderúrgica possa ser auto-suficiente na

questão do consumo de energia elétrica.

Em relação à utilização da água no processo de produção do aço, é feito um

tratamento que visa a recuperação e a posterior reutilização no processo. A água é um

bem muito caro e escasso então se deve ter uma atenção especial para a utilização

racional deste recurso.

54

Figura 13 ) Sistema de despoeiramento (Bernauer, 2009)

55

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A utilização de sucatas de qualidade no Forno elétrico a arco aumenta o rendimento e

a qualidade do processo da produção de aço. Ocorrendo a redução do custo com a

utilização de elementos de liga, consumo de energia elétrica e tempo. A utilização de

panelas limpas e bem aquecidas no momento do vazamento do aço também é um fator

importante.

No refino secundário o objetivo de alcançar a composição química é beneficiado, pois o

aço já chega próximo da composição ideal. Tendo-se uma boa rinsagem no aço, os

elementos de liga adicionados na panela terão melhor homogeneização facilitando a

obtenção do aço com a especificação desejada. O tempo de permanência do aço no

Forno Panela é reduzido e o processo torna-se mais rentável.

Portanto quanto mais próximo a sucata estar da composição química do aço em

questão melhor será o rendimento no refino primário e no refino secundário. Também

é importante ressaltar a experiência do operador no controle do processo tanto no FEA e

no FP para que a produção tenha o objetivo alcançado. O produto final estará dentro das

especificações técnicas e atenderá as necessidades do cliente final. É importante

salientar os benefícios da utilização de sucatas metálicas oriundas de reciclagem,

material mais barato, gera empregos formais (catadores de sucatas) e diminui a emissão

de resíduo na natureza.

O aço sendo material autossustentável isto é, pode ser reciclado diversas vezes,

possui infinitas aplicações nas indústrias, construção civil e no cotidiano das pessoas, é

o produto mais utilizado na sociedade moderna devido o fato de ser muito resistente e

com a adição de elementos de liga é possível aplica-lo em qualquer projeto que

necessite estrutura robusta e versátil.

56

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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edição, São Paulo:

Mc Graw-Hill, 1986.

Aços e ferros fundidos: característicos gerais; tratamentos térmicos; principais tipos - LIVRO, CHIAVERINI, Vicente. Aços e ferros fundidos. 6.ed. SÃO PAULO: ABM, 1988. 576p.

Siderurgia da matéria prima ao aço laminado, Vitória –ES 2006 Autor: Marcelo Lucas

Pereira Machado; Engenheiro Metalurgista – UFF – RJ

CMC Steel Alabama, Commercial Metals Company. – Disponível em

<http://www.cmc.com/cmcsteelal/The-Mini-Mill-Process.aspx> Acessado em 22 de

outubro de 2009

Sinobras, Siderúrgica Norte Brasil S.A – Disponível em

<http://www.sinobras.com.br/index2.php?p=meioambiente.php> Acessado em 14 de

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60

ÍNDICE

INTRODUÇÃO 8

CAPITULO I – CONCEITO DE QUALIDADE 10

1.1– Ferramentas da qualidade 13 1.1.1 – Folha de verificação 13 1.1.2 – Diagrama de Pareto 14 1.1.3 – Diagrama de causa e efeito (ISHIKAWA) 15

1.1.4 – Fluxograma 16

1.1.5 – PDCA 17

CAPITULO II – CONCEITOS SOBRE O AÇO 20

2.1 - Usina siderúrgicas 21

2.2 - Aciaria 21

2.3 - Lingotamento Contínuo 21

2.4 - Laminação 23

2.5 - Processo geral de produção em uma usina siderúrgica semi-integrada 25

2.5.1 - Processo, Produção e equipamentos 24

2.5.2 - Pátio de Sucatas 24

2.5.3 - Classificação de materiais metálicos 25

2.5.4 - Características gerais das sucatas 26

2.5.5 - Sucatas com elementos de ligas 26

2.5.6 - Sucata de aço carbono 27

2.5.7 - Necessidade de Preparação da sucata para a produção de aço 28

CAPÍTULO III – A PRODUÇÃO DE AÇO 30

61

3.1 - O processo de produção de aço em usina siderúrgica semi-integrada 30

3.2 - Matérias primas usadas no Forno Elétrico a Arco (FEA) 32

3.3 - Principais etapas envolvidas no FEA 33

3.4 - O Forno Panela 37

3.4.1 - Objetivos do Forno Panela 40

3.4.2 - As principais vantagens econômicas podem ser resumidas em 41

3.5 - Ajustes da composição química dos aços em usinas siderúrgicas semi-integrada 41

3.5.1 – Vazamento do aço líquido na panela 41

3.5.2 – Pouca escoria no vazamento do aço liquido 41

3.5.3 – Quantidade de aço líquido na panela 42

3.6 – Adequação da composição química do aço 43

3.7 – Operação de vazamento do aço líquido na panela 43

3.8 – Etapas para a remoção de impurezas do aço e melhoria da qualidade 45

3.8.1 – Desoxidação 45

3.8.2 - Rinsagem 45

3.8.3 – Dessulfuração 46

CAPITULO IV – RESULTADOS 48

4.1 – Operação de amostragem de temperatura e composição química 48

4.2 – Retirada de amostras e ajuste da composição química 49

4.3 – Informações técnicas do processo no Forno Panela 51

4.4 – Benefícios de reciclar material metálico 52

4.5 – A importância do aço na sociedade moderna 53

CONSIDERAÇOES FINAIS 55

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 56

ÍNDICE 60

FOLHA DE AVALIAÇÃO 62

62

FOLHA DE AVALIAÇÃO