ESTRUTURAS METÁLICAS

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AULA -02

Há cerca de 4.500 anos, o ferro metálico usado pelo homem era encontrado in natura em meteoritos recolhidos por tribos nômades na Asia Menor.

Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro por volta de 6.000 a 4.000 a.C.

Ele teria surgido por acaso quando pedras do minério de ferro usadas para proteger um fogueira, teriam fundindo-se com o calor do fogo.

O ferro passou a ser usado com frequência, partir do momento em que descobriu-se como extrai-lo do seu minério em torno de 1.500 a.C.

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O minério de ferro começou a ser aquecido em fornos primitivos, (forno de lupa) para fabricar um quilo de ferro em barras, usava-se de dois a quatro

quilos de minério de ferro e cerca de quatro quilos de carvão vegetal.

Forno de lupa ou Forno Fechado

Forja Catalã

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Mas, aos poucos, novas técnicas foram sendo descobertas, tornando o ferro mais duro e resistente a corrosão.

Um exemplo disso foi a adição de calcário à mistura de ferro, o que possibilitava melhor absorção de impurezas.

Após anos de uso de forno de lupa, surgiu a forja catalã (considerada o

embrião do Alto-fornos utilizados até os dias de hoje). Ela apareceu na Espanha e foi utilizada durante toda a idade média. Era uma lareira de pedras e foles que inflavam a forja de ar, o que aumentava

a temperatura e com isso era POSSÍVEL OBTER FERRO NO ESTADO LIQUIDO. Em torno de 1444, o minério de ferro passou a ser fundido em ALTO-

FORNOS, processo que é usado até hoje.

As temperaturas atingidas nesses fornos eram ainda maiores o que permitia maior absorção de carbono o que tornava o ferro e as ligas de aço ainda mais duras e resistentes.

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PROCESSO SIDERÚRGICO

BASICAMENTE O AÇO É UMA LIGA DE FERRO E CARBONO. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, o minério de ferro é um

óxido de ferro, misturado com areia fina. O carbono é também relativamente abundante na natureza. Na siderurgia

usa-se o CARVÃO MINERAL, e em alguns casos o CARVÃO VEGETAL.

Antes de serem levados ao Auto-forno, o minério de ferro e o carvão são previamente preparados para melhoria do processo. O MINÉRIO É TRANSFORMADO EM PELOTAS E O CARVÃO É DESTILADO PARA OBTENÇÃO DO COQUE.

NO PROCESSO DE REDUÇÃO O FERRO SE LIQUEFAZ E É CHAMADO DE FERRO-GUSA. Ainda em estado liquido o ferro é levado para aciaria onde é transformado em aço.

O REFINO DO AÇO SE FAZ EM FORNOS A OXIGÊNIO OU ELÉTRICOS. FINALMENTE, O AÇO É LAMINADO.

O aço em processo de solidificação é deformado mecanicamente para ser transformado em produtos utilizados pela indústria de transformação como chapas grossa e finas, barras, bobinas, perfilados, etc.

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Matérias-primas para a Siderurgia

As matérias-primas básicas para a indústria siderúrgica são:

Minério de Ferro Carvão Calcário

Outras matérias-primas, minérios principalmente, são igualmente importantes principalmente o manganês pela sua presença em todos os processos siderúrgicos.

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Os minerais que contem ferro em quantidades considerareis são os óxidos. Os principais óxidos de ferro são:

- Magnetita (oxido ferro-ferroso) com 72,4% de Fe - Hematita (oxido férrico) com 69,9% de Fe

- Limonita (oxido hidratado de ferro) com 48,3% de Fe -Siderita – 48,0% teor de ferro

A Magnetita é um mineral magnético formado pelos óxidos de ferro II e III, cuja fórmula química é Fe₃O₄. A magnetita apresenta na sua composição, aproximadamente, 69% de FeO e 31% de Fe₂O₃ ou 72,4% de ferro e 26,7% de oxigênio.

Limonite ou limonita é um termo aplicado a um grupo de óxidos de ferro hidratados, amorfos e de cor amarela ou acastanhada,

formados a partir da oxidação de minerais que contêm ferro. Pode também ocorrer como precipitado em lagos e pântanos.

Hematita ou hematite é um mineral de fórmula química óxido de ferro III, um dos diversos óxidos de ferro. O mineral contém, às vezes, pequenas quantidades de titânio.

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CARVÃO MINERAL é um tipo de pedra que, ao longo de milhões de

anos se formou através de altas pressões no interior da Terra.

CARVÃO VEGETAL provém da queima da madeira.

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FLUXO SIMPLIFICADO DE PRODUÇÃO

Refino- Processo que controla a percentagem de carbono e

se elimina o excesso de impurezas que possam afetara

qualidade do aço.

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Fabricação do aço, resultante da transformação do ferro

gusa líquido em aço

ALTO FORNO

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São estruturas de aproximadamente 100 metros de altura e 13 metros de diâmetro. Temperaturas elevadas que podem chegar até 1800. Construídos com chapas de aço e revestidos com materiais refratários. A produção diária em média de um alto forno varia de 5.000 a 10.000 toneladas

LD = Linz-Donawitzer, inventado na Áustria.

A REMOÇÃO DO CARBONO DO FERRO-GUSA (PROCESSO LD)

Utilização de Oxigênio puro (Processo LD, processo moderno), lançados de 5 a 7 bar, através de uma lança introduzida de cima e ajustável na sua altura.

Os aditivos neste processo são os metais de liga desejados e a cal que tem o papel de fixar os fosfatos e sulfatos em forma de escória.

Quando o carbono se esgota, isto é após cerca de 15 minutos.

Escória removida da superfície por um rodo. Como não é possível para o processo LD definir o teor

de C, então o produto primário é um aço com 0% de C. Para recolocar a quantidade desejada de C, pode-se

misturar o ferro líquido-ralo com a quantidade controlada de ferro gusa do alto-forno, com ferro-espelho (= liga de Fe/Si) ou ferromanganês - dependendo da finalidade do aço.

Junto ao componente que provoca a re-carbonização são adicionados nesta etapa os metais de liga desde que estejam desejados no produto acabado (aditivos mais usados, especialmente em aço inoxidável: Cr, Ni, Mn, Mo, W).

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Objetivo: fundir sucata metálica, convertendo-a em

aço líquido, utilizando energia elétrica, convertida em calor

através pela radiação de arcos elétricos criados entre o(s)

eletrodo(s) e peças de sucata sólida (Metalurgia Primária).

O fenômeno é caracterizado por uma altíssima densidade corrente (I), com resposta não linear em relação à diferença de potencial (ΔV).

O arco voltaico é um processo de descarga elétrica Permite a reciclagem de vários tipos de metais

ferrosos e não-ferrosos que contém resíduos gerados pela indústria metalúrgica (pós ou lamas de aço carbono ou inox de fornos elétricos à arco, resíduos de ferro-níquel, escória Waelz, catalisadores gastos, escória de cobre...).

A mistura se aquece então, torna-se inteiramente líquida e pode ser aditivada por metais cujos pontos de fusão são elevadas (pro exemplo, W e Mo). Sendo assim, o teor em carbono pode ser acertado de forma direta, já que o processo elétrico é menos violento do que LD e Thomas e dura em torno de 30 minutos. Este processo é especialmente adequado para produzir valiosos aços inoxidáveis e especiais.

A remoção do carbono do ferro-gusa Processo FORNO ELÉTRICO A ARCO (EAF)

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LAMINAÇÃO

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Perfil I - abas paralelas

Perfil H - abas paralelas

Barras chatas Laminadas

Barra Quadrada Cantoneiras

Perfil U Perfil T

Barra Redonda

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