Fundição de aço: tecnologia, métodos, matérias-primas

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2024-01-02 14:01

O minério de ferro é obtido da forma usual: lavra a céu aberto ou subterrânea e posterior transporte para preparação inicial, onde o material é triturado, lavado e beneficiado.

O minério é despejado em um alto-forno e jateado com ar quente e calor, que o transforma em ferro fundido. Em seguida, é removido do fundo do forno em moldes conhecidos como pigs, onde é resfriado para produzir ferro-gusa. É transformado em ferro forjado ou processado em aço de várias maneiras.

O que é aço?

No princípio havia ferro. É um dos metais mais comuns na crosta terrestre. Pode ser encontrado em quase todos os lugares, em combinação com muitos outros elementos, na forma de minério. Na Europa, o trabalho com ferro remonta a 1700 aC

Em 1786, os cientistas franceses Berthollet, Monge e Vandermonde determinaram com precisão que a diferença entre ferro, ferro fundido e aço se deve ao diferente teor de carbono. No entanto, o aço, feito de ferro, rapidamente se tornou o metal mais importante da Revolução Industrial. No início do século XX, a produção mundial de aço era de 28milhões de toneladas - isto é seis vezes mais do que em 1880. No início da Primeira Guerra Mundial, sua produção era de 85 milhões de toneladas. Por várias décadas, praticamente substituiu o ferro.

O teor de carbono afeta as características do metal. Existem dois tipos principais de aço: ligado e não ligado. Liga de aço refere-se a outros elementos químicos que não o carbono adicionado ao ferro. Assim, uma liga de 17% de cromo e 8% de níquel é usada para criar o aço inoxidável.

Atualmente, são mais de 3.000 marcas catalogadas (composições químicas), sem contar aquelas criadas para atender necessidades individuais. Todos eles contribuem para tornar o aço o material mais adequado para os desafios do futuro.

Matérias-primas para siderurgia: primária e secundária

Fundição deste metal usando muitos componentes é o método de mineração mais comum. Os materiais de carga podem ser primários e secundários. A composição principal da carga, via de regra, é de 55% de ferro-gusa e 45% da sucata restante. Ferroligas, ferro fundido convertido e metais comercialmente puros são utilizados como elemento principal da liga, como regra, todos os tipos de metais ferrosos são classificados como secundários.

O minério de ferro é a matéria-prima mais importante e básica da indústria siderúrgica. São necessárias cerca de 1,5 tonelada desse material para produzir uma tonelada de ferro-gusa. Cerca de 450 toneladas de coque são usadas para produzir uma tonelada de ferro-gusa. Muitas ferragensaté carvão é usado.

A água é uma importante matéria-prima para a indústria siderúrgica. É usado principalmente para têmpera de coque, resfriamento de alto-forno, produção de vapor de porta de forno de carvão, operação de equipamentos hidráulicos e descarte de águas residuais. São necessárias cerca de 4 toneladas de ar para produzir uma tonelada de aço. O fluxo é usado no alto-forno para extrair contaminantes do minério de fundição. Calcário e dolomita combinam-se com as impurezas extraídas para formar escória.

Ambos altos e fornos siderúrgicos revestidos com refratários. Eles são usados para revestimento de fornos destinados à fundição de minério de ferro. Dióxido de silício ou areia é usado para moldagem. Metais não ferrosos são usados para produzir aço de vários graus: alumínio, cromo, cob alto, cobre, chumbo, manganês, molibdênio, níquel, estanho, tungstênio, zinco, vanádio, etc..

Resíduos de ferro de estruturas de fábricas desmontadas, máquinas, veículos antigos, etc. são reciclados e amplamente utilizados na indústria.

Ferro para aço

Fundição de aço com ferro fundido é muito mais comum do que com outros materiais. Ferro fundido é um termo que geralmente se refere ao ferro cinzento, porém também é identificado com um grande grupo de ferroligas. O carbono representa cerca de 2,1 a 4% em peso, enquanto o silício é normalmente de 1 a 3% em peso na liga.

A fundição de ferro e aço ocorre a uma temperaturaponto de fusão entre 1150 e 1200 graus, que é cerca de 300 graus mais baixo do que o ponto de fusão do ferro puro. O ferro fundido também apresenta boa fluidez, excelente usinabilidade, resistência à deformação, oxidação e fundição.

O aço também é uma liga de ferro com teor de carbono variável. O teor de carbono do aço é de 0,2 a 2,1% em massa, e é o material de liga mais econômico para o ferro. A fundição de aço de ferro fundido é útil para diversos fins de engenharia e estruturais.

Minério de ferro para aço

O processo de fabricação do aço começa com o beneficiamento do minério de ferro. A rocha contendo minério de ferro é triturada. O minério é extraído usando rolos magnéticos. O minério de ferro de grão fino é processado em pedaços de grão grosso para uso em um alto-forno. O carvão é refinado em um forno de coque para produzir uma forma quase pura de carbono. A mistura de minério de ferro e carvão é então aquecida para produzir ferro fundido, ou ferro gusa, do qual o aço é feito.

No forno principal de oxigênio, o minério de ferro fundido é a principal matéria-prima e é misturado com várias quantidades de sucata de aço e ligas para produzir vários tipos de aço. Em um forno elétrico a arco, a sucata de aço reciclada é derretida diretamente em aço novo. Cerca de 12% do aço é feito de material reciclado.

Tecnologia de fundição

Fundição é um processo pelo qual um metal é obtido na forma de um elemento,seja como um composto simples de seu minério por aquecimento acima de seu ponto de fusão, geralmente na presença de agentes oxidantes como o ar ou agentes redutores como o coque.

Na tecnologia siderúrgica, o metal que é combinado com o oxigênio, como o óxido de ferro, é aquecido a uma alta temperatura, e o óxido é formado em combinação com o carbono no combustível, que é liberado como monóxido de carbono ou carbono dióxido. Outras impurezas, coletivamente chamadas de veios, são removidas pela adição de uma corrente com a qual se combinam para formar escória.

A siderurgia moderna usa um forno reverberatório. O minério concentrado e o fluxo (geralmente calcário) são carregados na parte superior, enquanto o fosco fundido (composto de cobre, ferro, enxofre e escória) é extraído na parte inferior. Um segundo tratamento térmico em um forno conversor é necessário para remover o ferro do acabamento fosco.

Método do convector de oxigênio

O processo BOF é o principal processo siderúrgico do mundo. A produção mundial de aço conversor em 2003 foi de 964,8 milhões de toneladas ou 63,3% da produção total. A produção de conversores é uma fonte de poluição ambiental. Os principais problemas disso são a redução de emissões, descargas e redução de resíduos. Sua essência está no uso de energia secundária e recursos materiais.

O calor exotérmico é gerado por reações de oxidação durante a purga.

O principal processo de fabricação de aço usando nosso próprioações:

• Ferro fundido (às vezes chamado de metal quente) de um alto-forno é despejado em um grande recipiente revestido de refratário chamado concha.
• O metal na panela é enviado diretamente para a principal etapa de produção de aço ou pré-tratamento.
• Oxigênio de alta pureza a uma pressão de 700-1000 kilopascais é injetado em velocidade supersônica na superfície do banho de ferro através de uma lança refrigerada a água que é suspensa em um recipiente e mantida a poucos metros acima do banho.

A decisão do pré-tratamento depende da qualidade do metal quente e da qualidade final do aço desejada. Os primeiros conversores de fundo removível que podem ser destacados e reparados ainda estão em uso. As lanças usadas para soprar foram alteradas. Para evitar o emperramento da lança durante o sopro, foram usados colares ranhurados com uma ponta de cobre afunilada longa. As pontas da ponta, após a combustão, queimam o CO formado quando soprado em CO_{2 e fornecem calor adicional. Dardos, bolas refratárias e detectores de escória são usados para remover a escória.}

Método do convector de oxigênio: vantagens e desvantagens

Não requer o custo do equipamento de purificação de gás, pois a formação de poeira, ou seja, a evaporação do ferro, é reduzida em 3 vezes. Devido à diminuição do rendimento do ferro, observa-se um aumento no rendimento do aço líquido de 1,5 a 2,5%. A vantagem é que a intensidade de sopro neste método aumenta, o que dáa capacidade de aumentar o desempenho do conversor em 18%. A qualidade do aço é maior porque a temperatura na zona de purga é menor, o que resulta em menor formação de nitrogênio.

As deficiências deste método de fundição de aço levaram a uma diminuição da demanda de consumo, pois o nível de consumo de oxigênio aumenta em 7% devido ao alto consumo de combustão do combustível. Há um aumento do teor de hidrogênio no metal reciclado, razão pela qual leva algum tempo após o término do processo para realizar uma purga com oxigênio. Dentre todos os métodos, o conversor de oxigênio tem a maior formação de escória, o motivo é a impossibilidade de monitorar o processo de oxidação dentro do equipamento.

Método de lareira aberta

O processo a céu aberto durante a maior parte do século 20 foi a parte principal do processamento de todo o aço fabricado no mundo. William Siemens, na década de 1860, buscou um meio de elevar a temperatura em um forno metalúrgico, ressuscitando uma antiga proposta de aproveitamento do calor residual gerado pelo forno. Ele aqueceu o tijolo a uma temperatura alta, depois usou o mesmo caminho para introduzir ar no forno. O ar pré-aquecido aumentou significativamente a temperatura da chama.

Gás natural ou óleos pesados atomizados são usados como combustível; ar e combustível são aquecidos antes da combustão. O forno é carregado com ferro gusa líquido e sucata de aço juntamente com minério de ferro, calcário, dolomita e fundentes.

O fogão em si é feito demateriais altamente refratários, como tijolos de lareira de magnesita. Os fornos de fornalha aberta pesam até 600 toneladas e geralmente são instalados em grupos, de modo que o enorme equipamento auxiliar necessário para carregar os fornos e processar o aço líquido possa ser usado com eficiência.

Embora o processo de lareira aberta tenha sido quase completamente substituído na maioria dos países industrializados pelo processo básico de oxigênio e pelo forno elétrico a arco, ele produz cerca de 1/6 de todo o aço produzido no mundo.

Vantagens e desvantagens deste método

As vantagens incluem facilidade de uso e facilidade de produção de ligas de aço com vários aditivos que conferem ao material várias propriedades especializadas. Os aditivos e ligas necessários são adicionados imediatamente antes do final da fundição.

As desvantagens incluem eficiência reduzida em comparação com o método do conversor de oxigênio. Além disso, a qualidade do aço é menor em comparação com outros métodos de fundição de metal.

Método de fabricação de aço elétrico

O método moderno de fundição de aço usando nossas próprias reservas é um forno que aquece um material carregado com um arco elétrico. Os fornos a arco industriais variam em tamanho desde pequenas unidades com capacidade de cerca de uma tonelada (usadas em fundições para a produção de produtos de ferro) até unidades de 400 toneladas usadas em metalurgia secundária.

Fornos a arco,usados em laboratórios de pesquisa podem ter uma capacidade de apenas algumas dezenas de gramas. As temperaturas dos fornos elétricos a arco industrial podem atingir até 1800 °C (3, 272 °F), enquanto as instalações de laboratório podem exceder 3000 °C (5432 °F).

Os fornos a arco diferem dos fornos de indução, pois o material de carga é exposto diretamente a um arco elétrico e a corrente nos terminais passa pelo material carregado. O forno elétrico a arco é utilizado para produção de aço, consiste em um revestimento refratário, geralmente refrigerado a água, de grande porte, coberto com teto retrátil.

O forno é dividido principalmente em três seções:

• Casca composta por paredes laterais e cuba inferior de aço.
• A lareira consiste em um refratário que puxa a tigela inferior.
• A cobertura refratária ou refrigerada a água pode ser feita em seção esférica ou em cone truncado (seção cônica).

Vantagens e desvantagens do método

Este método ocupa uma posição de liderança no campo da produção de aço. O método de fundição de aço é usado para criar metal de alta qualidade que é completamente desprovido ou contém uma pequena quantidade de impurezas indesejadas, como enxofre, fósforo e oxigênio.

A principal vantagem do método é o uso de eletricidade para aquecimento, para que você possa controlar facilmente a temperatura de fusão e obter uma incrível taxa de aquecimento do metal. O trabalho automatizado se tornaráuma agradável adição à excelente oportunidade de processamento de alta qualidade de várias sucatas.

As desvantagens incluem alto consumo de energia.