SIDERURGIA

AGENDA
1. INTRODUÇÃO
oPRODUÇÃO DO COQUE
oAGLOMERAÇÃO DO MINÉRIO: SINTERIZAÇÃO E PELOTIZAÇÃO
oCALCÁREO

2. OBTENÇÃO DO FERRO GUSA

oALTO FORNO
oREAÇÕES
1. INTRODUÇÃO
oO aço é o material mais utilizado na indústria.
oO aço apresenta-se em diversas formas e especificações,
objetivando atender à demanda de variados setores como a
indústria automobilística, construção civil, máquinas e
equipamentos, eletrodomésticos, utilidades domésticas,
embalagens, recipientes, etc.
EMPRESAS SIDERÚRGICAS NÃO-INTEGRADAS

INTEGRADAS Gerdal
Belgo Mineira
CSN – Volta Redonda Villares
COSIPA – Cubatão
USIMINAS – Ipatinga PROCESSADORES
ACESITA - Timóteo
TUBARÃO – Arcelor Mittal Brasmetal
Planatlântica
EMPRESAS SIDERÚRGICAS
As usinas siderúrgicas integradas - adquirem as matérias primas no estado bruto,
executam todas as fases do processo industrial e vendem os produtos acabados.

Semi-integradas - que operam duas fases: refino e laminação. Estas usinas partem
de ferro gusa, ferro esponja ou sucata metálica adquiridas de terceiros para
transformá-los em aço em aciarias elétricas e sua posterior laminação.

As usinas não integradas - possuem apenas uma fase do processo, que pode ser
tanto a redução (produtor de ferro gusa) quanto à laminação.
MINÉRIO DE FERRO CARVÃO MINERAL CALCÁREO
(Fe2O3 – ferro) (Carbono- redutor) (CaO – fluxante)

PELOTIZAÇÃO COQUERIA
(homogeneização) (produção coque)

ALTO FORNO
(redução do minério)
Ar (O2) ESCÓRIA

FERRO GUSA LINGOTEAMENTO

DESSULFURAÇÃO

SUCATA DE AÇO DESCARBURAÇÃO

(Aciaria - Conversor)

FUSÃO EM FORNO DESGASEIFICAÇÃO

ELÉTRICO FERRO LIGAS

AÇO LÍQUIDO

LINGOTEAMENTO

LAMINAÇÃO
FLUXOGRAMA DA USINA DE TUBARÃO
FONTE: WWW.ABMBRASIL.COM.BR/ CIM/.../CHIABI-GESTAO-DE-
SEGURANCA.PPS
CONCEITOS BÁSICOS
Metalurgia – é a ciência e a tecnologia de extração dos metais a partir de seus
minérios, transformando-os e utilizando-os industrialmente. No caso particular da
metalurgia do ferro, dá-se o nome de siderurgia.

A metalurgia do ferro consiste, basicamente, na redução dos seus óxidos por

meio de um redutor que, em geral, é um combustível carbonoso, que possui alto
teor de carbono.
Ex: carvão vegetal, coque metalúrgico.
MINÉRIO DE FERRO
oDentre as diversas matérias-primas necessárias à produção do
aço, a mais importante é o minério de ferro, tanto em quantidade,
quanto em custo.
oO Brasil possui uma das maiores reservas de minério de ferro do
mundo: acima de 49 bilhões de toneladas; apenas a Índia e a
Rússia podem equiparar- se ao nosso país.
oDentre os minérios de Ferro que tem valor comercial destaca-se a
Magnetita e a Hematita. A Magnetita é mineirada principalmente
na Suécia.
MINÉRIO DE FERRO

Hematita (Fe2O3) – corresponde à As maiores jazidas

composição, aproximada de 70% de ferro brasileiras estão
e 30% de oxigênio, sua cor varia de localizadas em
cinzenta à avermelhada, tendo densidade Carajás no estado
de 5,26 g/cm3. É o minério de maior do Pará.
emprego na siderurgia.
EXTRAÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO
MINÉRIO NA
FORMA NATURAL
CONCEITOS BÁSICOS
Minérios de ferro finos - Em muitas jazidas, há certas proporções de material
quebradiço que se desagrega facilmente, produzindo finos que não podem ser
utilizados diretamente no alto-forno ou nos processos de redução. Estes finos são
aglomerados em processos de sintetização e pelotização, produzindo material de
granulometria controlada e de excelente rendimento nos altos fornos.
Ganga – é constituída de certos óxidos presentes no minério que, durante o processo
de redução se funde, formando a escória.
Escória – a escória resulta da fusão do material inerte do minério (ganga), dos
fundentes e das cinzas do coque ou carvão que, em altas temperaturas, reagem
entre si formando silicatos (CaO.SiO2; FeO.SiO2; Al2O3.SiO2) ou aluminatos
(MgO.Al2O3; CaO.Al2O3; etc).
Fundentes - A função do fundente é tornar as impurezas mais facilmente fusíveis,
combinando-se quimicamente com elas, formando um composto de ponto de fusão
mais baixo que os constituintes da escória.
CONCEITOS BÁSICOS
Desoxidante – em todos os processos há uma fase de refino em que as impurezas
são oxidadas. No fim do período de oxidação, aparecerá uma série de óxidos: FeO,
SiO2, MnO, P2O5, Al2O3, MgO. O oxigênio pode permanecer, parte sob a forma
livre, parte sob a forma de óxidos.

Ferro-esponja – é um ferro fabricado por um processo de redução direta do ferro

de seus minérios, a baixas temperaturas (900ºC), por intermédio do gás CO, H2, sem
que haja fusão da matéria prima. É relativamente ferro puro. Serve como matéria-
prima para a fabricação do aço, substituindo a sucata.
COMBUSTÍVEL E REDUTOR
Carvão vegetal – é um tipo de combustível sólido e também redutor
proveniente da destilação da matéria orgânica vegetal (madeira) na
ausência de oxigênio.
Hoje, estudos sobre a possibilidade de fabricação de carvão a partir do
babaçu, sabugo de milho e de bagaço de cana, estão sendo desenvolvidos,
abrindo novas e promissoras perspectivas para o Brasil, ainda carente de
combustível sólido.
Coque – é o resíduo carbonoso que se obtém da coqueificação de certas
hulhas. A coqueificação é a decomposição por efeito do calor. Realiza-se por
aquecimento do combustível isolado do contado do ar, mantendo o
combustível isolado em retortas de destilação que recebem calor de uma
fonte externa. É um produto sólido, poroso, de cor cinza. Suas características
físicas e químicas variam conforme o carvão empregado.
COMBUSTÍVEL DO ALTO-FORNO

O alto-forno pode operar através de:

Coque : carvão metalúrgico obtido a partir de carvão mineral extraído de

minas;
Carvão vegetal : extraído a partir da madeira.
 HULHA
Hulha – um tipo de carvão mineral.

Quando a madeira é soterrada, ela

passa por um processo de fossilização na
crosta terrestre, sendo gradativamente
enriquecida em carbono. Deste modo,
surge o carvão mineral ou natural.

Entre os carvões oriundos do Brasil o do Paraná apresenta

alto teor de enxofre orgânico, que não é facilmente
liberado.
O melhor tipo de carvão para fabricar coque deve
necessariamente apresentar baixo teor de enxofre,
sendo portanto mais adequados os carvões de Santa
Catarina e do Rio Grande do Sul.
FABRICAÇÃO DO COQUE
O coque é utilizado como combustível e redutor nos altos fornos. Sua fabricação acontece da seguinte forma:

Até 350º C
• Secagem do carvão;
• O carvão começa a amolecer até fundir;
• Dá-se intenso desprendimento de matérias voláteis;
• Em consequência desta simultaneidade da fusão e do
desprendimento gasoso, a massa, ao solidificar-se,
assume uma estrutura esponjosa, característica do
• coque.

Coqueificação
• Consolidação ou endurecimento progressivo;
• continue o desprendimento de vapores mais pesados.

A 800º C
• O coque já está totalmente solidificado.
FABRICAÇÃO DO COQUE

Hiper coqueificação
• Acima de determinada temperatura
ocorre uma grafitização do carbono do
coque, aumenta com a temperatura;
• conferindo-lhe a cor cinzenta e um
aspecto brilhante e dureza cada vez
mais elevada.
 FABRICAÇÃO DO COQUE
o A coqueificação se realiza em grandes
câmaras que medem de 12 a 13
metros de comprimento e 3,5 a 4,0 m
de altura;
o Com paredes de alvenaria, dispostas
paralelamente, de tal modo que, entre
duas sucessivas, forme-se um sistema
vertical de canais de chamas que as
aquecem.

Bateria de coque
Fonte: www.dema.puc-rio.br/download/IEMAaulaAco.ppt
 FABRICAÇÃO DO COQUE

O coque é descarregado incandescente e deve ser apagado

imediatamente para evitar que se consuma por combustão com o ar.
Para isso, o vagão cheio de coque, tão logo termina a descarga é
puxado até um túnel e recebe uma descarga de água.
ALTO FORNO
ALTO FORNO
OBJETIVOS DO COQUE

a) PROMOVER GERAÇÃO DE CALOR = próxima da zona das

ventaneiras do alto-forno ocorre uma reação extremamente
exotérmica, liberando grande quantidade de calor que é
necessário ao processo:

C (coque) + O2 (ar) = CO2

OBJETIVOS DO COQUE

b) GERAR GÁS REDUTOR = o gás CO2 gerado na reação

anterior ascende (sobe) para a parte superior do alto-forno e
entra em contato com o coque incandescente, gerando o gás CO,
que é o principal elemento redutor:

CO2 + C (coque) = 2 CO
OBJETIVOS DO COQUE

c) PROMOVER A REDUÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO = o gás

redutor (CO) reage com o minério de ferro (óxido), promovendo a
sua redução, através das seguintes reações:

3 Fe2O3 (minério) + CO = 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO = 3 FeO + 4 CO2
FeO + CO = Fe + CO2 ou

Fe2O3 + 3C = 2 Fe + 3 CO
 PREPARAÇÃO DO MINÉRIO DE FERRO
o Da carga do alto-forno exige-se uniformidade e, principalmente, isenção de finos, faixa
granulométrica estreita e suficiente resistência mecânica para assegurar boa permeabilidade
à coluna de carga.
o Os minérios não são carregados nos altos fornos tal como são recebidos das minas. Têm sido
cada vez mais preparados antes do uso, por causa das modernas técnicas de redução.
o O minério de hematita (Fe2O3) retirado da mina apresenta pedaços grandes que necessitam
ser britados para ser utilizado no alto-forno. A britagem desse minério gera partículas finas
que, somadas as já existem na mina ao natural, aumenta as dificuldades no processo de redução
para se obter o ferro-gusa.
o Estes finos são separados e aglomerados em massas maiores, através da sinterização ou
pelotização, que têm por finalidade melhorar a permeabilidade da carga metálica no alto
forno, ou seja, fazer com que o contato entre esta e o gás redutor (CO), seja o melhor possível
e assim consiga baixar o consumo do coque, aumentando a velocidade de redução da carga.
 SINTERIZAÇÃO
Um bom sinter deve ter mais de 60% de ferro, o mínimo de enxofre e fósforo, boa resistência
mecânica. Deve resistir a temperaturas elevadas e aos esforços no interior do forno sem amolecer.

Os vários materiais a sinterizar são misturados com os finos de retorno, adicionados à umidade,
rolados em tambor para homogeneização e nucleação, com a finalidade de dar-lhes a
permeabilidade adequada à subsequente operação de queima e, então, a mistura é distribuída
uniformemente sobre a grelha por meio de uma calha vibratória ou, de preferência, de um rolo
giratório.
O ar, ao atravessar os poros da mistura fornece o oxigênio necessário para a combustão; os gases
queimados servem principalmente para o preaquecimento do material a ser sinterizado. Na zona
de combustão, a temperatura atinge, durante cerca de 1 minuto, 1000 a 1300ºC, pouco abaixo do
ponto de fusão dos minerais.
Então, as partículas se unem pelas zonas de contato em pedaços maiores. Devido à maior
movimentação a temperaturas elevadas, íons ou moléculas difundem-se nos cristais vizinhos e
causam a aglomeração ou o crescimento dos grãos. Terminada a queima, resulta um material
poroso que depois é quebrado no tamanho adequado, resfriado e peneirado.
 Matérias-primas

FLUXOGRAMA DE SINTERIZAÇÃO
FONTE: WWW.DEMA.PUC-RIO.BR/DOWNLOAD/IEMAAULAACO.PPT
Fluxograma de sinterização
 PELOTIZAÇÃO
o É um processo de aglomeração na forma esférica
denominadas pelotas, obtidas pelo rolamento (em tambores,
cones ou discos) das partículas finamente moídas e
umedecidas e depois submetidas à queima;
o Eventualmente são adicionados aglomerantes (bentonita ou cal).
Fluxograma de pelotização
Fonte: www.dema.puc-rio.br/download/iemaaulaaco.pp
Pelotas pronta para ser carregada no alto-forno
Fonte: www.dema.puc-rio.br/download/iemaaulaaco.ppt
Finos de retorno: originam-se da sinterização incompleta,
nesse caso o material não sinteriza bem, esboroando de
forma a gerar esses finos. http://www.infomet.com.br/site/acos-e-ligas-conteudo-
ler.php?codConteudo=232
CALCÁRIO

O minério de ferro possui impurezas (40 a 60%) que se

volatilizam ou geram escória durante o processo de redução e
fusão dentro do alto-forno;

O coque possui na sua constituição impurezas como os materiais

voláteis e as cinzas, que também geram escória;

Parte do refratário do forno se derrete em função da elevada

temperatura e do atrito com a carga e também gera escória;
OBJETIVOS DO CALCÁRIO

As escórias formadas necessitam ser removidas para possibilitar

uma operação contínua do forno;

O calcário é um fundente, rico em cálcio e magnésio, que é

adicionado com o objetivo de reduzir o ponto de fusão da escória,
tornando-a fluída (líquida);

A escória, por ser mais leve, se separa e flutua sobre o ferro

líquido, permitindo ser removida dentro do alto-forno por um
orifício secundário.
ALTO FORNO
OBJETIVOS DO CALCÁRIO

A decomposição dos carbonatos contidos no calcário dá-se a

aproximadamente 800oC, onde ocorre uma calcinação, a partir
da seguinte reação:

CaCO3 = CaO (cal) + CO2

CaCO3 + C = CaO + 2CO
MgCO3 = MgO + CO2
2 . PRODUÇÃO DO FERRO GUSA

ALTO FORNO

Redução do minério de ferro e

produção do ferro gusa.
ALTO-FORNO
ETAPAS DO ALTO-FORNO

O minério de ferro após ser carregado no alto-forno quando começa a descer passa
progressivamente pelas seguintes etapas:

Secagem;
Aquecimento;
Redução;
Fusão.
REAÇÕES NO ALTO FORNO
ESQUEMA DO ALTO-FORNO
 TRANSPORTE DO GUSA LÍQUIDO

Carro torpedo
CARACTERÍSTICAS DO FERRO GUSA

Carbono = 3,0 a 4,5%

Silício = 0,5 a 4,0%
Manganês = 0,5 a 2,5%
Fósforo = 0,05 a 0,20%
Enxofre = 0,01 a 0,20%
CARACTERÍSTICAS DA ESCÓRIA

SiO2 = 28 a 38%;
Al2O3 = 10 a 22%;
CaO + MgO = 44 a 48%;
FeO + MnO = 1 a 3%;
CaS = 3 a 4%.

UTILIZAÇÃO:
Agricultura: por ser básica é utilizada para correção do solo ácido.
Construção civil: fabricação de tijolos e pisos.
CARACTERÍSTICAS DOS GASES
GERADO NO ALTO-FORNO

CO2 = 13%;
CO = 27%;
H2 = 3%;
N2 = 57%;

APLICAÇÃO:
É combustível: utilizado para a geração de calor ou energia elétrica.
Atividades de aprendizagem
1. Coloque (V) nas verdadeiras e (F) nas falsas:
a) (__) O carbono que se incorpora ao gusa provém do combustível.
b) (__) O enxofre que se incorpora ao gusa é proveniente do carvão vegetal.
c) (__) A escória é obtida apenas através da fusão da ganga do minério.
d) (__) O sinter é um material poroso que se apresenta em forma de esfera.
e) (__) Os finos de minério são utilizados nos altos fornos apenas como
pelotas.
f) (__) A função mais importante do fundente é baixar o ponto de fusão da
escória.
g) (__) O fundente utilizado nos altos fornos é a calcário.
h) (__) A mistura para a fabricação do sinter é constituída apenas de finos de
minério e coque.