Fabricação do Aço, fabricação!

Introdução

Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina.

O carbono é também relativamente abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia, usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal.

O carvão exerce duplo papel na fabricação do aço. Como combustível, permite alcançar altas temperaturas (cerca de 1.500º Celsius) necessárias à fusão do minério. Como redutor, associa-se ao oxigênio que se desprende do minério com a alta temperatura, deixando livre o ferro. O processo de remoção do oxigênio do ferro para ligar-se ao carbono chama-se redução e ocorre dentro de um equipamento chamado alto forno.

Antes de serem levados ao alto forno, o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo. O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos.

No processo de redução, o ferro se liquefaz e é chamado de ferro gusa ou ferro de primeira fusão. Impurezas como calcário, sílica etc. formam a escória, que é matéria-prima para a fabricação de cimento.

A etapa seguinte do processo é o refino. O ferro gusa é levado para a aciaria, ainda em estado líquido, para ser transformado em aço, mediante queima de impurezas e adições. O refino do aço se faz em fornos a oxigênio ou elétricos.

Finalmente, a terceira fase clássica do processo de fabricação do aço é a laminação. O aço, em processo de solidificação, é deformado mecanicamente e transformado em produtos siderúrgicos utilizados pela indústria de transformação, como chapas grossas e finas, bobinas, vergalhões, arames, perfilados, barras etc.

Com a evolução da tecnologia, as fases de redução, refino e laminação estão sendo reduzidas no tempo, assegurando maior velocidade na produção.

Classificações

As usinas de aço do mundo inteiro classificam-se segundo o seu processo produtivo:

Integradas –que operam as três fases básicas: redução, refino e laminação; participam de todo o processo produtivo e produzem aço.

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.

Além disso, em função dos produtos que preponderam em suas linhas de produção, as usinas também podem ser assim classificadas:

– De semi-acabados (placas, blocos e tarugos)
– De planos aços carbono (chapas e bobinas)
– De planos aços especiais / ligados (chapas e bobinas)
– De longos aços carbono (barras, perfis, fio máquina, vergalhões, arames e tubos sem costura)
– De longos aços especiais / ligados (barras, fio-máquina, arames e tubos sem costura)
– Existem ainda unidades produtoras chamadas de não integradas, que operam apenas uma fase do processo: processamento (laminação ou trefilas) ou redução.

Laminação

Estão os relaminadores, geralmente de placas e tarugos, adquiridos de usinas integradas ou semi-integradas e os que relaminam material sucatado.

No mercado produtor operam ainda unidades de pequeno porte que se dedicam exclusivamente a produzir aço para fundições.

Trefilação

São as trefilarias, unidades que dispõem apenas de trefilas, em que produtores de arames e barras utilizam o fio-máquina como matéria prima.

Redução

São os produtores de ferro gusa, os chamados guseiros, que têm como característica comum o emprego de carvão vegetal em altos fornos para redução do minério, mas que se trata de atividade industrial distinta.

De acordo com a CNAE / IBGE (instrumento de padronização nacional dos códigos de atividade econômica do país), a Metalurgia é uma divisão da seção das Indústrias de Transformação. É nessa atividade econômica que ocorre a conversão de minérios ferrosos e não-ferrosos em produtos metalúrgicos e produtos intermediários do processo.

A Siderurgia, setor no qual ocorre a fabricação do aço em forma de semi-acabados, laminados, relaminados, trefilados e tubos sem costura, é classificada como um grupo específico na divisão de metalurgia, seção na qual estão inseridas outras atividades correlatas. Dentro da metalurgia, os produtores independentes de gusa e de ferro-ligas compõem outro grupo.

Classificação em Tabelas, abaixo alguns exemplos:

1. Composição Química

Classificação por composição química de aços para construção mecânica. XX = teor de carbono em 0,01%

• 10XX – Aços-carbono de uso geral;
• 11XX – Aços de fácil usinagem, com enxofre;
• 13XX – Manganês (1,75%);
• 40XX – Molibdênio (0,25%);
• 43XX – Níquel(1,8%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%);
• 51XX – Cromo (0,8-1,05%);
• 86XX – Níquel (0,55%), Cromo (0,5%) e Molibdênio (0,2%);
• 98XX – Níquel (1,0%), Cromo (0,8%) e Molibdênio (0,25%);

2. Classificação quanto a Propriedade e Aplicação

• Aços para fundição;
• Aços para ferramentas;
• Aços estruturais / construção Mecânica;
• Aços inoxidáveis;
• Aços para nitretação;
• Aços resistentes ao calor;
• Acos para fins elétricos;
• Aços para fins magnéticos;

3. Aço Baixo Carbono < 0,25% C

• Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica;
• São fáceis de conformar e soldar;
• São aços de baixa dureza e alta ductilidade;

4. Propriedades Dos Aços Médio Carbono Resfriados Lentamente

AÇO MÉDIO CARBONO – 0,25-0,55% C

• São aços de boa temperabilidade em água;
• Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e dureza
• São os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção : rodas e equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas que necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste tenacidade.

E muitos outros para aplicações diversas, desde automotivo, estrutural, mecânico industrial, etc.

Etapas

O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em cinco etapas: preparação da carga, redução, refino, lingote e laminação.

1. Preparação da carga

Grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque.
O produto resultante é chamado de sinter.
O carvão é processado na coqueria e transforma-se em coque.

2. Redução

Essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno.
Oxigênio aquecido a uma temperatura de 1000ºC é soprado pela parte de baixo do alto forno.
O carvão, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro em um metal líquido: o ferro-gusa.
O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono muito elevado.

3. Refino

Aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e a sucata de ferro e aço em aço líquido.
Nessa etapa parte do carbono contido no gusa é removido juntamente com impurezas.
A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.

4. Lingote

O aço refinado é transportado à unidade de lingotamento contínuo e ali vazado em um distribuidor com diversos veios.

Em cada veio, o aço líquido passa por moldes de resfriamento para solidificar-se no formato conveniente para a laminação, conforme os processos de fabricação. 

5. Laminação

Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química.

Equipa Tecnolana