Siderurgia

SIDERURGIA PARA NÃO SIDERURGISTAS

Marcelo Lucas Pereira Machado

Engenheiro Metalurgista – UFF – RJ Mestre em Engenharia Metalúrgica – PUC-RJ Pós-Graduado em Educação / Aperfeiçoamento em Conteúdos Pedagógicos - UFES

Professor do Centro Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo/ Coordenadoria de Metalurgia e Materiais Vicente de Paulo Ferreira Marques Sobrinho

Engenheiro Metalurgista, Especialista em Engenharia Professor de Siderurgia do Centro Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo/ Coordenadoria de Metalurgia e Materiais Lúcio Flávio Arrivabene

Engenheiro Metalurgista – UFOP – MG Mestre em Engenharia Ambiental - UFES Pós Graduado em Sistemas de Produção de Petróleo Offshore – COPPE - RJ Pós-Graduado em Educação Escolar – FAESA Professor do Centro Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo/ Coordenadoria de Metalurgia e Materiais Consultor Ambiental – Fundação Ecossistemas - ES

Vitória -ES 2003 2

Marcelo Lucas Pereira Machado

Engenheiro Metalurgista – UFF – RJ Mestre em Engenharia Metalúrgica – PUC-RJ Pós-Graduado em Educação / Aperfeiçoamento em Conteúdos Pedagógicos - UFES

Professor do Centro Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo/ Coordenadoria de Metalurgia e Materiais Vicente de Paulo Ferreira Marques Sobrinho

Engenheiro Metalurgista, Especialista em Engenharia Professor de Siderurgia do Centro Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo/ Coordenadoria de Metalurgia e Materiais Lúcio Flávio Arrivabene

Engenheiro Metalurgista – UFOP – MG Mestre em Engenharia Ambiental - UFES Pós Graduado em Sistemas de Produção de Petróleo Offshore – COPPE - RJ Pós-Graduado em Educação Escolar – FAESA Professor do Centro Federal de Educação Tecnológica do Estado do Espírito Santo/ Coordenadoria de Metalurgia e Materiais Consultor Ambiental – Fundação Ecossistemas - ES

Vitória -ES 2003 2

APRESENTAÇÃO O presente material didático serve como mais um instrumento do processo ensino aprendizagem visando fornecer uma visão geral dos processos siderúrgicos desde as matérias primas até os produtos finais (placa ou tira laminada a quente). O curso Siderurgia Aplicada, objetiva, portanto, apresentar em linhas gerais e num curto espaço de tempo estimado de quarenta horas, uma visão geral dos processos siderúrgicos e das matérias primas; bem como os processos de redução direta e indireta, os processos de fabricação do aço e os processos de conformação mecânica de metais. Durante a abordagem dos conteúdos, toma-se o cuidado para que não ocorra um aprofundamento do conhecimento teórico, dando-se ênfase aos aspectos tecnológicos do processo de produção de aço pela Companhia Siderúrgica de Tubarão - CST, situada em Ponta de Tubarão, Espírito Santo. A preocupação com o meio ambiente também é fator relevante e será enfocado em todas as etapas dos processos de produção. Fica claro que o assunto será abordado sempre do ponto de vista prático em consonância com os objetivos a serem atingidos pela empresa frente à comunidade como um todo. Registra-se o agradecimento à Companhia Siderúrgica de Tubarão - CST, à Direção Geral e servidores do CEFET/ES e aos demais colegas profissionais da área e em particular aos professores da Coordenação de Metalurgia e Materiais do CEFET/ES.

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SUMÁRIO 01 - Considerações Gerais.............................................................................................07 01.1 -Histórico da Siderurgia..........................................................................................07 01.2 - Conceitos Básicos................................................................................................09 01.3 - Principais produtos siderúrgicos...........................................................................09 01.3.1 - Diagrama de equilíbrio Ferro – Carbono...........................................................10 01.4 - Classificação dos Aços.........................................................................................12 01.5 - Importância dos produtos siderúrgicos.................................................................13 01.6 - Fluxogramas de usinas siderúrgicas....................................................................14 01.6.1 - Fluxograma reduzido de usinas integradas.......................................................14 01.6.2 - Fluxograma da CBF..........................................................................................15 01.6.3 - Fluxograma da Siderúrgica Belgo Mineirade Jardim América..........................16 01.6.4 - Ciclo Operacional da CST.................................................................................16 01.7 - Fluxograma da CST.............................................................................................19 02 - Visão geral das matérias primas.............................................................................20 2.1 - Introdução...............................................................................................................20 2.2 - Matérias primas para Sinterização e Alto Forno....................................................20 2.2.1 - Classificação das matérias primas......................................................................20 2.2.1.1 - Minérios de Ferro.............................................................................................20 2.2.2 - Características dos Minérios de Ferro para Sinterização....................................21 2.2.2.1 - Características Físicas.....................................................................................21 2.2.2.2 - Características Químicas.................................................................................22 2.2.3 - Características dos Minérios de Ferro para Alto Forno.......................................22 2.2.3.1 - Características Físicas dos Minérios de Ferro para Alto Forno.......................23 2.2.4 Fundentes.......................................................................................................................23 2.2.5 - Matérias primas de Geração Interna...................................................................23 2.2.6 - Adições................................................................................................................24 2.2.7 – Pelotas de minério de ferro.................................................................................24 2.3 - Carvão Mineral e Vegetal.......................................................................................26 2.3.1 - Origens e Geologia.................................. .............................. ............................26 2.3.2 - Variedades de Carvões.......................................................................................27 03 - Preparação das matérias primas................................................... .........................30 03.1 - Recebimento das matérias primas.................................................... ..................30 03.2 - Britação.................................. .............................. .................................. ...........30 03.3 - Moagem.................................. ................................................................. ...........30 03.4 - Peneiramento.................................. ............................... ....................................30 03.5 - Calcinação.................................. .........................................................................31 03.6 - Coqueria.................................. ........................................... ................................32 03.6.1- Fluxograma da Coqueria da CST............................... .................................. ....32 03.6.2 - Preparação da mistura de carvões............................... ....................................33 03.6.3 - Enfornamento.................................. .............................. ..................................33 03.6.4 - Aquecimento/Coqueificação................................ .................................. ..........36 03.6.5 - Desenfornamento................................ .................................. ..........................38 03.6.6 - Apagamento.................................. ...................................................................38 03.6.6.1 - Apagamento a úmido................................ .................................. .................38 03.6.6.2 - Apagamento a seco.................................. .................................. ..................39 03.6.7 - Preparação do coque......................................................................... ..............41 4

03.6.8 - Tratamento das matérias voláteis.................................. ..................................41 03.7 - Sinterização................................................................... .................................. ...43 03.7.1 - Princípio da sinterização................................. .................................. ..............43 03.7.2 - Movimento da frente de combustão................................. ................................43 03.7.3 – Reações durante a sinterização.................................. ....................................44 03.7.4 - Fluxograma de uma sinterização................................. ....................................45 03.7.5 - Máquinas de sinterização................................. .................................. .............46 03.7.6 - Preparação do sínter................................. .................................. ....................47 04 - Processos de redução dos minérios de ferros............................... ........................48 04.1 - Processos de redução direta................................................................... ............48 04.2 - Processos de redução indireta.............................................................................50 04.2.1 – Alto forno............................... .................................. .......................................50 04.2.1.1 - Ferro gusa e subprodutos................................ .................................. ..........51 04.2.1.2 - Impactos ambientais gerais causados pela escória.......................................52 04.2.1.3 - Corpo principal do Alto Forno................................. .......................................54 04.2.1.4 – Aspectos internos do Alto Forno.................................. .................................54 04.2.1.5 - Periféricos do Alto Forno............................... ................................................59 05 - Dessulfuração na CST................................................................... ........................66 05.1 – Reações na dessulfuração................................. .................................. .............66 06 - Produção do aço no convertedor............................................................................68 06.1 -Processos de sopro pneumático.................................. ........................................68 06.1.1 - Processos de sopro a oxigênio................................. .......................................69 06.1.1.1 - Convertedor LD.................................................................... .........................71 06.1.1.2 - Convertedor LD-KGC.................................. .................................. ...............75 06.1.1.3 - Convertedor K-BOP e Q-BOP.................................. .....................................76 07 - Refino secundário............................... .................................. .................................77 07.1 - Definição.................................................................... .................................. .......77 07.2 - Classificação dos processos.............................. .................................................78 08 - Lingotamento Contínuo............................... .................................. ........................83 08.1 - Características................................ .................................. ..................................83 08.2 - O processo de lingotamento contínuo.................................. ...............................84 08.3 - Operação................................ .................................. ..........................................85 08.4 - Importância do controle do processo nas propriedades metalúrgicas.................87 08.5 – Comparação entre os rendimentos no lingotamento convencional e contínuo...88 09 - Fornos de Aquecimento................................ .................................. ......................89 09.1 - Classificação dos fornos de reaquecimento................................. .......................90 09.1.1 - Fornos descontínuos ou intermitentes............................... ..............................90 09.1.2 - Fornos contínuos.................................. .................................. .........................91 09.2 - Produção.................................. ................................ .................................. .......93 10 - Laminação.................................................................... ..........................................95 10.1 - Definições dos produtos laminados.................................. ...................................97 10.1.1 - Classificação dos produtos semi-acabados................................. ....................98 10.1.2 - Classificação dos produtos acabados.................................. ............................98 10.2 - Classificação dos laminadores...........................................................................100 5

10.3 - Órgãos mecânicos de um laminador.................................. ...............................107 10.4 – Laminação a quente..........................................................................................112 10.4.1 – Laminação de tiras a quente............................... ..........................................114 10.4.2 - Aspéctos metalúrgicos na laminação da laminação a quente.........................120 11 - Consumo de energia elétrica numa usina siderúrgica..........................................127 12 - Referências bibliográficas............................... .................................. ..................128

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01 - CONSIDERAÇÕES GERAIS 01.1— HISTÓRICO DA SIDERURGIA Provavelmente, o cobre nativo foi o primeiro metal empregado pelo homem na fabricação de utensílios. A obtenção de ferro metálico, provavelmente, veio a ocorrer apenas no período neolítico, quando o carvão usado nas fogueiras protetoras das cavernas habitacionais reduziram o solo de minério de ferro a ferro primário, que, posteriormente, era elaborado e conformado. Certamente, o país que mais se destacou na história da siderurgia foi a Inglaterra. A extração de ferro metálico nesse país remota a 400 AC e a obtenção de ferro gusa em alto forno a coque ocorreu no século XVIII. Por ser abundante e suas ligas possuírem propriedades adaptáveis a quase todas as condições requeridas, logo o ferro se tornou o metal mais empregado. Desde então, a metalurgia passou a se dividir em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos. A siderurgia se tornou tão importante que passou a servir de padrão medidor do desenvolvimento das nações. Desde então, são consideradas fortes as nações dotadas de elevadas capacidades de produzir e/ou comercializar produtos siderúrgicos e seus insumos. Logo após a descoberta do Brasil pelos portugueses, ocorreu por aqui enorme procura pelos metais. Em 1554 o Padre Anchieta relatou à Corte Portuguesa a existência de ferro e em 1587 Afonso Sardinha iniciou a produção de ferro na Freguesia de Santo Amaro, São Paulo. Mais tarde foram descobertas as grandes jazidas de ferro das Minas Gerais, pensandose, na ocasião, que eram reservas inesgotáveis, a ponto de uma pessoa ilustre denominar Minas Gerais de peito de ferro das Américas. Apesar de tão grande potencial, Portugal impediu o desenvolvimento da siderurgia brasileira durante o período colonial. Durante o período do Brasil Império, ocorreram algumas iniciativas importantes relacionadas com a produção de metais, porém, não consolidaram. Um fato histórico notável foi a entrada do Brasil na Segunda grande guerra, no bloco dos Aliados, quando recebemos acessoria americana para a implantação da CSN, empresa que consolidou nosso país como produtor de aço. A consolidação do parque siderúrgico nacional foi liderado pela SIDERBRÁS durante o governo militar, que construiu e ampliou as grandes usinas siderúrgicas estatais para darem sustentação a todo o parque industrial brasileiro. Entre elas destaca-se a CSN, COSIPA, USIMINAS, Cia. Ferro e Aço de Vitória, CST e AÇOMINAS. A seguir  mostraremos algumas figuras que ilustram esse período histórico.

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Fig.1.1 – Tipo de forja Catalã usada por Fernando sardinha em 1587

Fig.1.2 – Perfil de um forno Catalão

Fig.1.3 – Forja Catalã acionada por foles manuais, da Idade Média.

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Fig.1.4 – Alto forno de 1640, com acionamento hidráulico. Os fornos eram construídos   juntos de barrancos para permitir o carregamento pelo topo por carrinhos de mão.

Fig.1.5 – Foto de um alto forno americano do século XVII, com foles acionados por  roda d’água. 01.2 - CONCEITOS BÁSICOS METALURGIA: é a arte de extrair do(s) minério(s) o(s) metal(is),elaborá-lo(s) e conformá-lo(s) com o fim de produzir os objetos necessários à humanidade. DIVISÃO DA METALURGIA: A metalurgia pode ser dividida em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos. SIDERURGIA: É a metalurgia do ferro e suas ligas. METALURGIA DOS NÃO FERROSOS: É a metalurgia dos outros metais, como do alumínio e suas ligas, do cobre e suas ligas, do ouro, etc. 01.3 - PRINCIPAIS PRODUTOS SIDERÚRGICOS Os produtos siderúrgicos se dividem em duas famílias principais, os aços e os ferros fundidos. 9

A melhor maneira de se entender a diferença entre aços e ferros fundios é fazermos uma rápida análise do diagrama ferro-carbono. 01.3.1 - DIAGRAMA DE EQUILÍBRIO FERRO – CARBONO Esse diagrama é geralmente apresentado até 6,7% de carbono, porque este elemento forma com o ferro o composto Fe3C (cementita) que é extremamente duro e contém, aproximadamente, 6,7% de carbono.

Fig.1.6 – Diagrama de Equilíbrio Ferro-Carbono Como pode ser visto no diagrama Fe-C., o ferro puro (isento de carbono), apresenta-se até 912oC sob a forma alotrópica alfa (α) e acima de 912oC até 1354oC no estado alotrópico ( γ). Essas formas alotrópicas se caracterizam por possuírem reticulados cristalinos diferentes para os átomos de ferro: o ferro α possui reticulado cúbico de corpo centrado (CCC) e o ferro γ possui reticulado cúbico de face centrada (CFC). A fig.1.7 mostra os reticulados cristalinos dos átomos de ferro nas formas alotrópicas CCC e CFC. Observa-se que a estrutura CCC possui somente um átomo de ferro no 10

centro do reticulado cristalino. Por outro lado, a estrutura CFC possui átomos de ferro no centro das faces do reticulado. Estrutura CCC

Estrutura CFC

Fig.1.7 – Esquema mostrando as estruturas cristalinas cúbicas de corpo centrado CCC e de face centrada CFC. Nota-se também no diagrama Fe-C que à medida o teor de carbono aumenta até o limite de 0,77%C obtêm-se a estrutura austenitica (Fe  γ) a temperaturas cada vez mais baixas até o limite de 727oC. Esta faixa de teor de carbono de 0 a 0,77%C é onde se situa praticamente todos os aços comercialmente utilizados no mundo. Os átomos de carbono ocupam os espaços vazios dos reticulados de átomos de ferro e como pode ser observado na fig.1.6, a fase austenítica (estrutura CFC) tem capacidade para absorver mais carbono do que a fase ferrítica (estrutura CCC). A estrutura CFC devido ao seu formato de empilhamento é muito mais fácil de ser  deformado do que a estrutura CCC. Desta forma, para se laminar a quente um aço, deve-se primeiro alcançar a estrutura austenítica, ou seja: conforme o teor de carbono, aquecer o aço em torno de 800 a 880 oC, para em seguida fazer a deformação no laminador. Desta forma, economiza-se energia, equipamentos, tempo, e viabiliza economicamente o produto além de poder conferir boas propriedades mecânicas e metalúrgicas ao aço posteriormente ou durante a laminação. Para se ter uma idéia da facilidade de deformação de um metal com estrutura cristalina CFC, o chumbo é um material que possui esta estrutura na temperatura ambiente e o ferro por outro lado, na temperatura ambiente possui estrutura CCC. Como o aço é um material produzido para ser deformado, ele deve no aquecimento produzir uma estrutura totalmente austenítica, ou seja, deve possuir teor de carbono inferior a 2%, como pode ser visto no diagrama Fe-C. Apesar de na prática, os aços comerciais não ultrapassam a 0,8%. Por outro lado, os ferros fundidos são produzidos já no formato da peça final, portanto não sofrerão deformações posteriores, o seu teor de carbono está acima de 2%. Então, por definição os aços são produtos siderúrgicos com menos de 2%C, usualmente, obtidos em convertedores pelo refino do ferro gusa. Existem centenas de tipos de aços, podendo-se destacar as seguintes famílias: Aços carbono comuns, Aços micro-ligados, Aços ligados de baixa liga, Aços de alta liga: Inoxidáveis ferríticos, inoxidáveis austeníticos, para ferramentas e matrizes, etc. 11

Os ferros fundidos são produtos siderúrgicos primários, geralmente, produzidos em altos fomos. Teoricamente seu teor de carbono está acima de 2%; contudo, na prática a maioria dos ferros fundidos tem de 4 a 4,3%C. Exemplos de ferros fundidos: Ferros fundidos brancos, ferros fundidos cinzentos, ferros fundidos maleabilizados, ferros fundidos nodulares, etc. 01.4 - CLASSIFICAÇÃO DOS AÇOS Os aços podem ser classificados com base em diferentes parâmetros, tais como dureza, aplicações, normas técnicas, etc. De acordo com a dureza, os aços se dividem nos seguintes grupos: • Aços extra-doces: Abaixo de 0,15%C, • Aços doces: 0,15 a 0,30%C, • Áços meio-doces: 0,30 a 0,40%C, • Aços meio-duros: 0,40 a 0,60%C, • Aços duros: 0,60 a 0,70%C, e • Aços extra-duros: Acima de 0,70%C. Como se pode deduzir pelos dados acima, as durezas dos aços dependem dos seus respectivos teores de carbono. Há dezenas de normas técnicas sendo que são usadas na classificação dos aços, contudo, nesse trabalho, citaremos apenas alguns exemplos da classificação de aços pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Parte da Tabela da ABNT Tipo do Aço Aço carbono comum Aço níquel (3,5%) Aço Níquel-cromo Aço cromo(0,95%)-molibdênio(0,2%) Aço cromo Outros

Classe I0XX 23XX 3YXX 41XX 51XX

Pela ABNT, os dois primeiros dígitos indicam o(s) elemento(s) de liga existente(s) no aço, além do carbono. O número decimal expresso na posição do XX se refere à porcentagem de carbono contido pelo aço. Exemplos: Aço ABNT 1010: aço carbono comum com aprox. 0,1%C. Aço ABNT 1045: aço carbono comum com aprox. 0,45%C. Aço ABNT 4140: aço com aprox. 0,95%Cr-0,2%Mo-0,4%C. Como foi dito anteriormente, existem muitas normas usadas na classificação dos produtos siderúrgicos, portanto, é necessário tê-las em mão ao proceder a classificação, para evitar o registro de enganos.

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01.5 – IMPORTÂNCIA DOS PRODUTOS SIDERÚRGICOS O êxito alcançado pelos produtos siderúrgicos se deve a vários fatores, dentre os quais citaremos alguns, sem desmerecer os demais.

Baixo preço: O preço dos produtos siderúrgicos é insuperável pelos demais que tenham características semelhantes, o que lhes confere elevada competitividade. Exemplos: Lingotes de ferro gusa: R$220,00It  Placas de aço carbono: R$450,00It  Chapas de aço carbono: R$1.200,00It Chapas de aço inox. Ferrítico: R$6.000,00It  Chapas de aço inox. Austenítico: R$13.000,00It  Chapas de alumínio: R$12.000,00/t Chapas de alumínio ligado: R$30.000,00It  Chapas de cobre: R$15.000,00It Propriedades Versáteis: É possível conferir ao produto siderúrgico as propriedades necessárias, sem onerar  muito o custo de produção. Exemplos: Um aço ABNT 1080 pode adquirir diferentes durezas pela aplicação de tratamentos térmicos corretos: - Esferoidizado: 100HB - Plenamente recozido: 200HB - Temperado: 65RC (acima de 650HB, por comparação) O aço carbono comum possui os inconvenientes de oxidar-se e ser atacado por ácidos, contudo, pela adição de alto cromo pode se transformar no aço inoxidável ferrítico que não oxida e, ainda, pelas adições de cromo e níquel, forma os aços inoxidáveis austeníticos que são passivos à oxidação e a ação de ácidos. Matérias Primas Abundantes: O esgotamento das jazidas de ferro está previsto para quatro séculos.

Domínio da Tecnologia Siderúrgica : Nenhum metal ainda é tão conhecido quanto o ferro. Política Administrativa: Toda nação que espera prosperar deve possuir, bem elaborada, uma política de produção e comercialização de produtos siderúrgicos, caso contrário, terá grandes dificuldades em seu desenvolvimento e, até mesmo sobrevivência como nação. Agregação de Valor ao Minério: Para que uma nação prospere, não basta que tenha grandes reservas minerais, as explore e venda seus minérios; pois, seus preços são muito baixos no mercado mundial. É preferível extrair os metais, produzir ligas, conformá-las e, então, vender os produtos obtidos. Os preços dos minérios de ferro e dos produtos siderúrgicos comprovam esse fato. A CST compra anualmente aproximadamente 7.000.000t de sinter feed pelo valor  estimado de R$210.000.000.00 e pode arrecadar com a exportação de suas placas a quantia de R$1.800.000.000,00. Como se pode deduzir, nesse caso, há uma ampliação 13

de receita acima de R$1.500.000.000,00, além de solucionar parte do problema do desemprego. 01.6 - FLUXOGRAMAS DE USINAS SIDERÚRGICAS Fluxograma é uma representação gráfica que indica o caminho percorrido pelas matérias primas, suas transformações e, finalmente, a entrega dos produtos que se propõe produzir. As usinas siderúrgicas podem ser integradas, semi-integradas e não-integradas. As usinas siderúrgicas integradas adquirem as matérias primas no estado bruto, executam todas as fases do processo industrial e vendem os produtos acabados. Em princípio, quanto maior for o grau de integração de uma usina, mais competitivo se tomam seus produtos no mercado. Geralmente, são usinas de grande porte, que exigem investimento muito elevado antes de entrarem em operação. Quando não há capital suficiente, uma usina pode iniciar sua produção como usina não integrada e, à medida que vai aumentando seu capital, pode passar a semi-integrada e, finalmente, totalmente integrada. 01.6.1 - FLUXOGRAMA REDUZIDO DE USINAS INTEGRADAS

Matérias Primas

Preparação das matérias primas

Extração do metal

Elaboração

Conformação

Produto final acabado

Minérios, carvões, fundentes, etc

Sinterização, pelotização, etc

Alto-forno, etc

Aciaria, refino secundário, etc

Ling. contínuo, laminação, fundição

Perfiz, vergalhões, Tiras, chapas

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Matérias Primas da Siderurgia: Minérios de ferro, carvão vegetal, carvões minerais, fundentes (calcário, dolomita, etc.), sucatas, Oxigênio, combustíveis, ferro-ligas e outros. Operações de Preparação das Matérias Primas: Britagem, peneiramento, moagem, coqueria, sinterização, pelotização, calcinação, dessulfuração e outros. Extração: A extração do ferro geralmente é feita por fusão redutora em altos fomos a carvão vegetal ou a coque, sob temperaturas muito elevadas, quando os minérios de ferro são transformados em ferro gusa líquido e escória. A extração do ferro também pode ser feita em forno elétrico a arco e por um dos processos de redução direta. Aciaria: A aciaria tem a finalidade de produzir aços, podendo usar como matérias primas principais ferro gusa e/ou sucata ferrosa, além da cal, oxigênio e outros. Conformação: Os processos de conformação visam conferir ao metal ou liga as formas que os produtos devem Ter, podendo ser por fundição, forjamento, laminação, trefilação, extrusão, estampagem e outros. Principais Produtos: Peças fundidas (blocos de motores, etc.), peças forjadas (ferramentas, machado, etc.), chapas, tiras, vergalhões, etc. 01.6.2 - FLUXOGRAMA DA CBF: Se trata de uma usina siderúrgica não integrada que reduz minério de ferro em alto fomo a carvão vegetal, produzindo ferro gusa, que é vendido para fundições e aciarias.

Carvão vegetal

Ar 

Minério granulado

ALTO FORNO

Fundentes

Poeiras e gases

Escória Gusa líquido

Gusa sólido

vendas

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01.6.3 - FLUXOGRAMA DA SIDERÚRGICA BELGO MINEIRA DE JARDIM AMÉRICA Trata-se de uma usina siderúrgica não integrada que produz perfiz de aço, usando o aço obtido em aciaria a arco elétrico, que utiliza como matérias primas principais sucatas ferrosa, além de ferro gusa, cal, ferro-ligas e outros.

Sucata

Ferros-ligas

Gusa

Aciaria Elétrica

Fundentes

Oxigênio

Escória

Poeiras e gases Aço líquido

Lingotamento contínuo

Lingotes

Laminação

Trefilação

Perfiz e vergalhões

01.6.4 - CICLO OPERACIONAL DA CST Normalmente, uma usina siderúrgica integrada como a CST, é constituída, além do Alto Forno para a produção de ferro gusa, de outras unidades beneficiam as matérias primas básicas utilizadas no processo, unidades que produzem insumos para consumo em outras unidades e unidades que completam o processo, dando como resultado final o aço, constituído elementos acabados ou semi-acabados, como é o caso da CST, que produz placas grossas de aço para utilização em outras usinas de beneficamento e laminados de tiras a quente. As principais unidades que compõem a CST são: •

Pátio de estocagem e mistura de carvão para a produção de coque;

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•

Pátio de estocagem de minério e fundentes onde ocorre a produção da mistura dos materiais necessários à produção de sinter consumido no Alto Forno. Alternativamente à utilização do sinter, pode-se ter o consumo de pelotas capaz de substituir o sinter em parte ou integralmente;

•

Coqueria que produz o coque para a composição de carga do Alto Forno  juntamente com minério de ferro, sinter e/ou pelotas;

•

A coqueria gera alguns efluentes sólidos, líquidos e gasosos, que são reaproveitados em sua quase totalidade no próprio processo. Um desses efluentes é o COG - gás de coqueria, que é um rico a combustível utilizados em várias unidades da usina, principalmente no Alto Forno;

•

O processo pode substituir, em parte, o coque por carvão pulverizado, que é injetado na parte inferior do Alto Forno (na região das ventaneiras). Este será o caso do Alto Forno II, que consumirá grande parte de carvão pulverizado que será produzido na unidade de PCI;

•

Sinterização, que é a unidade de produção do sinter consumido no Alto Forno como é o caso atual da CST. O sinter é produzido na máquina de sinter utilizando minério de ferro bitolado, minério de manganês, fundente constituído de finos de calcário e combustível constituído de finos de coque e o COG, que tem também é utilizado.

•

Utilidades: sob esta denominação são consideradas várias unidades que produzem insumos complementares para o consumo em outros unidades da usina. Desta forma, tem-se a casa de força para a geração de eletricidade, vapor e ar soprado, onde é utilizado o gás do Alto Forno juntamente com o de coqueria (BFG+COG). Ainda sob denominação de utilidades, tem-se a unidade de fracionamento de ar, que produz oxigênio e nitrogênio utilizados em várias unidades do processo industrial (Alto Forno, Sinterização, Coqueria, Lingotamento, Dentre outras unidades). Estação de tratamento de água (ETA) e recirculação, que promove o reaproveitamento, em circuito fechado, da maior parte da água doce utilizada. Unidade de ar comprimido que alimenta várias unidades com ar, também é utilizado no processo de fracionamento de ar, também utilizado no resfriamento de vários elementos envolvidos no processo industrial;

•

Calcinação, que utiliza o calcário para produção de cal, consumida na Aciaria e na Sinterização;

•

Aciaria, que produz o aço a partir do ferro gusa (processo de oxidação em convertedores LD);

•

Unidade de lingotamento ( contínuo ) que promove a moldagem do produto final (placas) que podem ser enviadas para o cliente ou alimentar a laminação de tiras a quente.

•

Unidade de Laminação de Tiras a Quente, onde a placa após reaquecimento em forno de placa é encaminhada ao trem de laminação a quente onde sofre a devida conformação, tendo como produto final a bobina de tira a quente, que pode ser  utilizado como produto comercial, após passar pela laminação de acabamento ou destinado para o cliente para alimentar o trem de laminação a frio. 17

•

Sistema de lavagem e limpeza de gases utilizados nas demais unidades, cujos gases apresentam níveis de contaminação que necessitam ser minimizados antes de serem utilizados no próprio processo (COG e BFG).

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01.7 – FLUXOGRAMA DA CST. Sinter feed

Carvão mineral

Sinterização

Coqueria

Matérias Voláteis

Coque

Minério granulado

Sinter 

Pelotas Calcário Escória

Alto-Forno

Ar 

Poeiras Gases

Gusa líquido Calcinação

Fundição Dessulfuração Peças

Oxigênio

Ferro-ligas

Cal

Sucatas

Convertedor 

Escória Poeiras

Refino secundário

Aço líquido

Gases

Lingotamento contínuo Laminação de tiras à quente Tiras

Placas

Expedição

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02 - VISÃO GERAL DAS MATÉRIAS PRIMAS. 2.1. INTRODUÇÃO A área de matérias primas minerais de uma usina siderúrgica corresponde à etapa inicial de um ciclo produtivo, cujo produto final é o aço. Neste contexto deve funcionar  garantindo o suprimento destas matérias primas em qualidade, operacionalidade e custo. Podemos dizer que a qualidade e custo do produto final, em princípio, se comprometem nesta etapa inicial do processo siderúrgico. 2.2. MATÉRIAS PRIMAS PARA SINTERIZAÇÃO E ALTO FORNO 2.2.1. Classificação das Matérias Primas As matérias primas minerais utilizadas no processo de redução para obtenção do ferro gusa, podem ser classificadas a princípio em minérios de ferro, fundentes , adições e materiais de geração interna. Minério

de

ferro - São aquelas portadoras do principal elemento que é o ferro,

normalmente este aparece combinado com o oxigênio na forma de óxido (composto químico). Esta combinação pode ocorrer de várias formas originando minérios de composição química e características diferentes como veremos mais adiante. Dentre eles pode-se citar: Hematita ( Fe2O3 ) e Magnetita ( Fe2O3 )

Fundentes – São matérias primas utilizadas para reduzirem o ponto de fusão da ganga

escorificando as impurezas introduzidas pelos minérios e dando condição para posterior retirada do produto desejado, no nosso caso o ferro gusa.  Adições - São matérias primas portadora de elementos que, em menores proporções,

contribuem para se obter um determinado propósito, seja no produto, seja no processo. Como exemplo temos o minério de manganês, a ilmenita etc. Materiais de geração interna - São os materiais originados dentro da própria usina

cujo aproveitamento torna-se econômico sem prejudicar o processo de sinterização, (cabe lembrar que sinterizar é promover uma semi-fusão de uma mistura de minérios). Na maioria dos casos trata-se de resíduos siderúrgicos gerados na própria usina e que podem gerar algum tipo de impacto ambiental. Portanto é fundamental seu reaproveitamento o que minimiza esses impactos ambientais. Dentre eles pode-se citar: pó de minério, pó de coque, pó de carvão, escória de alto forno. 2.2.1.1 Minérios de Ferro Os minérios que apresentam interesse econômico para a siderurgia são basicamente os óxidos, sendo os mais utilizados a hematita e a magnetita. Hematita - é o tipo mais comum de minério de ferro, constituído essencialmente pelo

óxido com fórmula Fe2O3 (trióxido). Apresenta um teor nominal de 69,5% de ferro contido, mas o teor varia de 45 a 68% devido a presença de ganga (impurezas). 20

Magnetita - Constituída essencialmente do óxido de ferro cuja fórmula é Fe3O4

(peróxido). Apresentando um teor nominal de 72,4% de ferro, sendo que o seu teor real varia de 50 a 70%. É um material de cor cinza escuro e apresenta propriedades magnéticas, o que facilita a sua concentração nas operações de beneficiamento de minérios. Limonita - Consiste essencialmente em Hematita hidratada (presença de água) com

fórmula Fe2O3 , na qual a proporção de moléculas de água de hidratação pode variar  de 1 a 3. Em conseqüência varia também o teor nominal de ferro sendo que o teor real normalmente não ultrapassa 65%. Apresenta-se como um material de cor marrom. Siderita - É um tipo pouco freqüente de minérios, ocorrendo normalmente como

componente de mistura da hematita e em pequenas proporções. Apresenta-se na fórmula FeCO3 (Carbonato), sendo que seu teor real varia de 10 a 40%. Pirita - Também de pouca importância, normalmente aparece como componente de

mistura de minérios de outros metais (minérios de cobre, por exemplo). Sua fórmula básica é FeS2. 2.2.2 - Características dos Minérios de Ferro para Sinterização: O minério para Sinterização é comumente chamado de "Sinter Feed" que é uma mistura padrão destes minérios. Estes minérios são especificamente preparados para serem sinterizados devendo possuir portanto características físicas e químicas capazes de propiciar a obtenção de um aglomerado dentro das necessidades do Alto Forno. Um bom Standard Sinter Feed depende além destas características de outros fatores, tais como comerciais, políticos e estratégicos, disponibilidade, viabilidade de fornecimento e de transporte. 2.2.2.1 - Características Físicas O minério para Sinterização deve apresentar primeiramente boa granulometria e poder  de aglomeração a frio e secundariamente porosidade, forma de grão, crepitação, densidade etc. Atualmente, considera-se que a melhor distribuição granulométrica esteja na faixa: - 0% de fração > 10,0 mm - 45% a 60% da fração de 1 a 10,0 mm - e menor de 15% da fração < 200 mesh O poder de aglomeração a frio, sendo a capacidade dos minérios sofrerem uma micropelotização sob o efeito da umidade e misturamento. Isto pode ser observado no manuseio do minério (empilhamento e /ou ensilamento). Esta característica provavelmente traduz o conjunto das outras agindo positivamente para facilitar a micropelotização.

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A produção de uma máquina de sinter está intimamente relacionada com o poder de aglomeração a frio dos minérios uma vez que a o processo de sinterização consiste em mistura e homogeneizar finos de minério de ferro, finos de carvão ou coque, finos de fundentes (cal, etc.) e umidade e atear fogo ao carvão, de modo que a temperatura atinja 1200 a 1400 oC, condição esta suficiente para que a umidade evapore e as partículas se soldem por caldeamento, obtendo-se um material resistente e poroso, denominado sínter. Industrialmente, existem dois processos que servem de base para as plantas de sinterização. O processo GreenWalt, processo intermitente, adequando às usinas de pequeno e médio porte, contudo, há instalações com capacidade para quase 1500 toneladas de sinter por dia e o processo Dwight-Lloyd, processo contínuo, recomendado às grandes usinas, contudo tem sido o processo mais aceito em quase todos os níveis de produção. 2.2.2.2 - Características Químicas A composição química que um minério deve apresentar para a Sinterização depende de um contexto amplo, no qual envolve: - Balanço de carga para o Alto Forno (devido ao nível de participação do Sinter na carga metálica do Alto Forno). - O tipo e o volume de escória de Alto Forno. - A qualidade do Sinter. Normalmente no caso dos minérios brasileiros de elevado teor de ferro, enxofre, titânio e álcalis ( compostos contendo potásssio, sódio, etc ) o controle químico resume-se nos teores de sílica (SiO2), alumina (Al2O3) e fósforo (P). A Sinterização exige portanto um minério que possua estas características dentro de determinados valores para que se produza o Sinter. No entanto, além de satisfazer o aspecto da qualidade o minério deve apresentar disponibilidade, custo etc. Sendo assim, surge uma mistura destes em que normalmente se encontra o minério base e o de adição. Entende-se por minério base o minério que devido as suas características físicas e químicas é usado em maior proporção. Por minério de Adição entende-se como aquele que por possuir características físicas e/ou químicas especiais é usado em menor proporção, servindo como corretivo do minério base. 2.2.3 - Características dos Minérios de Ferro para Alto Forno: A carga metálica do Alto Forno a Coque é normalmente composta de: - Sinter; - Pelota; - Minério granulado. O minério de ferro normalmente participa numa proporção que pode variar de 5% até 20% dependendo muito da usina e da situação. Basicamente um minério para Alto Forno deve apresentar: - Alto teor de ferro - Baixos teores de fósforo, álcalis e enxofre. 22

No caso do fósforo, cerca de 100% vai para o gusa, além disso, estima-se que para cada 0,1% de fósforo no gusa necessita-se de 1,0 Kg de Carbono/t gusa. Os álcalis (Na2O e K2O) provocam formação de cascão no Alto Forno. O enxofre e o fósforo elevados desclassificam o aço na aciaria devido ao fato de provocarem fragilidade no mesmo. 2.2.3.1 - Características Físicas dos Minérios de Ferro para Alto Forno Os parâmetros que devem ser controlados no minério são basicamente os seguintes: - Granulometria (finos < 5,0mm) - Crepitação/RDI/Redutibilidade - Resistência mecânica - Finos de aderência Com exceção da resistência mecânica e da redutibilidade, os níveis de controle devem ser os mais baixos possíveis. 2.2.4 - Fundentes As substâncias utilizadas pela metalurgia para abaixar o ponto de fusão da ganga (parte do minério sem valor econômico) e permitir a remoção das mesmas chama-se fundente, os quais, podem ser divididos em: Fundentes

Básicos (portadores de CaO e/ou MgO) Ácidos (portadores de SiO2 e/ou Al2O3)

Os principais fundentes são: - Calcário (portador de CaO); - Cal ( portador de CaO); - Dunito (portador de MgO e SiO2); - Serpentinito (portador de MgO e SiO2); - Dolomita (portador de MgO e SiO2); - Quartzo (portador de SiO2). A composição química destes é a mesma tanto para Sinterização quanto para o Alto Forno. Sendo que a granulometria situa-se na faixa especificada abaixo: - 0 a 3,0 mm aproximadamente para Sinterização - 10 a 30 mm aproximadamente para o Alto Forno. 2.2.5 - Matérias Primas de Geração Interna Existem algumas matérias primas originadas dentro da usina decorrentes de outras etapas do processo siderúrgico que por suas características devem ser utilizadas na Sinterização. Além deste aspecto, existe também o aspecto ambiental, onde se tornou 23

fundamental a reciclagem de resíduos. As principais matérias-primas originadas no interior das usinas são: - Carepa; - Pó de Alto Forno; - Lixo Industrial; - Geração da Calcinação; - Pó de CDQ, é um pó original da coqueria, com elevado teor de carbono; - etc. Carepa - É oriunda da Laminação (escarfagem) e possui um teor de FeO (-60%). A

Carepa quando adicionada na Sinterização.

pilha

pode favorecer a redução de Coque na

Pó de Alto Forno - Origina-se no coletor de pó do Alto Forno. A sua composição

química justifica sua utilização devido ao alto teor de carbono (C). Também pode diminuir consumo de combustível na Sinterização. Lixo Industrial  - É basicamente composto de minérios e fundentes, originados da

limpeza da área industrial. Deve ser peneirado para utilização na pilha homogeneizada. Resíduos da Calcinação - Estes materiais são decorrentes do processo de

preparação da cal para a aciaria. Além da cal peneirada para a sinterização, temos a pré-cal, a cal britada e a lama de calcário. Todos estes produtos apresentam qualidade e quantidade que justificam sua utilização posterior. Pó de CDQ  - É um pó originado do apagamento à seco do coque na coqueria. É

importante aproveitá-lo devido seu alto conteúdo de carbono (C). 2.2.6 - Adições

As principais matérias primas utilizadas como elementos de adição ao processo de redução são: Minério de Manganês - Fornece Mn ao gusa e age como elemento dessulfurante. Ilmenita - Fornece titânio que age na proteção ao cadinho do Alto Forno. Da mesma forma agem a magnetita titanífera, briquetes e concentrados de TiO2. 2.2.7 – Pelotas de Minério de Ferro As pelotas consumidas nos altos fornos da CST são provenientes das usinas de pelotização da CVRD que adota o seguinte processo de produção: O processo industrial inicia-se com a descarga da composição de vagões contendo as matérias-primas nos viradores de vagões, apresentando a distribuição adequada das matérias-primas: ultra-finos de minério de ferro proveniente de Itabira-MG e calcário. Através de correias transportadoras, estas matérias-primas serão transportadas até o pátio de finos para estocagem, formando uma mistura com composição química e granulométrica pré-determinadas para a produção de pelota com as características 24

necessárias exigidas pelo mercado consumidor. O empilhamento da matéria-prima é feito por uma empilhadeira móvel que deposita os diferentes tipos de minério em camadas sucessivas nas proporções definidas pelo produto final desejado. O calcário é introduzido durante a formação da pilha na proporção de 13kg/t de minério. O carvão e o calcário utilizados no processo de pelotização existente no complexo de Tubarão, são recebidos e estocados em pátios específicos. Antes de a polpa moída ser encaminhada ao espessador, ela passa por um grupo de hidrociclones que separaram os finos fora de especificação, fazendo-os retornar   juntamente com uma parcela da água que forma uma mistura, para a alimentação dos moinhos. A polpa resultante, com menor umidade, é então encaminhada para o espessador. A polpa resultante da moagem e classificação nos hidrociclones é encaminhada para o espessador com 50m de diâmetro, o qual promoverá o aumento da densidade da polpa, retirando a água que será encaminhada para o tanque de processo, retornando ao moinho. A operação de filtragem tem por finalidade reduzir a umidade da polpa proveniente dos tanques de homogeneização. A pelota a ser produzida nos discos de pelotamento deve apresentar, ainda crua, a resistência necessária para o manejo antecedente à fase de queima. Dessa forma, após a filtragem, a polpa retida recebe uma certa quantia de aditivo que será a cal hidratada (ou a bentonita), exercendo a função de aglomerante, a fim de facilitar a produção da pelota e proporcionar a resistência a frio por ela demandada. A uniformização da mistura é realizada em misturadores cilíndricos rotativos, que recebem a ‘’polpa retida’’ dos filtros contendo a dosagem exata do aditivo (cal hidratada ou bentonita). A seguir, a “polpa retida” será transportada por correias transportadoras até os silos dos discos de pelotamento. A operação de pelotamento é realizada em discos de pelotamento com 7,5m de diâmetro e a capacidade de processamento de 120t/h de “polpa retida”. Os discos serão inclinados de 48° em relação ao plano horizontal e giram a 5,6 rpm. Ao atingirem certa faixa de diâmetro, a ação de rotação do disco promoverá o desprendimento de pelota que cairá sobre o primeiro conjunto de peneiras de rolo. Nas peneiras de rolos, ocorre a primeira seleção da pelotas a serem encaminhadas ao forno. A queima da pelota crua no forno da usina promove o tratamento término necessário para que as pelotas adquiram alta resistência mecânica e as características metalúrgicas necessárias para sua utilização em alto-forno de usinas siderúrgicas. A saída do forno, as pelotas são conduzidas para uma peneira vibratória, que separa a 25

parcela de pelotas com diâmetros inferior a 5mm. Também é separada nessa peneira uma parcela do produto que será recirculada para formação da camada de forramento da grelha do forno. O produto final, após o peneiramento será encaminhado para o pátio de pelotas. O empilhamento das pelotas é realizado por uma máquina empilhadeira móvel, e a recuperação das pelotas para embarque em navios é realizada por meio de máquina recuperadora de caçambas. 2.3 - Carvão Mineral e Vegetal 2.3.1 - Origens e Geologia O carvão mineral é uma massa compacta, estratificada, oriunda da decomposição de matérias vegetais, as quais passaram por vários estágios de conseqüentes ações geológicas, que provocaram modificações em suas propriedades físicas e químicas. As modificações nas propriedades da matéria vegetal envolvem alterações complexas nos constituintes da sua estrutura, com evolução da umidade, gás carbônico e metano. Desde a antigüidade, se reconhece a origem vegetal do carvão-de-pedra. Nos linhitos pode-se observar ainda restos da estrutura das plantas que o formaram. Os depósitos carboníferos se localizam nos limites de regiões montanhosas, onde alterações geológicas, no período quaternário, causaram o soterramento de florestas, e para o desenvolvimento da luxuriante vegetação da época, era necessário clima ameno, com bastante umidade e solo fértil. Estas duas condições são encontradas nas vizinhanças de cordilheiras, pois as cadeias de montanhas representam coletores de chuvas que, devido à diferença de altura entre os montes e a planície, provocam uma erosão intensiva, resultando em fonte de suprimento de minerais pela conseqüente sedimentação nas baixadas. Para a formação de camadas carboníferas, outra condição essencial teria sido o abaixamento do subsolo lento, porém, interrompido. Como resultado de um movimento tectônico deste tipo, a região coberta de florestas ficou submersa, transformando-se em lago. Com o passar do tempo, argila e areia eram arrastadas pela erosão natural e o depósito de turfa, recoberto por uma camada de terra. A compactação progressiva da turfa se fazia pelo acúmulo cada vez maior de matéria depositada na superfície. No decorrer dos séculos, o abaixamento do subsolo pode ter sido sustado e até anulado pela formação de montanhas. Durante estes movimentos, grandes pressões eram exercidas nas diversas camadas do solo e, naturalmente, também, sobre os depósitos vegetais. A ação combinada da pressão e do calor aplicado durante longos períodos, causaram modificações profundas na estrutura da turfa, com eliminação da água, do gás carbônico e do metano, aumentando progressivamente o teor de carbono no material residual. Tais modificações podem ter durado vários séculos e resultaram na transformação progressiva da turfa em linhito e depois, nos diversos tipos de carvão betuminoso, até chegar a antracito. 26

Estimativas de geólogos indicam que as temperaturas às quais foi submetida à matéria vegetal fóssil variam entre 100oC a 600oC e as pressões nas camadas profundas, teriam sido da ordem de 1.500 atmosferas. Desde as turfas e linhitos até o antracito, existe, como vimos gama variada de composições e características, sendo aceito sem discussões que as turfas de hoje, por  meio de uma série de transformações, gradualmente se transformariam em carvões no futuro. A turfa é, portanto, considerada o estágio inicial da transformação da matéria vegetal em carvões, resultante da decomposição de vegetais de pequeno desenvolvimento (musgos e arbustos) num ambiente de água doce. 2.3.2 - Variedades de Carvões MADEIRA

A lenha é o combustível mais comum. Durante séculos, a lenha e o seu derivado o carvão vegetal - foram praticamente os únicos combustíveis conhecidos, tanto para o consumo doméstico, como para a reduzida indústria, inclusive na Metalurgia. Nos meados do século XVIII (1735), foi descoberto o coque metalúrgico: - derivado das hulhas - que passou então a substituir o carvão vegetal nas regiões de hulhas abundantes. Com a introdução da máquina a vapor (1775), e principalmente, com a extraordinária expansão das aplicações da máquina a vapor, a partir da chamada Revolução Industrial que se iniciou nos primórdios do século passado, e as suas conseqüências na ativação da metalurgia, dos transportes marinhos e ferroviários, a hulha suplantou a lenha como o grande combustível industrial. A lenha só conservou sua importância nas regiões pobres de hulha, caso que inclui toda a América Latina, em particular o Brasil, onde seu consumo industrial chega a cifras superiores a 100 milhões de metros cúbicos por ano. Um metro cúbico (estere) de madeira pesa em média 500 Kg. O seu poder calorífico médio é de 4.000 Kcal/Kg. O poder calorífico das hulhas é em média de 6.500Kcal/Kg. Logo, o metro cúbico (estere) de lenha, pode então liberar 4.000 x 500 = 2.000.000 Kcal, enquanto 1 ton. de hulha pode liberar 6.500.000 Kcal. Então, 1 m³ de lenha equivale a 0,3 ton. de hulha e os 100 milhões de m³ de lenha equivaleriam a 33 milhões de toneladas de hulha. TURFAS

As turfas resultam da decomposição dos vegetais nas lagoas, pântanos, encontrandose tanto nas formações contemporâneas, como nas recentes da era quaternária. As mais recentes apresentam-se como uma terra negra ou castanha, ou como massa de estrutura fibrosa, emaranhada de raízes, hastes e detritos dos vegetais donde provieram. As mais antigas são mais compactas, de estrutura aleitada, cor castanha. Recém27

extraídas, são consideravelmente mais úmidas, com 80 a 90% de água; secas ao ar, contém ainda de 15 a 30% de água de embebição. Nesta condição, têm peso variável de 200 a 250 Kg por m³ e poder calorífico entre 3.300 a 5.000 Kcal/Kg. É um combustível fraco, que só interessa às regiões onde se encontra, para aplicações restritas (fornalhas, cerâmicas, estufas), embora possa ser prensada em blocos ou briquetes e gaseificada em gasogênios. Algumas podem fornecer semi-coque, com aproveitamento das matérias voláteis, por  processo de destilação a baixas temperaturas. No Brasil, se tem encontrado algumas turfeiras, nas costas baixas dos Estados do Espírito Santo (Jucu) e Rio de Janeiro (Marambaia). LINHITOS

Os linhitos são carvões fósseis mais antigos que as turfas e mais recentes que as hulhas, encontrando-se especialmente nas formações geológicas de era terciária. São constituídos pelos produtos de decomposição de vegetais de certo porte, acumulados e soterrados por fenômenos geológicos. Apresentam-se em camadas encaixadas em formações sedimentárias, com espessuras que variam de centímetros a dezenas de metros (até 80 metros), podendo então constituírem reservas de considerável importância como acontece nos Estados Unidos e Alemanha. HULHAS

As hulhas são o resultado da decomposição de verdadeiras florestas que existiram em épocas em que as condições climáticas da terra foram extremamente favoráveis ao esplendor da vida vegetal e que foram posteriormente soterradas durante os ciclos geológicos. Muitas delas se admite resultarem de enormes turfeiras desta época de intensa vida vegetal (períodos Carbonífero e Permiano). Os processos de decomposição se admitem como devidos à ação de microorganismos e fungos, em fases de destruição acróbia e posteriormente em fase anacróbia (fermentação), seguidas ainda pela ação da pressão exercida pelos depósitos minerais que sobre ele depositaram conjugadas ao calor quer do grau geotérmico, quer o gerado nos diastrofismos da crosta terrestre. Todas estas ações resultaram em transformações mais ou menos profundas da primeira matéria vegetal: de um lado, estas transformações se traduziram pela progressiva diminuição da umidade (embebição) e dos teores de oxigênio e hidrogênio (evolução de compostos voláteis) e o decorrente aumento do teor de carbono, de outro lado, por acentuadas transformações químicas dos constituintes da matéria decomposta, com o aparecimento de substâncias não encontradas normalmente nos tecidos vegetais vivos, tais como hidrocarbonetos das séries cíclicas, como o antraceno, o benzeno e outros que são importantes substâncias de utilização industrial; por isto mesmo, além do carbono que é o principal constituinte das hulhas, como combustível, podem elas fornecer estas importantes substâncias, tornando-as assim, importantes fontes de matérias primas de natureza química, que são aproveitadas como subprodutos na destilação das hulhas e empregadas para a fabricação de 28

corantes, anilinas, medicamentos, explosivos, borracha sintética, solventes etc. Por isto mesmo, as hulhas assumem considerável importância industrial, justificando-se o notório fato de estarem justamente nas regiões onde ocorrem em abundância os mais importantes centros industriais do mundo moderno (Pensylvânia, Ruhr, Inglaterra, Rússia, França). Assim, se justifica também porque as hulhas se classificam em função do seu teor de carbono e destes componentes nobres que se desprendem durante a destilação, como "matérias voláteis", visto que se desprendem como gases, as temperaturas da destilação (800 a 1.000oC) condensando-se depois alguns como líquido permanecendo outros como gases. As alterações na composição dos combustíveis naturais sólidos e fósseis são uma função da sua "história geológica", isto é, não propriamente do tempo, mas da série de fenômenos metamórficos pelos quais tenha passado o depósito geológico do combustível, o que se define na literatura em inglês, por "RANK", que significa ORDENAÇÃO HIERÁRQUICA. Assim é que as hulhas perdem matérias voláteis e se enriquecem em carbono, tanto mais elevada seja a sua ordem.  ANTRACITO

O último estágio destas transformações é representado pelo Antracito (do Grego ANTRAX = CARVÃO), que contém o mínimo de umidade e matérias voláteis e o máximo de carbono. O Antracito tem aspecto cristalino, brilhante, é duro mas frágil, fragmentando-se sucessivamente em partículas aproximadamente cúbicas ou lamelares. CARVÃO MINERAL NACIONAL

O carvão mineral do Brasil é encontrado nos Estados de Rio Grande do Sul, Santa Catarina, Paraná, São Paulo, Góias, Piaui, Maranhão, Pará e Amazonas. Porém, somente as jazidas dos estados sulinos, principalmente as de Santa Catarina e as do Rio Grande do Sul, podem ser lavradas economicamente. Em São Paulo e Paraná as   jazidas são ínfimas, usadas somente em pequenas termelétricas e em aplicações industriais de importância reduzida.

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03 - PREPARAÇÃO DAS MATÉRIAS PRIMAS 03.1 - RECEBIMENTO DAS MATÉRIAS PRIMAS As principais matérias primas consumidas numa siderúrgica são minérios de ferro, carvões minerais, fundentes e materiais de geração própria. A CST trabalha hoje com pelo menos uma dezena de fornecedores internacionais de carvões minerais. Os mesmos, chegam do exterior ao Porto de Praia Mole, de onde são conduzidos através de correias transportadoras até o pátio de carvões e empilhados na forma de fileiras prismáticas. Os minérios de ferro são recebidos pelo ramal ferroviário da CVRD dotado de um virador de vagões, que descarrega o material sobre uma correia transportadora e, esta, os conduz e empilha no pátio primário, na forma de pilhas prismáticas. Os fundentes, como calcários calcíticos e dolomíticos, podem ser, também, podem ser  recebidos pelo mesmo ramal ferroviário da CVRD, ou no hopper rodo-ferroviário; que também são conduzidos ao pátio primário e empilhados da mesma forma que os minérios. Em todos os pátios, cada pilha deve ser de apenas um material, que pode ser  analizado e seus dados registrados no computador indicado para cada um dos casos existentes.

Fig.3.1 - Esboço do esquema de formação das pilhas 03.2 - BRITAÇÃO Britação é o processo de fragmentar as matérias primas, transformando-as em grânulos com a granulometria requeri da pelo processo a que se destina. Exemplo: O calcário deve ser britado até atingir granulometria abaixo de 100mm. 03.3 - MOAGEM Na moagem o material é fragmentado até se transformar em pó. Exemplo: O carvão mineral, depois de britado, é moído até que suas partículas fiquem menores do que 0,2mm, então, passa a poder ser usado na produção da mistura de carvões a enfornar, para produzir coque. 03.4 - PENElRAMENTO São operações feitas em classificadores geométricos, denominados peneiras ou grades vibratórias, com o fim de separar cada grupo das matérias primas conforme 30

seus respectivos tamanhos. Exemplo: Depois de resfriado e britado, o coque deve ser  submetido a dois classificadores com aberturas de 75 e 20mm; de modo que o coque com granulometria de 20 a 75mm deve ser usado no alto fomo e o menor que 20mm na sinterização. 03.5 - CALCINAÇÃO Calcinação é a unidade que transforma calcário em cal pelo seu aquecimento acima de 1200°C, conforme ilustra a reação a seguir: CaCO3 .→ CaO + CO2 (calcário) (cal) (gases) A cal tem grande importância na aciaria, visto que, no refino do aço, pode atuar como fundente, dessulfurante, desfosforante e refrigerante. A prática industrial de calcinação pode ser feita em fornos de cuba aquecidos a gases ou pela combustão de carvão vegetal granulado adequadamente misturado ao calcário. Em escala de produção elevada, como na CST, podem ser empregados fornos cilíndricos horizontais giratórios. A calcinação da CST opera com calcários calcítico e dolomítico, em dois fomos horizontais com capacidade nominal de 350ton/dia e dimensões com 3,2m de diâmetro por 55m de comprimento. Adição de Calcário Saída dos gases

1250o C

Queimadores

Cal

Fig.3.2 - Esquema em corte vertical do forno de calcinação O material a ser calcinado é alimentado na extremidade mais alta do fomo e conduzi da à sua parte inferior pela sua rotação reforçada pela força da gravidade, o que permite uma descida lenta do material, em contra corrente ao fluxo dos gases quentes provenientes da zona de combustão, promovendo, assim, a dissociação dos carbonatos, sendo possível produzir cal calcítica e/ou cal dolomítica. A coleta da cal produzida ocorre na extremidade inferior do forno.

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A cal obtida no forno horizontal tem granulometria inferior a 40mm e deve ser  submetida a um peneiramento de 9mm, de modo que o oversize segue para a aciaria e os finos para a sinterização. Todo o processo de calcinação é assistido por equipamentos de proteção ambiental, como filtros, ciclones, chaminé e espessador, que sofrem um rigoroso controle de manutenção. 03.6 – COQUERIA: Coqueria é a unidade industrial que transforma mistura de carvões minerais em coque. O coque metalúrgico é empregado nos altos fornos, onde pode atuar como combustível, redutor, fornecedor de carbono ao gusa e permeabilizador da carga. No custo de produção do ferro gusa, a fatia do coque supera 40%, daí a importância que lhe é conferi da na siderurgia. O ciclo operacional da coqueria pode ser resumido nas seguintes fases: Preparação da mistura de carvões → Enfornamento Aquecimento → Desenfornamento Apagamento → Preparação do coque → Tratamento das matérias voláteis. 03.6.1- FLUXOGRAMA DA COQUERIA DA CST. Mistura de carvões

Bateria de coque

Gás bruto ( matérias voláteis) 25%

Britador 

Usina de subprodutos

Coque grosso ( > 75mm) (75%)

Classificador 

Piridina (0,01%)

Coque fino ( < 0,25mm)

Coque Bitolado 20 - 75mm Alto Forno

Gás de coqueria (17%)

Sinterização

Óleos leves (1,22%)

Sulfato de amônia (1,2%)

Alcatrão (5,3%)

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03.6.2 - PREPARAÇÃO DA MISTURA DE CARVÕES Os melhores carvões minerais usados na produção de coque metalúrgico são as hulhas, que são constituídas de carbono fixo, matérias voláteis e cinzas. Para a produção de um bom coque metalúrgico, deve ser preparado uma mistura de carvões com cerca de 25% de matérias voláteis e abaixo de 8% de cinzas. 03.6.3 – ENFORNAMENTO. Uma bateria de fornos de coque com recuperação de subprodutos é constituída de fornos verticais geralmente de 11 a 15 metros de comprimento, 3 a 7 metros de altura e 300 a 550 mm de largura. Suas paredes são construídas de tijolo refratário de sílica, de projeto especial para evitar a passagem de gases. Estes fornos são aquecidos por um gás, o qual é injetado em uma rede de dutos e estes por sua vez, são conectados aos regeneradores, que alimentam dois fornos de coqueificação adjacentes. Estes regeneradores são construídos de tijolos refratários de sílica-aluminoso. Sua função é absorver calor dos gases queimados e, posteriormente, ao inverter o fluxo dos gases, eles servem para aquecer o ar que irá ser usado para combustão. O número de fornos numa bateria é bastante variado e pode chegar a ter 200 fornos, e cada forno tem portas removíveis para possibilitar a retirada do coque incandescente com o uso da máquina desenfornadora. Um fator importante na operação de uma bateria é o tempo de coqueificação, que, geralmente, varia entre 16 a 18 horas. A CST possui três baterias com 49 fornos cada uma delas, totalizando 147. Uma câmara de coqueificação mede 40 a 45cm de largura por 4 a 7m de altura 7 a 15m de comprimento. No topo do forno, existem 3 a 5 furos por onde é feito o carregamento da mistura de carvões e uma abertura destinada ao recolhimento das matérias voláteis.

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1- Correia transportadora 2- Silo principal 3- Carro alimentador

4- Fornos (retortas) 5- Rampa de descarga 6- Vagão de apagamento

7- Duto de matérias voláteis

Fig.3.3 – Esboço de uma bateria de fornos(retortas) de uma coqueria

Fig.3.4 – Visão geral de uma coqueria. No primeiro plano, as instalações de britagem e peneiramento do coque.

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Fig.3.5 – Esquema de um forno (retorta) e seus principais acessórios.

Fig.3.6 – Esquema de um forno “Gun-Flue” com conversão de meia parede.

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Fig.3.7 – Esquema de um forno com duplo par de canais.

Fig.3.8 – Esquema do processo de coqueificação. 03.6.4 - AQUECIMENTO/COQUEIFICAÇÃO O aquecimento do carvão enfornado é indireto, pois, o calor é gerado nos dutos de aquecimento distribuídos no interior das paredes que separam uma retorta da outra. Durante a coqueificação a mistura de carvões é aquecida a 1100°C, numa câmara sem circulação de ar, dotada de uma abertura superior, por onde saem as matérias voláteis, que são recolhidas, pois, são de grande valor. Desta forma, a coqueificação consiste em submeter uma mistura de carvões de características adequadas a uma destilação (aquecimento em ausência de ar). Esta 36

destilação provoca a liberação de gases e o aparecimento de um resíduo sólido, poroso, infusível, basicamente constituído de carbono, que é o coque. Quando o carvão carregado dentro da câmara (forno), o mesmo, entra em contato com as duas paredes aquecidas e o calor é transmitido, por condução, para o centro da carga. De cada parede surgem duas superfícies planas isotérmicas, que caminham para o centro da carga. Até as isotermas de 300o C, a mistura de carvões permanece sólida, liberando somente vapor d’agua e poucos gases (CO etc). Entre 300 e 500o C, a mistura amolece e torna-se fluida devido à grande liberação de matéria volátil. O material situado entre estas isotermas forma uma camada "envelope plástico", ocorrendo aí o primeiro estágio da coqueificação. Entre 500 e 900o C, a mistura perde fluidez e as partículas se unem formando o semicoque. A seguir, o processamento das reações finais de condensação e desidrogenação, características do segundo estágio da coqueificação, transformam o semi-coque em um material com apenas 1% de matéria volátil chamado coque . A velocidade de a avanço das isotermas no seu caminho desde a parede dos fornos até o centro da carga constitui o "coking-rate" e a coqueificação está terminada com o encontro das duas frentes plásticas. Na coqueria da CST, o tempo de enfornamento é de 16h e 30min.

A B C A – pouco depois do carregamento, B – cerca de metade do ciclo de coqueificação, C – coalescência final (máxima pressão de coqueificação). Fig.3.9 – Esquema mostrando o deslocamento da camada plástica durante a formação do coque.

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03.6.5 - DESENFORNAMENTO Quando não sai mais matéria volátil, então, o coque está pronto e deve ser  desenfornado. As 2 portas são abertas e por uma delas é introduzido o êmbulo empurrador, que empurra o coque para fora, pela outra porta, de modo que o coque incandescente cai dentro de um vagão de transporte.

Fig.3.10 – Esboço de um decarregamento do coque incandescente 03.6.6 - APAGAMENTO O coque deve ser apagado imediatamente, para impedir sua queima, o que pode ser  feito a úmido ou a seco. 03.6.6.1 - Apagamento a úmido No apagamento a úmido, o vagão carregado é posicionado sob a torre de apagamento, onde o coque é apagado com fortes jatos de água, gerando um consumo de 400 litros d’água por tonelada de coque resfriado.

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Fig.3.11 – esquema de uma torre de apagamento à úmido 03.6.6.2 - Apagamento a seco. A CST é a única usina siderúrgica das Américas que emprega apagamento a seco. O processo de extinção a seco do coque (COKE DRY QUENCHING - CDQ) se inicia com o desenfornamento do coque incandescente dentro de uma caçamba especial, revestida com placas de ferro fundido e com fundo falso, disposta sobre uma plataforma tracionada por uma locomotiva elétrica. Após o carregamento, a caçamba é conduzida pela locomotiva elétrica até a ponte de içamento e, por meio de um dispositivo de transferência (cremalheira), é posicionada sob a ponte, na parte inferior da torre de içamento. Através da ponte de carregamento a caçamba é içada até o topo da torre. A seguir a ponte faz a translação com a caçamba ainda cheia parando sobre a tremonha. Ao se baixar a caçamba sobre a tremonha seu fundo falso se abre dando passagem do coque para o interior da câmara. A mesma operação se efetua inversamente para fechar a câmara. O coque incandescente carregado na pré-câmara a uma temperatura em torno de 1050o C, desce para a câmara de resfriamento onde entra em contato com a corrente gasosa ascendente, sendo resfriado. A pré-câmara desempenha duas importantes funções: a - Absorve as variações na alimentação do coque, proporcionando uma geração estável de vapor. 39

b - Homogeiniza as características do coque, retirando o restante de matéria volátil, passando assim por um processo de super coqueificação com permanência de aproximadamente 1 hora. A descarga do coque, com a temperatura em torno de 180o C faz-se na parte inferior  da câmara, através do sistema de descarga alternado, e com o compartimento pressurizado com N2, que permite descarregar o coque sem deixar escapar o gás circulante ou gás de resfriamento. O apagamento do coque propriamente dito se processa, soprando o gás de resfriamento na parte inferior da câmara, passa por em sistema de distribuição e sobe em direção a parte superior, absorvendo o calor do coque e atingindo a temperatura de aproximadamente 800o C. O gás é recolhido por 32 canais dispostos em torno da parte superior da câmara, passando por um coletor primário onde as partículas maiores são retidas. A seguir o gás é conduzido para a caldeira onde cede seu calor à mesma, produzindo vapor de 23 Kg/cm² e 350 o C que movimenta algumas bombas do CDQ. O gás sai da caldeira já com sua temperatura reduzida a aproximadamente 180 o C, passa por um conjunto de ciclones onde são retidas as partículas finas de pó e através do soprador é reconduzido à câmara de resfriamento. O pó retido no coletor e no ciclone é transportado pneumaticamente para um silo. Além do sistema de despoeiramento do gás circulantes descrito acima, existem dois outros que coletam as poeiras geradas no carregamento e na descarga do coque. Desta forma, O coque incandescente de um novo carregamento que é introduzido na câmara de extinção recebe o gás ascendente de nitrogênio numa temperatura abaixo de 160°C.

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Fig.3.12 – Processo de extinção a seco do coque (COKE DRY QUENCHING - CDQ) 03.6.7 - PREPARAÇÃO DO COQUE: Depois de frio, o coque deve ser britado e peneirado a 75 e 20mm. O coque com 20 a 75mm é mandado para o alto forno e o menor que 20mm para a sinterização. 03.6.8 -TRATAMENTO DAS MATÉRIAS VOLÁTEIS: Cerca de 25% da mistura de carvões se transforma em matérias voláteis que, depois de tratadas podem ser usadas na própria usina ou vendidas. A CST aplica um pequeno tratamento as matérias voláteis, de modo que 17% do material enfornado se transforma em gás de coqueria, COG, além do misto, que é uma mistura composta de água amoniacal (98,7%), alcatrão (1,0%) e borra (0,3%). Todo o material volátil é conduzido através de tubulações a uma série de equipamentos, podendo passar pelos seguintes processos: Processo de separação do COG e decantação do alcatrão da água amoniacal Processo de resfriamento do COG Processo de precipitação eletrostática de partículas de alcatrão Processo de absorção de amônia. 41

Processo de destilação da amônia e concentração da água amoniacal Processo de combustão da amônia. Processo de absorção de naftaleno e Processo de exaustão de COG O gás de coqueria pode ser empregado nas unidades de aquecimento da própria usina, na produção de energia termoelétrica e vendido para indústrias do ramo dos carboderivados.

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03.7 - SINTERlZAÇÃO Como é notório, os principais componentes da carga sólida do alto fomo são o minério de ferro (granulado, e/ou sinter e/ou pelota), coque e fundente (calcário). O uso de sinter autofundente, com propriedades físico-químicas e metalúrgicas definidas, contribui para seu aumento de produtividade, diminuindo, consideravelmente, o consumo de coque e melhorando a qualidade do gusa. Certamente, por esse motivo, a CST tem preferência pelo uso de sinter na carga dos seus altos fornos. 03.7.1 - PRINCÍPIO DA SINTERlZAÇÃO A sinterização consiste em misturar e homogeneizar finos de minérios de ferro (sinter  feed), finos de carvão ou coque, finos de fundentes (cal, etc. ) e umidade e fazer a combustão do carvão ou coque, de modo que a temperatura atinja 1200 a 1400°C, condição suficiente para que a umidade evapore e as partículas da carga se unem por  caldeamento, obtendo-se um material resistente e poroso denominado sinter.

Fig.3.13 – Esquema do princípio da sinterização. 03.7.2 - MOVIMENTO DA FRENTE DE COMBUSTÃO Inicialmente, é feita a ignição do carvão contido na superficie da mistura com auxílio de maçaricos apropriados, se formando aí a zona de combustão que avança para baixo, puxada pela descida do ar succionado pelo sistema de exaustão, até atingir a falsa grelha, quando a combustão se extingue. Durante a descida da frente de combustão, toda a mistura é aquecida acima de 1200°C, ocorrendo a soldagem das partículas por caldeamento, resultando uma grande bolo de sinter.

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Fig.3.14 – Esquema mostrando o movimento da frente de combustão. 03.7.3 – REAÇÕES DURANTE A SINTERIZAÇÃO a) Secagem: até 300o C - Vaporização da áqua livre. H2O(l) → H2O(v) b) Desidratação: 400 a 500o C

Vaporização da água combinada

Ca(OH)2 → CaO + H2O(v) c) Redução superficial do minério de ferro 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 d) Decomposição de carbonatos: 750 a 1150o C CaCO3 → CaO + CO2 e) Formação de silicatos: 600 a 1300o C Al2O3 + SiO2 → Al2O3.SiO2 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 Fe2O3 + SiO2 + CO → 2FeO.SiO2 + CO2 2 CaO.SiO2 + 2 FeO.SiO2 → 2(CaO.FeO.SiO2) f) Formação de Cálcio-ferritas: 600 a 1300o C CaO + Fe2O3 → CaO.Fe2O3 CaO + 2Fe2O3 → CaO.2Fe2O3 44

g) Combustão do Coque: 1300o C C + O2 → CO2 C + 1/2O2 → CO h) Formação da magnetita: 3FeO 1/2O2 → Fe3O4 03.7.4 - FLUXOGRAMA DE UMA SINTERIZAÇÃO Sinter Feed Coque

Fundentes

Água

Outros

Misturador 

SINTERIZAÇÃO

Falsa grelha (Beding)

Birtador primário

Resfriador 

Peneira (50mm) > 50mm Britador secundário < 50mm

20mm Peneiras 10mm 5mm

10 a 20mm

5 a 50mm 5mm Sinter 

ALTO FORNO

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O sinter-feed utilizado geralmente é um concentrado de hematita com granulometria abaixo de 10mm, fornecido pela CVRD. Convém informar que os principais minerais de ferro são hematita (Fe2O3), limonita (Fe2O3nH2O), magnetita (Fe3O4) e siderita (FeCO3). 03.7.5 - MÁQUINAS DE SINTERIZAÇÃO As máquinas de sinterização podem ser intermitentes, adequadas a pequenas usinas siderúrgicas ou contínuas, para grandes usinas. Logo a seguir desenharemos um esquema de uma máquina de sinterizar em corte vertical.

Fig.3.15 – Esquema mostrando Uma máquina de sinterização intermitente e o avanço e a temperatura da frente de combustão. A chaparia pode ser confeccionada com chapas de aço doce soldadas. A proteção térmica da chaparia pode ser feita com revestimento intemo de refratário sílico-aluminoso ou aluminoso. As barra de grelha podem ser de ferro fundido refratário ou aço refratário, com 25 a 30% de cromo ela 2% de niquel. A falsa grelha é uma camada protetora de sinter com 25 a 35mm de espessura, com granulometria de 10 a 25mm. As funções principais da falsa grelha é impedir a sucção de finos pelo sistema de exaustão e impedir que a frente de combustão atinja as barras de grelha.

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Fig.3.16 – Corte longitudinal do leito de uma máquina de sinterização contínua

Fig.3.17 – Corte Transversal do leito de uma máquina de sinterização contínua

Fig.3.18 – Esquema mostrando o sistema de exaustão de uma sinterização contínua tipo Dwight-Lloyd. 03.7.6 - PREPARAÇÃO DO SINTER Depois de resfriado, o sinter deve ser fragmentado e peneirado, de modo que o sinter  com granulometria de 5 a 50mm vai para o alto fomo, uma pequena quantidade com granulometria de 10 a 20mm irá formar falsa grelha nos processos seguintes e o sinter  menor que 5mm retoma para a preparação da mistura de sinterização. 47

04 - PROCESSOS DE REDUÇÃO DOS MINÉRIOS DE FERROS 04.1 - PROCESSOS DE REDUÇÃO DIRETA O processo de obtenção do ferro consiste basicamente na redução dos seus óxidos por  meio de um combustível carbonoso redutor, em geral coque, carvão vegetal ou mineral. Para que as reações de redução dos óxidos de ferro ocorram em velocidades rápidas, é necessário temperaturas acima de 1000oC, onde obtemos o ferro por redução indireta ou por redução direta. Processos de redução direta são aqueles nos quais a redução do minério de ferro a ferro metálico é efetuada sem que ocorra, em nenhuma etapa do processo, a fusão da carga no reator. A redução no estado sólido de minério de ferro por carvão é praticada desde a antigüidade, tendo sido o principal processo de obtenção de ferro até o desenvolvimento dos altos fornos. Assim, o produto metálico é obtido na fase sólida, sendo chamado de “ferro esponja”. O ferro esponja é um produto metálico com 85 a 95% de ferro e de 0,1 a 1,0% de C, podendo chegar a 2,0% de C. Tem aspecto esponjoso e é obtido no estado sólido à temperatura em torno de 1100oC, a preços relativamente reduzidos se comparado a grandes siderúrgicas. Em geral, o ferro esponja é utilizado em fornos elétricos a arco em substituição à sucata para obtenção do aço, onde a sua característica vantajosa é a sua superioridade em relação à sucata em termos de pureza (elementos de liga contidos na sucata podem dificultar o atendimento à especificação do aço a ser produzido). Os processos de redução direta podem ser divididos conforme o tipo de redutor, em duas classes: redutor sólido (carvão ou coque) ou redutor gasoso (gás natural-CH4 e/ou gases redutores como CO, H2). Reações de reforma ou enriquecimento do gás redutor utilizado para reutilização no reator, normalmente feitos em reatores separados do reator de redução dos minérios. CO2 + C → 2CO H2O + C → H2 + CO CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 CH4 + H2O → CO + 3H2 Reações de redução do minério de ferro no reator de redução. 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 + H2O Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 Fe3O4 + H2 → 3FeO + H2O 48

FeO + CO → Fe + CO2 FeO + H2 → Fe + H2O Portanto, as reações de redução no estado sólido (temperaturas entre 1000 a 1200oC) normalmente envolvem os gases redutores CO e H2. O processo de redução direta é um processo altamente viável em países pouco industrializados, com minérios de alta qualidade, com escassez de sucata e com gás natural em abundância, reduzindo conseqüentemente o emprego do coque que é necessário nos altos fornos, pois este redutor necessita de carvão mineral coqueificável e cujas reservas estão cada vez mais escassas. Principais processos de fabricação de ferro esponja: Processos utilizando retorta HYL HOGANNAS Processos com fornos rotativos KRUPP-RENN SL/RN STEICO-LURGI DORED Processos com leitos fluidizados FERRO.H ESSO-LITTLE NU-IRON HIB-NOVALFER Processos com fornos de cuba WIBERG MIDREX PUROFER ARMCO

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Fig.3.19 – Esquema mostrando os diferentes processos de redução direta. 04.2 - PROCESSOS DE REDUÇÃO INDIRETA O ferro é com certeza o mais versátil dos metais, cuja gama de aplicações estende-se aos próprios limites da imaginação. Em diversas aplicações de diversos materiais, sempre é possível encontrar uma liga que tenha como base o ferro. Dessa maneira a produção do aço em larga escala tornou-se uma necessidade mundial, notadamente no pós-guerra como o desenvolvimento industrial do mundo. O desenvolvimento das aplicações ou das qualidades dos diversos tipos de aço ou ligas de ferro em larga escala só foi possível graças a abundância do minério de ferro, sendo na maior parte na forma de óxidos. Por coincidência o minério de ferro pode ser reduzido num redutor extremamente abundante que é o carvão. Desta forma, passou-se então a desenvolver métodos e máquinas que associassem a esses três elementos: - Abundância de minério; - Abundância de carvões; - Abundância de aplicações; Resultando um processo chamado "Alto Forno". 04.2.1 – ALTO FORNO O alto forno é um tipo de forno de cuba empregado na produção de ferro gusa, pela fusão redutora de minérios de ferro em presença de carvão vegetal ou coque e fundente, os quais são carregados no topo e, na descida, são transformados pela ação dos gases ascendentes, provenientes da combustão do carvão com o oxigênio soprado pelas ventaneiras, obtendo-se escória e ferro gusa líquidos pelo cadinho e poeiras e gases no topo. 50

Fig.4.1 – Esquema mostrando um alto forno e seus principais equipamentos periféricos, como os regeneradores, ventoinhas, sistema de coleta de gases, casa de corrida, correia transportadora principal e carro torpedo. 04.2.1.1 - FERRO GUSA E SUBPRODUTOS Em um Alto Forno, o ferro gusa é o principal produto e o gás de topo, pó e escória, são recuperados como subprodutos. 1 - Ferro Gusa O ferro gusa pode ser diferentemente classificado de acordo com a matéria prima usada, constituintes e utilização. Geralmente é dividido em gusa para aciaria, gusa para fundição e gusa para ligas. Na utilização para aciaria o gusa usado é proveniente da mesma usina, desta forma, normas internas são feitas para controlar a composição química do mesmo. 2 - Sub Produtos a) Gás de Alto Forno O gás de Alto Forno contém de 21 a 25% de CO, 18 a 22% de CO2, 2 a 5% de H2 possuindo 700 a 800 kcal/Nm³ de poder calorífico e por isso ele é recuperado e usado como combustível. 51

O gás é limpo (no sistema de limpeza de gases), colocado em uso para diversos fins, tanto "puro" como em mistura com gás de coqueria ou com gás de convertedor. b) Pó de Alto Forno O pó recolhido no sistema de limpeza de gases, é formado pelo pó recolhido no balão de pó (dust catcher) e pelo pó úmido recolhido nos "Venturi scrubber" e/ou precipitadores elétrostáticos. A composição de pó varia de acordo com a matéria prima usada, porém, aproximadamente é composto por 25 a 40% de Ferro; 40 a 45% de C; 5 a 7% de SiO2 e 2 a 4% de CaO. c) Escória de Alto Forno A quantidade de escória produzida é normalmente 250 a 340 kg/t de gusa. A escória de Alto Forno era descartada, porém agora ela é um subproduto se apresentando na forma de escória bruta (aterros) e escória granulada (usada na fabricação de cimento). 04.2.1.2 - IMPACTOS AMBIENTAIS GERAIS CAUSADOS PELA ESCÓRIA Como a fabricação de metal necessita de muitos minerais, principalmente o minério de ferro e a sua etapa final é o resíduo escória, a desestabilização do meio ambiente é inerente. Os rejeitos metálicos gerados pela atividade siderúrgica, pela movimentação intensa de caminhões e máquinas e pela própria lixiviação dos montes de escória, são em grande parte acumulados nos sedimentos, devido suas características físicoquímicas, tais como a granulometria fina das partículas e os valores do seu pH, contribui para a precipitação de metais na interface sedimento-água. Alguns bioacumuladores, presentes tanto no sedimento, quanto na água, servem de alimento aos seres humanos, o que implica dizer que os metais podem chegar a eles. O impacto da escória sobre o meio ambiente pode ocorrer de maneira direta ou indireta. O impacto direto ocorre quando a escória está na fase líquida, e o impacto indireto quando a escória está na fase sólida. Na fig.4.2, apresenta-se os impactos da escória, de uma maneira geral. Escória Escória Líquida

Vaporização

Condensação

Escória Sólida

Lixiviaçã o

Solubização

Fig.4.2 – Fluxograma dos impactos ambientais gerais da escória de alto forno. 52

Observando a fig.4.2, percebe-se que a escória produz impacto ambiental direto quando na fase líquida, por meio da vaporização e condensação, que dependem da temperatura e da composição química. O vapor pode conter partículas de óxido, hidróxido, cloreto, sulfato, sulfito, fosfato ou mesmo na forma elementar. Quando a temperatura é alta, entre 1000ºC a 1600ºC o impacto ambiental predominante é a vaporização, quando a temperatura é menor do que 1000ºC, o impacto predominante é a condensação, onde predominam os sulfatos. Os estudos concluem que o impacto ambiental depende da viscosidade da escória, propriedade que é fortemente afetada pela temperatura. Quanto aos impactos indiretos, são a lixiviação e a solubilização. Os ensaios de lixiviação são realizados, visando simular as condições as quais a escória estará submetida, quando estiver estocada. Tal simulação permite avaliar as propriedades específicas das escórias, bem como a saída de um ou mais constituintes da mesma e se ela influenciará a fertilidade do solo, ou provocará algum tipo de contaminação. Existem inúmeros fatores que podem influenciar a relação em que os constituintes são dissolvidos da matriz da escória. Esses fatores são de natureza física, química e biológica, sendo que os fatores de natureza biológica geralmente estão ligados aos fatores químicos. Os principais fatores químicos que influem na lixiviação são: o processo de adsorção, o pH do material, as condições de oxidação-redução, fatores biológicos que afetam o pH, o potencial de lixiviação dos constituintes e a velocidade de saída dos elementos. Os principais fatores físicos, que influem na lixiviação são os seguintes: condições hidrológicas, a permeabilidade da matriz, a porosidade da matriz, a temperatura, o fluxo lixiviante, o tempo de exposição do material, a geometria do material, o tamanho das partículas expostas a lixiviação e a homogeneidade ou heterogeneidade da matriz. Os ensaios de lixiviação disponíveis em grande número se caracterizam pela especificação dos agentes físicos e químicos, tendo todos eles os mesmos princípios básicos podendo sofrer, pequenas variações que os aproxime das condições específicas da sua necessidade. Com relação a solubilização, que é um ensaio que tem por objetivo determinar a concentração dos possíveis elementos ou compostos contaminantes em solução, quando sob condições de saturação, se caracteriza por relações de líquido/sólido baixas, resíduos particulados e por tempo de contato que permita alcançar a condição de equilíbrio químico entre as fases líquido-sólido. Em suma, a solubilização determina o potencial contaminante do material através da integração dos parâmetros químicos e físicos, que são a solubilidade e a porosidade, respectivamente. Outro estudo interessante sobre os impactos ambientais causados pela escória de alto forno, concluiu que as escórias mesmo tendo baixos teores de metais, produzem impactos sobre o solo e sobre as águas subterrâneas, salientando, que se deve conhecer os mecanismos de controle do impacto ambiental e não só o conhecimento científico sobre o resíduo metalúrgico (escória).

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04.2.1.3 - CORPO PRINCIPAL DO ALTO FORNO O alto forno pode ser construído com chaparia de aço extradoce, protegida internamente com uma grossa camada de refratários dotados de camisas de refrigeração a água. Historicamente, o corpo principal do alto forno se divide em goela, cuba, ventre, rampa e cadinho, ou seja: 1. TOPO: É a parte superior do Alto Forno onde localizam-se os dispositivos de carregamento (cone grande, cone pequeno, bleeders, correia transportadora, etc.) 2. GOELA OU GARGANTA situa-se logo abaixo do cone grande, possui várias fieiras de placas de desgaste feitas em aço ou ferro fundido para proteger os refratários do impacto e da abrasão da carga ao ser aberto o cone grande. 3. CUBA Região logo abaixo da goela, os materiais carregados ainda estão no estado granular. 4. RAMPA É a região onde os refratários estão submetidos aos ataques mais severos, devido à ação do calor, pressão e ação da escória. Esta região é refrigerada externamente, podendo-se inserir entre os refratários varias placas de refrigeração ou staves. 5. VENTRE É a parte de maior diâmetro do Alto forno e região de alta temperatura. 6. CADINHO Região que contém o gusa e a escória. O diâmetro interno do cadinho mais o volume interno do forno são utilizados para representar o tamanho do forno. 04.2.1.4 – ASPECTOS INTERNOS DO ALTO FORNO 1. Zona Granular  É a região onde o minério e coque descem como carga sólida, ela engloba a zona de reserva térmica e química. Inicialmente, o mineral de hematita (Fe2O3) é reduzido a magnetita (Fe3O4) pela ação do gás reduto CO logo após o carregamento no topo. Durante a descida de carga, ainda na cuba a magnetita continua reagindo com o CO formando então o óxido de ferro wustita (FeO). Finalmente, por volta de 1000oC, logo no início da zona coesiva ou zona de amolecimento e fusão, a wustita reduz a ferro metálico.

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Esta região utiliza a carga térmica e o potencial redutor dos gases provenientes das regiões inferiores. Portanto, as reações de redução são feitas sem consumo de carbono. A temperatura nesta região varia de 200 a 1000o C. REAÇÕES: Para temperaturas entre 200 a 950o C, ocorre preaquecimento da carga e secagem e redução indireta dos minérios, ou seja: 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2

∆H = - 10,33 Kcal/mol ∆H = + 8,75 Kcal/mol

Para temperaturas à 900o C ocorre a calcinação do calcário e as seguintes reações: CaCO3 → CaO + CO2 CO + H2O → CO2 + H2 2CO → CO2 + C

∆H = + 43,35 Kcal/mol ∆H = - 9,68 Kcal/mol ∆H = - 41,21 Kcal/mol

Para temperaturas entre 950o e 1000o C situa-se a zona de reserva térmica e química, e a seguinte reação está em equilíbrio termodinâmico. FeO + CO → Fe + CO2

∆H = - 3,99 Kcal/mol

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Fig.4.3 – Perfil de um alto forno em corte vertical, mostrando as partes externas e as zonas internas. 2. Zona Coesiva ou Zona de Amolecimento e Fusão (1000 a 1450o C). Nesta região os minérios amolecem e fundem, a camada de coque permanece sólida permitindo o escoamento do fluxo gasoso para as partes superiores (cuba) do alto forno (janelas de coque). Aparece a formação de ferro metálico e escória primária líquida com baixo ponto de fusão (1300o C) e com alto teor de FeO, até 40%. Nesta região ocorre a reação de Boudouard (CO2 + C → 2CO ) altamente endotérmica. Portanto, redução do óxido de ferro nesta região implica em aumento de consumo de carbono e calor. Reações: CaCO3 → CaO + CO2

∆H = + 43,35Kcal/mol

A redução direta que ocorre nesta região é resultado da soma das seguintes reações: FeO + CO → Fe + CO2 CO2 + C → 2 CO FeO + C→ Fe + CO

∆H = - 3,99 Kcal/mol ∆H = + 41,21 Kcal/mol ∆H = + 37,22 Kcal/mol

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Formação da escória primária: SIO2 + 2FeO → 2FeO.SiO2 Al2O3 + FeO → FeO.Al2O3 SiO2 + MnO → MnO.SiO2 SiO2 + 2CaO → 2CaO.SiO2 A composição da escória primária é a seguinte: SIO2 AL2O3 25,6% 8,5%

CaO MgO FeO MnO 27,9% 3,2% 25,4% 8,88%

Esta região é a que oferece a maior resistência à passagem dos gases redutores, sendo responsável por cerca de 50% da perda de pressão.

Fig.4.4 – Esquema da distribuição de carga dentro da zona de amolecimento e fusão (zona coesiva) em um alto forno. 3. Zona de Gotejamento (1400o C a 1800o C) O metal e a escória líquidos descem sob um leito poroso de coque em contra corrente com o gás redutor. Nesta região ocorre a redução das impurezas do minério e parte do FeO contido na escória (redução rápida do FeO da escoria para teores de 5%) e a formação da escória secundaria com dissolução do CaO. Reações: FeO(l) + CO → Fe(l) + CO2 CO2 + C → 2CO P2O5 + 5CO → 2P + 5CO2 P2O5 + 5C → 2P + 5CO SiO2 + 2C → Si + 2CO FeS + CaO + C → CaS + CO + Fe FeS + MnO + C → MnS + Fe + CO MnS + CaO + C → Mn + CaS + CO 57

4. Zona de Combustão (2000o C). O ar quente soprado pelas ventaneiras, na parte superior do cadinho, faz o coque entrar em combustão elevando a temperatura acima de 1900°C na zona de combustão e os gases resultantes sobem aquecendo toda a carga. Reações: C + O2 .→ CO2 e mais calor  Em presença de muito carbono (atmosfera redutora) e em temperaturas acima de 1000o C o gás CO2 resultante da combustão do coque com o ar, reage com o carbono formando o gás redutor CO. CO2 + C → 2CO O CO em ascenção é o principal agente redutor do minério de ferro. Ocorre também a formação da escória final com a dissolução da cal que não foi incorporada na rampa e a absorção de cinza do coque (SiO2)

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Fig.4.5 – Esquema de uma seção vertical em frente a uma ventaneira de alto forno. 5. Zona do cadinho: Nesta região, o gusa e a escória líquidos e o coque se acumulam num recipiente refratário. O cadinho também contém um ou mais furos de gusa, por onde ocorre o esgotamento do mesmo para a casa de corrida. 04.2.1.5 - PERIFÉRICOS DO ALTO FORNO 1 - SISTEMA DE CARREGAMENTO: Os pequenos altos fornos são alimentados com carga sólida por meio de skipers e os grandes por meio de correias transportadoras. Estando no topo, a carga pode ser  introduzida no alto fomo através de sistema de cones ou por calha giratória. 2 – EQUIPAMENTOS DE OPERAÇÃO PARA PRESSURIZAÇÃO DO TOPO: Estes equipamentos possuem a função de manter o topo do alto forno pressurizado, entre 1,5 e 2,5kgf/cm2, para reduzir a perda de carga entre o topo e as ventaneiras, reduzindo assim a velocidade ascendente do gás e facilitando as reações de redução na cuba. 59

Fig.4.6 – Sistema de carregamento e pressurização do topo de um alto forno com duplo cone, incluindo limpeza de gases (AF1 da CST).

Fig.4.7 – Seqüência de carregamento do topo de um alto forno com duplo cone.

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Fig.4.8 – Sistema de carregamento e pressurização do topo de um alto forno com calha rotativa (AF2 CST). 3 - SISTEMA DE LIMPEZA DOS GASES O gás que sai no topo do alto fomo arrasta consigo poeiras (15 a 35gNm3) que não podem ser lançadas na atmosfera, por isso, todo o material é submetido a um sistema de controle ambiental que separa todas as partículas sólidas, formando uma lama que é aproveitada na sinterização. A limpeza do gás é geralmente feita por um coletor de pó, venturis, lavador de gás(bischoff), precipitador eletrostático e separador de neblina. Os sistemas de limpeza de gases podem ser visto nas fig.4.6 e 4.8. O gás de alto forno limpo é empregado no aquecimento dos regeneradores e também é mandado para o um gasômetro, onde é distribuído para toda a usina e posteriormente misturado a outros gases combustíveis gerados na própria usina. A combustão da mistura de gases pode ser usada na produção de vapor para produção de energia nas termoelétricas. 4 - ANEL DE VENTO: Se trata de um anel tubular que envolve o alto fomo na altura da rampa, que recebe o ar quente dos regeneradores e o distribui para o interior do alto fomo pelas ventaneiras.

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5 – CASA DE CORRIDA: É a área em volta do cadinho destinada às corridas de ferro gusa e escória. Na CST, os furos de corridas são abertos com perfuradores pneumáticos e fechados por  canhões hidráulicos para projeção de massa. No caso do forno 1, o sistema possui, normalmente, um canal em reforma, um aguardando operação e dois operando, estes em casas de corridas diferentes, tendo como objetivo manter o forno sempre esgotado.

Fig.4.9 – Foto de parte do Alto Forno da CST, onde aparece a casa de corrida, anel de vento e conjunto de ventaneiras. 6 - SEPARAÇÃO DO GUSA E DA ESCÓRIA: O gusa e a escória saem juntos por um único furo no cadinho, chamado furo de gusa. A separação do gusa e da escória se faz por diferença de densidade no canal de corrida principal. O gusa, mais denso, segue por outros canais em direção ao carro torpedo, e a escória segue para o sistema de granulação, onde a mesma recebe jatos de água pressurizados ficando com granulação fina devido ao choque térmico. Após desidratação da escória, ela é vendida para fábricas de cimento.

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Fig.4.10 – Esquema mostrando a separação do gusa e da escória na casa de corrida. 7 - SISTEMA DE INJEÇÃO DE AR PELAS VENTANEIRAS: O sistema é constituído por: a) Tubulação de entrada do ar - Anel de vendo (tubulão), b) Mais de 20 derivações de: (AF1 da CST possui 38) b.1)Redução superior  b.2) Curva superior  b.3) Junta de expansão b.4) Joelho / cotovelo b.5) Algaraviz (refrigerado com água). b.6) Frame (refrigerado com água) b.7) Caixa de refrigeração (cobre eletrolitico refrig. c/ água) b.8) Ventaneira (cobre eletroli tico refrigerado com água) – em alguns algaraviz possui uma lança para injeção de carvão pulverizado pelas ventaneiras.

Fig.4.11 – Esquema mostrando um sistema de injeção de ar pelas ventaneiras do alto forno.

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8 - REGENERADORES OU COWPERS: São trocadores de calor que recebem o ar na temperatura ambiente, o aquece a cerca de 1200°C e envia para o anel de vento do alto fomo. Se o ar necessário à combustão fosse introduzido pelas ventaneiras à temperatura ambiente, seria necessário maiores quantidades de coque para gerar calorias para aquecer os gases redutores até as temperaturas de trabalho do interior do forno. Desta forma, utiliza-se parte dos gases do Alto Forno (BFG), misturados com o gás de coqueria (COG) para pré-aquecer o ar a temperaturas da ordem de 800 a 1200o C. Em média cada 100o C de aquecimento a mais no vento, reduz o consumo de coque de 20 a 40 Kg/t gusa. 8.1 - FUNCIONAMENTO DE UM REGENERADOR O gás misto (COG mais BFG) é introduzido juntamente com o ar perto da base da camara de combustão. O gás é queimado no interior da câmara de combustão, sobe pela mesma e atravessa os os tijolos refratários da câmara de regeneração. O gás queimado cede calor aos tijolos e sai por volta de 1500o C. Após aproximadamente 50min, o refratário atinge temperaturas; 1400o C. O ar soprado faz o caminho inverso do gás , ou seja, atravessa a câmara de tijolos refratários, se aquece e sai no terço inferior do ducto da câmara de combustão. A temperatura do ar injetado nas ventaneiras é controlada automaticamente pela adição do ar frio na tubulaçãode ar quente que vai para as ventaneiras, por meio de uma câmara de mistura.

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Fig.4.12 – Esquema mostrando regeneradores de câmara de combustão interna e externa. 9 - SILOS DOS ALTOS FORNOS: Na CST, existem 12 silos de 500m3 para sinter, minério e pelotas; 4 de 200 m3 para small-coque e fundentes e 4 de 850 m3 para coque.

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05 - DESSULFURAÇÃO NA CST O ferro gusa gerado nos altos fornos possuem elevados teores de enxofre, elemento indesejável na maioria dos aços e de difícil eliminação nos convertedores. Para que ocorra condição ideal para a dessulfuração é necessária uma escória bastante básica (rica em CaO) e uma atmosfera redutora(rica em CO). O alto forno possui atmosfera redutora, mas a sua basicidade é limitada para se produzir uma escória líquida e fluida (CaO/SiO2 = 1,2). No caso da aciaria, temos excesso de cal, mas a atmosfera é oxidante. Portanto, nem o alto forno nem a aciaria possui condições ideais para a dessulfuração. Por essa razão, o ferro gusa deve ser dessulfurado, ainda nos carros torpedos, antes de seguir para a aciaria, numa estação de dessulfuração onde se cria as condições ideais. A mistura dessulfurante, na média, é composta por 50% de carbureto, 38% de calcário e 12% de coque. Esse último tem a função de garantir a atmosfera redutora necessária para que as reações ocorram. O calcário fornece cal para dar uma alta basicidade necessária à dessulfuração e o dióxido de carbono confere agitação ao banho, garantindo maior rendimento e o carbureto é a principal fonte de cálcio e também fornece carbono ao banho. 05.1 – REAÇÕES NA DESSULFURAÇÃO A seguir escreveremos as principais reações que ocorrem durante a dessulfuração do ferro gusa: Decomposição do calcário: CaCO3 → CaO + CO2 . Escorificação do enxofre: FeS + CaO + CO → CaS + Fe + CO2. A mistura dessulfurante é introduzida no carro torpedo por meio de uma lança que forma um ângulo de injeção de 70°, nas 3 primeiras dessulfurações e de 110° nas demais, para garantir um desgaste uniforme do refratário do torpedo e evitar a formação localizada de cascão.

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Fig.5.1 – Esquema mostrando uma estação de dessulfuração de gusa no carro torpedo.

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06 - PRODUÇÃO DO AÇO EM CONVERTEDOR: Os processos de fabricação de aço são designados pelo tipo de forno (Bessemer, Siemens-Martin, LD, Elétrico, etc.) e a natureza da escória (ácida ou básica). A transformação do gusa líquido em aço envolve: a) a diminuição dos teores de carbono, silício, fósforo, enxofre e nitrogênio a níveis bastante baixos: b) a adição de sucata ou minério de ferro para ajustar a temperatura do aço bruto; c) o ajuste dos teores de carbono, manganês, elementos de liga e da temperatura no forno ou na panela de vazamento. Nas duas últimas décadas, procurou-se pré-tratar o gusa líquido, pela dessulfuração e, até com um pré-refino, ( desiliciazação, desfosforação e dessulfuração ). 06.1 - PROCESSOS DE SOPRO PNEUMÁTICO: Até 1856, quando Henry Bessemer na Grã-Bretanha e William Kelly, nos Estados Unidos, quase simultaneamente, inventaram o processo de sopro pneumático, o aço era obtido apenas pela refusão de pequenas quantidades de sucata em fornos de cadinho ou pelo penoso processo de pudlagem em fornos de revérbero. Inicialmente o convertedor com sopro atmosférico utilizava revestimento ácido (pedra silicosa). Devido a necessidade de se baixar o teor de fósforo, foi-se necessário utilizar  escórias básicas, desta forma, o revestimento ácido do convertedor Bessemer se consumia muito rapidamente, pois reagia com a escória. Graças aos trabalhos de Sidney Gilchrist Thomas, o convertedor recebeu o revestimento básico (dolomítico), em 1877. Tal descobrimento permitiu a remoção do fósforo dos minérios europeus com teor mais elevado deste elemento. No processo Bessemer ácido, o conversor é carregado com gusa líquido a uma temperatura de 1300 a 1400°C e o calor necessário para: a) elevar a temperatura do ar até a do metal líquido, b) fundir as adições, c) compensar as perdas térmicas de condução e convecção através do revestimento e pela radiação da camada superior do banho. Em princípio, a operação do conversor consiste na injeção de ar sob pressão pela parte inferior por meio de canais nos refratário chamados de ventaneiras, fazendo com que o ar atravesse o banho de gusa líquido. O oxigênio do ar combina-se com o ferro, formando o FeO que, por sua vez, combinase com o silício, o manganês e o carbono; portanto, estas impurezas são eliminadas, seja sob a forma de escória, (SiO2, MnO), ou de gás, (CO), que inflama-se na boca do convertedor. 68

Um dos fatores mais importantes era a temperatura do gusa: tanto o seu calor sensível (temperatura física), como o seu calor latente, isto é, o teor de elementos que, ao queimar, geravam calor. Um gusa "fisicamente quente" permitia a adição de sucata no conversor. (aproveitando-se assim, pontas e recortes das operações laminação) e, também, sopragem rápida sem projeções. A temperatura do gusa, ao ser vertido no conversor, não deveria ser superior a 1250°C. Para a produção do aço Bessemer, preferia-se gusa com a seguinte composição: Si = 1,10 a 1,50%; Mn = 0,40 a 0,70%e P = 0,090% máximo. O silício, se mais baixo, teria a tendência de causar corridas frias. O manganês, acima de 0,70%, ocasionava uma escória muito fluida, resultando em projeções e mais difícil separação entre ela e o aço.

Fig.6.1 – Esquema de um convertedor Bessemer. 06.1.1 - PROCESSOS DE SOPRO A OXIGÊNIO A idéia original foi exposta pelo próprio Sir Henry Bessemer em 1856, porém, as dificuldades na obtenção do oxigênio puro, em quantidades industriais, não permitiram a sua utilização prática. Somente após do desenvolvimento das grandes instalações para produção de oxigênio, é que a idéia foi novamente retomada por vários metalurgistas. Em 1939, Otto Lellep em Oberhausen e em 1941, Carl Valerian Schwarz em Aachen na Alemanha; em 1947, Prof. Robert Durrer na Suíça e, em 1949, Heribert Trenkler na Áustria, experimentaram a utilização de oxigênio em convertedores. Finalmente, em novembro de 1952, iniciou-se a operação da Aciaria I da Voest, com dois convertedores de 30 ton., sendo que a primeira instalação no hemisfério sul foi a da Cia. Siderúrgica Belgo-Mineira em Monlevade-MG, inaugurada em outubro de 1957.

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As vantagens dos processos a oxigênio são: a) rapidez na transformação do gusa em aço; b) o reaproveitamento da sucata de recirculação, (gerada na própria usina) e que corresponde a 20% do aço bruto. Esta sucata é isenta das impurezas que a sucata externa externa (ferro velho ), contêm. MATERIAIS UTILIZADOS: 1- OXIGÊNIO Deve-se ter no mínimo 99,5% de pureza. Os restantes 0,2 a 0,3% consistem em: 0,2% de argônio e 0,005% máximo de nitrogênio, (importante para evitar fenômenos de envelhecimento sob tensão). A vazão de O2 deve ser a velocidades supersônicas para penetrar na camada de escória e, também, para evitar o entupimento dos bocais da lança. É, igualmente relevante para determinar a altura do bocal em relação ao banho, de importância para controlar o grau de oxidação da escória e de remoção do enxofre e do fósforo. 2- GUSA Contém: 4,0 a 4,5% de C, 0,5 a 1 ,5% de Si, 0,3 a 2,0% de Mn, 0,03 a 0,05% de Se 0,05 a 0,15% de P. O metal líquido, depois de vazado na panela, ao resfriar, atinge a saturação com o carbono. No vazamento do alto forno, a temperatura do gusa é de 1480 a 1510°C, pois até o carro torpedo chegar ao convertedor haverá uma perda de temperatura do gusa de cerca de 135o C, e o processo de refino necessita de uma temperatura do gusa acima de 1400o C. Com a queda da temperatura, o excesso de carbono deixa o banho sob a forma de grafite, poluindo o ambiente. Entre 80 a 75% da carga do convertedor é constituída de gusa líquido, sendo o restante, de sucata. A dessulfuração do gusa pode ser feita no carro torpedo ou na panela de carga. Neste último caso, o grau de tratamento pode ser ajustado individualmente para cada corrida. Os agentes dessulfurantes utilizados são: Magnésio, Carboneto de Cálcio e o Carbonato de Cálcio. O uso deste último tem dois inconvenientes: alto consumo específico e baixo poder dessulfurante. A injeção de magnésio tem como base a elevada afinidade deste com o enxofre. Como o magnésio tem baixo poder de ebulição (1100oC) e vaporiza facilmente, deve ser  misturado com cal ou coque (formando briquetes). A geração de escória varia de 5 a 16 kg/t de gusa, dependendo da taxa de injeção e da escumagem efetuada.

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3- SUCATA São usadas: tanto a sucata interna, (pontas de lingotes, de placas ou blocos, de tarugos ou de corte de chapas), como a externa, (sucata de operações industriais: de estamparia ou prensagem, ou de obsolescência: ferro-velho). Com a sucata externa, há o risco de contaminação, (metais não ferrosos, tintas, etc.). 4- ESCORIFICANTES Usa-se cal, dolomito calcinado e fluorita. Na cal, procura-se alta porosidade e elevada reatividade. Cal dolomítica pode ser usada para proteger o revestimento de magnésia ou de dolomita do conversor, procurando-se operar com 4 a 6% de MgO na escória. O consumo de cal dolomítica é da ordem de 30 a 35 kg por t de aço. A fluorita promove a dissolução da cal e baixa o ponto de fusão, alem de estimular a fluidificação da escória. 5- FERRO-LIGAS Fe-Cr e maiores quantidades de Fe-Mn podem ser adicionados no estado líquido durante o vazamento. Pode-se empregar um forno de indução para este fim, evitandose ter que superaquecer o banho para dissolver as ferro- ligas. 6- REFRATÁRIOS A duração do revestimento tem evoluído pela utilização de refratários de melhor  qualidade e pelo emprego de revestimentos diferenciados, embora, por outro lado, as temperaturas do aço líquido tenham aumentado por causa do lingotamento contínuo e do desenvolvimento da metalurgia secundária. Um amplo leque de materiais está à disposição, como tijolos de dolomito ligado com alcatrão; dolomito enriquecido com carbono, ligado com alcatrão; dolomito-grafite enriquecido com carbono, ligado com alcatrão; dolomito enriquecido com magnésia, ligado com alcatrão; magnésia, ligada com alcatrão; magnésia, ligada com alcatrão e impregnada com piche; magnésia-grafite, ligada com alcatrão ou resina, magnésia, queimada, impregnada de alcatrão. Aditivos metálicos, como alumínio, magnésio e silício, ou combinações destes elementos, são usados para evitar a oxidação do carbono. Estes metais não só aumentam a resistência à oxidação, como também, reduzem a porosidade e evitam a penetração da escória, pela formação de óxidos e carbonetos; outrossim, melhoram a resistência a quente, tanto à corrosão com à erosão. O consumo de refratário depende do tipo de revestimento, da geometria do conversor e do programa de produção, variando entre 1 ,5 a 8 kg/t de aço. 06.1.1.1 - CONVERTEDOR LD. O convertedor tem a forma de um barril sendo basculado para carga ou vazamento, em torno de um eixo horizontal, acionado por conjuntos de motores e redutores. Para a chaparia, é utilizado um aço baixa liga ao cromo-molibdênio. Logo junto à carcaça metálica, em aço resistente ao envelhecimento, com 35 a 75 mm de espessura, é colocada uma camada de tijolos de magnésia calcinada, como revestimento 71

permanente, seguindo-se uma camada de magnésia apisoada, como separação e uma camada de desgaste, em blocos de dolomita calcinada impregnada com alcatrão. O fundo é de chapa metálica reforçada, seguindo-se várias fieiras de tijolos de magnésia, até a camada de desgaste, em blocos de magnésia calcinada e impregnada. A lança consiste de 3 tubos concêntricos, de aço sem costura, terminando num bocal de cobre eletrolítico; no interno, flue o oxigênio; o intermediário, é para a alimentação da água de resfriamento e o esterno, para o retomo da água aquecida. A ponta da lança contém 3 a 5 dutos em forma de venturi, para obter a velocidade supersônica do gás. Um sistema de talha elétrica, comandado da plataforma do conversor, suspende ou abaixa a lança. Dispositivo de segurança impede a sua queda, no caso de ruptura do cabo de sustentação; a duração média de uma lança é de algumas centenas de corridas.

Fig.6.2 – Esquema de um convertedor a oxigênio.

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Fig.6.3 – Seção de um convertedor a oxigênio LD, mostrando a posição da lança, refratários, carcaça metálica, furo de corrida e do anel-suporte. OPERAÇÃO Com o convertedor inclinado, a sucata é carregada por uma calha ou por um vagão basculador, seguindo-se o gusa líquido. Colocado na posição vertical, introduz-se a lança de oxigênio até a altura prédeterminada (1,0 a 1,5m distante do banho). A pressão de oxigênio varia de 10,5 a 12,6 atmosferas. Após a ignição, que ocorre depois de alguns segundos, faz-se o carregamento da cal por meio do silo montado sobre o forno. O tempo de sopro varia entre 17 a 18 minutos e o tempo total da corrida é de aproximadamente 35 minutos. O rendimento em aço produzido, em relação aos materiais carregados, é da ordem de 90%. O consumo de oxigênio a 99,5% de pureza é, aproximadamente, de 57 Nm3 por tonelada de aço. Completado o sopro, a lança é retirada e o conversor basculado para a horizontal. Mede-se a temperatura do banho com um pirômetro de imersão e colhe-se uma amostra para análise, que é feita entre 3 a 5 minutos. No final do vazamento, retém-se a escória no conversor com o "tampão flutuante" de modo a vedar o furo de corrida quando a escória começar a vazar. Para vazar a escória, bascula-se completamente o conversor para o lado oposto sobre o pote de escória e prepara-se o conversor para a corrida seguinte. As adições de liga são feitas no jato, durante o vazamento na panela. 73

Fig.6.4 – Esquema de um Layout básico da área de refino de uma aciaria LD, vista aérea mostrando área de sucata, convertedores e virada do carro torpedo.

Fig.6.5 – Esquema de um Layout básico da área de refino de uma aciaria LD, vista em corte mostrando convertedor, panela de gusa coleta de gases e sala de controle.

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REAÇÕES: A primeira reação que ocorre no convertedor é o oxigênio que sai da lança e encontra o ferro metálico no banho líquido. Este contato ocorre não pela afinidade do oxigênio pelo ferro, pois outros elementos como silício, carbono e manganês, possuem mais afinidade pelo oxigênio, mas pela grande quantidade de ferro no banho (mais de 97%). A reação então é: 2Fe + O2 → 2FeO Em seguida devido à maior afinidade do silício pelo oxigênio, este reage com o FeO, retornando o ferro para o banho. 2FeO + Si → SiO2 + 2Fe Em seguida o manganês se oxida da mesma forma. FeO + Mn → MnO + Fe A silica formada combina-se com o FeO, MnO e cal do fundente para formar a escória FeO + SiO2 → 2FeO.SiO2 CaO + SiO2 → CaO.SiO2 MnO + SiO2 → MnO.SiO2 Em seguida a oxidação do carbono FeO + CO → Fe + CO2 2C + O2 → 2CO C + O2 → CO2 A partir dos convertedores LD desenvolveram-se outros processos de refino a oxigênio procurando-se fazer uma melhor distribuição dos gases no interior do convertedor de modo a facilitar as reações de oxidação das impurezas e com isto melhorar a qualidade do aço produzido. 06.1.1.2 - CONVERTEDOR LD-KGC. Este convertedor é o utilizado pela CST. Pela lança é feita a injeção de oxigênio pela boca do convertedor, e pelo fundo sopra-se argônio com a finalidade de promover  melhor homogeneidade do banho e facilitar as reações de oxidação. O argônio é injetado pelo fundo do convertedor por meio de canais no refratário chamados de ventaneiras. Após terminado o sopro, reduz-se a vazão do argônio ao mínimo para evitar o entupimento das ventaneiras pela escória que ficou retida no convertedor. Somente neste último caso pode-se substituir o argônio pelo nitrogênio.

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Fig.6.6 – Esquema de um convertedor LD-KGC. 06.1.1.3 - CONVERTEDOR K-BOP E Q-BOP. Com a melhoria dos materiais refratários, pode-se desenvolver o convertedor K-BOP que utiliza a injeção de oxigênio por cima com lança e também por baixo, substituindo o argônio. Com isto obteve-se melhorias significativas na qualidade do aço. O processo Q-BOP (Quick ou Quiet-Basic-Oxygen Process) inicialmente chamado de processo OBM (Oxygen-Botton-blowing-Max-hutte) foi desenvolvido na Alemanha, a partir de 1967,pela Eisenwerk- Gesellschaft Maximilliams-hutte, em colaboração com a Air Liquide (Canadá). Estudos semelhantes foram realizados ao mesmo tempo pelo CRM e pelas Forges de Thy-Marcinelle et Monceau, na Bélgica. O processo se constituía pela injeção de oxigênio somente pelo fundo, como o utilizado por Bessemer. Porém, devido às altas temperaturas geradas nas ventaneiras, era necessário a utilização de fluidos refrigerantes. Utilizou-se hidrocarbonetos gasosos(propano, butano, gás natural, etc...) como fluído re frigerante. O processo Q-BOP é, hoje o maior desafio ao processo LD. Os defensores do processo (Q-BOP) alinham, como vantagens sobre o LD um menor investimento, menores custos operacionais e maior produtividade, e como desvantagens o consumo de gás natural ou outro hidrocarboneto, e de nitrogênio, durante o basculamento e parada do forno. Essas informações. Entretanto, devem ser objeto de certas considerações.

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Fig.6.7 – Esquema de um convertedor Q-BOP. 07 - REFINO SECUNDÁRIO: 07.1 - DEFINIÇÃO Os processos de fabricação do aço são processos oxidantes, portanto, a quantidade de oxigênio no mesmo supera em muito 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. Desta forma, foram desenvolvidas técnicas de desoxidação onde se obtem os valores desejados. Alem da desoxidação, o refino secundário permite o ajuste de temperatura, da composição química, adição de elementos especiais, dessulfuração para teores abaixo de 0,005%, desfosforação e descarburação para teores abaixo de 0,002%. Refino secundário é definido como o trabalho metalúrgico de refino ou ajuste da composição química e da temperatura, realizado fora do forno primário de fusão, fazendo-se uma ou mais das seguintes operações unitárias: a) Tratamento sob vácuo, para remoção de gases, b) Agitação por borbulhamento de gás, para homogenizar o banho, c) Mistura completa de adições, d) Refino de aço pelo uso de escória sintética, e) Manutenção de uma atmosfera de gás inerte na panela, f) Aquecimento do aço líquido. Alguns dos motivos seriam: 1. Aumento da produtividade no conversor a oxigênio, ao descarburar a nível baixo, (0,03 a 0,06% de C), seguindo-se uma recarburação e o ajuste da temperatura, na panela. 77

2. Aumento da produtividade do forno elétrico, ao produzir aços especiais, transferindose as operações antes realizadas com uma Segunda escória, para o forno de tratamento. 3. Melhor controle da temperatura para o Lingotamento Contínuo. 4. Maior facilidade em atingir limites estreitos de composição e de propriedades mecânicas. 5. Obtenção de níveis de hidrogênio inferiores a 1,5 ppm e alcançar reduzidos teores de enxofre. 6. Fabricação de aços para esmaltação ou inoxidáveis ferríticos de baixo teor de Carbono. 7. Produção de aços ao cromo contendo carbono, em conversor a oxigênio. 8. Obtenção de níveis bastante baixos de enxofre, (normalmente inferiores 0,010%). Em resumo as vantagens econômicas seriam: a) redução nos gastos com materiais, tais como os elementos de liga, b) menor consumo de energia, c) aumento de produção, pois a unidade primária é aliviada de todo o trabalho metalúrgico, como: descarbonetação, dessulfuração, ajustes de composição, etc. 07.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS Pode-se agrupa-los em duas categorias: 1. SISTEMAS COM INJEÇÃO. Sua simplicidade de operação e baixo custo operacional e de capital, os recomendam para aços comuns, em grande volume e exigências limitadas de qualidade, podemos citar: 1.1. agitação com gás inerte 1.2. introdução de arame ou fita 1.3. Balas de alumínio 1.4. Injeção de pó 1.5. Escória sintética

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Fig.7.1 – Esquema do sistema de injeção de gás inerte na panela por tijolo poroso.

Fig.7.2 – Esquema de um processo de injeção de finos na panela. 2. SISTEMAS COM TRATAMENTO DO AÇO SOB VÁCUO. 2.1. desgaseificação no jato Para grandes peças forjadas, onde se objetiva a remoção do hidrogênio 2.2. desgaseificação com recirculação Seu custo de capital já é mais elevado. São usados, não para remover o hidrogênio e diminuir as inclusões não metálicas, mas também, na descarbonetação, para produzir  aços de bem baixo teor de carbono e para controlar rigidamente a composição e a temperatura de lingotamento. Este processo consiste em se posicionar uma câmara de vácuo sobre a panela de aço, comunicando-se com ela por meio de tubos revestidos de refratários (pernas). Estabelece uma pressão negativa (vácuo) em relação à panela de modo a fazer o metal líquido circular da panela para uma câmara de vácuo, por uma das pernas e retornar ao banho pela outra perna continuamente até máxima desgaseificação. 79

Para que esta circulação ocorra, é necessário injetar em uma das pernas um gás neutro, normalmente argônio, de modo a provocar uma diminuição da densidade do aço em uma das pernas, fazendo com que o aço suba para o interior da câmara. O aço junto com as bolhas de gás chega ao interior da câmara a alta velocidade, se dispersando em pequenas gotículas, liberando assim os gases dissolvidos. O aço desgaseificado retorna para a panela pelo outro tubo. Deste modo, é criada uma diferença de densidade no aço entre as duas pernas, fazendo como que ocorra a circulação do aço. Este processo é denominado de RH. 2.3. refino na panela São mais caros para instalar e operar. Por isso, são usados para o refino de aços de elevada qualidade, com propriedades mecânicas superiores. Em qualquer tipo de tratamento secundário, a distância entre o nível do metal e a borda livre da panela deve ser suficiente para: 1. conter quaisquer respingos causados pelo sopro com oxigênio e a injeção com gás inerte, 2. evitar o extravazamento de metal em agitação, 3. manter o calor confinado à panela, no caso de usar arco voltaico. A construção de uma panela à prova de vácuo exige alguns cuidados: 1. não pode ter furos de ventilação, (usados para a secagem do revestimento da panela normal). 2. As soldas devem ser à prova de vácuo; 3. A flange na borda da panela deve suportar o peso da tampa de vácuo, com todos os seus acessórios; 4. Os tampões porosos e as válvulas de gaveta devem, também, ser instalados à prova de vácuo. A unidade de Refino Secundário de aço na CST, localiza-se entre o Convertedor e o Lingotamento Contínuo, processo este chamado de Metalurgia da Panela, ou seja, tratamento físico e químico do aço na panela. Funciona ainda como um "pulmão" para as unidades de lingotamento, sendo responsável pelo sincronismo entre os convertedores e as máquinas de lingotamento. Existem atualmente na CST, dois equipamentos nesta unidade, que são o IR-UT (Injection Refining-up Temperature) e o RH-KTB (Ruhstall Heraeus -Kawasaki Top Blowing). As principais atividades do IR-UT são: Reaquecimento de corridas através da adição de alumínio (aluminotermia); Ajuste fino de composição química; Homogeneização do aço líquido (composição química e temperatura); Remoção de inclusões não metálicas através do borbulhamento do argônio; Controle da morfologia de inclusões através da injeção de pó Ca-Si; 80

Resfriamento de corridas através de adição de sucata; Dessulfuração do aço para produção de materiais com enxofre muito baixo. As principais atividades do RH-KTB são: Remoção de hidrogênio; Ajuste fino de composição química; Homogeneização do aço líquido { composição química e temperatura); Descarburação (natural ou forçada); Ajuste de temperatura {aquecimento químico ou resfriamento com sucata). O processo RH-KTB, diferencia-se do RH pela adição de uma lança de oxigênio na câmara de vácuo com a finalidade de descarburação máxima e aquecimento do banho pela reação do gás CO com o oxigenio gerando CO2 e liberando grande quantidade de calor. Estes dois equipamentos são de fundamental importância no processo produtivo da CST, atualmente, na medida que permitem a fabricação de aços para aplicações mais nobres e de maior valor agregado {TIN PLATE, API, IF, etc).

Fig.7.3 – Esquema do processo de injeção IR-UT utilizado pela CST.

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Fig.7.4 – Esquema do processo de desgaseificação à vácuo RH.

Fig.7.5 – Esquema do processo de desgaseificação à vácuo RH-KTB, utilizado na CST. 82

08 - LINGOTAMENTO CONTÍNUO É bastante antigo o desejo de lingotar diretamente o tarugo destinado à laminação de barras, eliminando-se o pesado e custoso laminador desbastador, bem como aumentar  o rendimento total em produtos de aço. Em 1840, G. E. Sellers nos Estados Unidos patenteava um processo de lingotamento contínuo de tubos de chumbo. Em 1843, J. Laing e em 1865, o próprio Sir Henry Bessemer, haviam solicitado patentes para o lingotamento contínuo de ferro maleável, destinado à fabricação de chapas. Em 1886, B. Atha obteve a patente para o lingotamento contínuo de tarugos de aço carbono de 100 x 100 mm. Durante muitos anos, grande número de pesquisadores dedicou-se a desenvolver a técnica de vazamento e, entre 1930 a 1940, Siegfried Jungnhans, na Alemanha, conseguiu lingotar continuamente, de início latão e alumínio, e depois, o próprio aço. O lingotamento contínuo de aço que produz placa de aço diretamente do aço líquido em um único equipamento foi o mais importante avanço tecnológico nos processos metalúrgicos desde os anos sessenta, pois permitiu a substituição do lingotamento convencional feito através de lingoteiras, que é um processo bastante oneroso porque envolve equipamentos adicionais como forno-poço, laminador desbastator, estripadores, manutenção de lingoteiras, transportes internos(pontes rolantes, etc.), para obter a placa de aço. O lingotamento contínuo eliminou os gastos com os equipamentos citados resultando além de redução de tempo e custo em melhoria da qualidade do aço. A importância da solidificação nos processos metalúrgicos do lingotamento contínuo, tais como, estrutura cristalográfica, distribuição de inclusões não metálicas, micro e macro segregações e as propriedades mecânicas, estão intimamente ligadas aos fenômenos de solidificação do aço. Desta forma, a transferência de calor durante a solidificação no processo de lingotamento contínuo influencia fortemente na qualidade do produto e na produtividade do processo, por isto, grande atenção é dedicada a automação deste item. Entretanto, existem outros fatores operacionais que também influenciam na qualidade e produtividade como nível do molde e do distribuidor, velocidade da máquina e são também controlados automaticamente. 08.1 - CARACTERÍSTICAS O lingotamento continuo compreende a seguinte seqüência de operação: a) Fluxo do metal líquido através de um distribuidos para alimentar o molde, b) Formação de uma casca solidificada, no molde em cobre, resfriado a água, c) Extração contínua da peça, d) Remoção de calor do núcleo ainda líquido, por meio de sprays de água de resfriamento, e) Corte no comprimento desejado e remoção das peças

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Basicamente, uma instalação de Lingotamento Contínuo é constituída de: a) uma calha de distribuição; b) o molde de cobre eletrolítico, resfriado a água, para formação da pele de solidificação inicial; c) a zona de resfriamento secundário, por meio de jatos de água para complementar a solidificação; d) rolos extratores, com velocidade regulável, para movimentação da barra produzida; e) dispositivos para o corte das barras e o transporte das peças cortadas. 08.2 - O PROCESSO DE LINGOTAMENTO CONTÍNUO Basicamente existem três tipos de máquinas de lingotamento contínuo, que são a máquina vertical, a de dobramento de tarugo e a de molde curvo. A máquina vertical que está mostrada na fig.8.1 foi a primeira que surgiu, mas possuia um inconveniente de estas instalações serem muito altas, em torno de 30 metros. O aço líquido é transferido para uma calha de distribuição(distribuidor) pelo fundo em panelas convencionais. O distribuidor serve para manter um certo volume de aço líquido, de modo a alimentar  o molde com uma pressão ferrostática constante e controlar a vazão do aço para o molde. O molde(lingoteira) é fabricado de cobre ou grafite, e tem um movimento oscilatório para reduzir a aderência do aço em suas paredes, além disto, utiliza-se lubrificantes à base de óleo ou grafite. Durante a solidificação do aço no molde, o metal líquido forma um cone bastante alongado devido à fraca condutibilidade térmica do mesmo, como pode ser visto na fig.8.2. O aço sai do molde na forma de barra ou placa e está sólida somente na sua extremidade com cerca de 12 cm de casca solidificada(pele). O núcleo líquido é então solidificado logo abaixo na zona de resfriamento secundário(3 a 12 metros), onde recebe jatos de água (sprays) diretamente contra o veio. Isto tem como finalidade solidificar completamente a peça sem haver tensões ou deformações sucessivas. O molde possui comprimento de 50 a 80 cm, de modo a proporcionar que a pele solidificada tenha resistência própria, para não romper ou inchar em demasia. Após deixar o resfriamento secundário, o resfriamento da peça se faz por irradiação, e finalmente a peça é então cortada geralmente por maçaricos. Com o intuito de se reduzir a altura das instalações, foi desenvolvido um sistema de encurvar o metal no veio depois de a placa estiver toda solidificada. As máquinas mais modernas são as de molde curvo, como visto nas fig.8.4 e 8.5. Nestas máquinas a placa ainda não totalmente solidificada é encurvada na zona de resfriamento secundário, por roletes guia à temperatura de aproximadamente 12000C. 84

Com isto a altura desta instalação fica um terço da altura da máquina vertical. Deste modo, estas máquinas podem agora serem instaladas no interior das alas de vazamento das aciarias. As máquinas de lingotamento contínuo normalmente possuem mais de um veio de vazamento ao mesmo tempo, para maior produção.

Fig.8.1 – Esquema de uma máquina vertical de lingotamento contínuo.

Fig.8.2 – Esquema mostrando o cone de solidificação do aço no molde e os sensores para controle de nível. 08.3 - OPERAÇÃO Inicia-se o lingotamento contínuo colocando-se a barra falsa no fundo do molde. A barra falsa deve ter um comprimento de modo que esta possa ser puxada também pelos rolos extratores. Inicia-se o vazamento do aço enchendo o molde até cerca de 100 mm da borda superior. Como o aço se solidifica rapidamente nas paredes do molde, então, logo que 85

o aço atinja a altura normal de lingotamento no molde, começa-se a puxar a barra falsa. Quando a ponta da placa solidificada já estiver em contato com os rolos extratores, pode-se retirar a barra falsa.

Fig.8.3 – Esquema mostrando a colocação da barra falsa e início do lingotamento

Fig.8.4 – Esquema mostrando uma máquina de molde curvo

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Fig.8.5 – Esquema mostrando a Máquina de lingotamento contínuo 1 da CST 08.4 - IMPORTÂNCIA DO CONTROLE DO PROCESSO NAS PROPRIEDADES METALÚRGICAS a) CONTROLE DO NÍVEL DO DISTRIBUIDOR E MOLDE As variações de nível e as oscilações do molde favorecem o aparecimento de inclusões de escória e porosidades, também regiões com depressões que são preenchidas com pó lubrificante, causam defeitos superficiais como trincas longitudinais e transversais no produto. b) TAXA DE RESFRIAMENTO RESFRIAMENTO DO MOLDE E RESFRIAMENTO RESFRIAMENTO SECUNDÁRIO SECUNDÁRIO O resfriamento do veio tem a finalidade de acelerar a solidificação do aço, fortalecer a pele solidificada e refrigerar a máquina. A taxa de resfriamento do aço influencia nas propriedades metalúrgicas, pois afeta a distribuição de temperatura interna, uniformidade química e qualidade superficial. Um resfriamento inadequado contribui para a formação de trincas internas. O resfriamento secundário também é influenciado pelo tamanho do produto, velocidade de lingotamento e projeto da máquina. Hoje, o lingotamento contínuo representa mais de 90% da produção japonesa e já passa de 50% da produção brasileira. O desenvolvimento prossegue com o vazamento de placas finas, (entre 10 e 55mm de espessura), ou mesmo de tiras, entre 1 e 10 mm.

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08.5 – COMPARAÇÃO ENTRE OS RENDIMENTOS NO LINGOTAMENTO CONVENCIONAL E CONTÍNUO. a – Em peso: No lingotamento convencional, de 100 t de metal líquido obtém-se 84 a 86 t de placas, sendo o restante: 2 t de restos de panela e carepa e 14 t de pontas, oxidação e perdas na escarfagem .No lingotamento contínuo, as mesmas 100 t de aço líquido dariam 97 t de placas, sendo as 3 t restantes, perdas de fundo de panela, carepa, pontas e borra de escarfagem. b - Em energia: No lingotamento convencional, 45% da energia do aço líquido é aproveitada, sendo necessário o fornecimento do complemento de 55% pela eletricidade, combustível, oxigênio ou vapor. Dos 100% de energia presentes, apenas 21% ficam na placa ou tarugo, sendo o restante disperso na água de resfriamento, ar ambiente, condução através dos equipamentos, etc. No lingotamento contínuo, 80% da energia necessária é fornecida pelo próprio aço líquido e apenas 20% são supridos externamente, sob a forma de eletricidade, combustível, etc. Dos 100% de energia disponíveis, 46% são utilizados no tarugo ou placa e 54% são levados na água de resfriamento, r esfriamento, vapor, etc.

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09. FORNOS DE REAQUECIMENTO Sua função principal é elevar a temperatura dos produtos semi-acabados, (tarugos ou placas}, até que o material esteja suficientemente plástico para permitir a redução mecânica à secção desejada. Certas condições que afetam a operação e qualidade do produto devem ser atendidas ao aquecer o aço, que são: 1. A temperatura deverá ser suficientemente alta para não obrigar a reduzir a velocidade de produção do laminador, nem submeter os cilindros a pressões excessivas; 2. Não deverá ocorrer superaquecimento, pois a temperatura demasiado elevada irá afetar a secção, as propriedades físicas e a estrutura de grão de produto acabado; 3. O aquecimento deve ser uniforme em toda a secção e em todo o comprimento, para evitar rupturas intemas, ou uma variação, tanto na secção, como na estrutura de grão do produto acabado; 4. Cada peça de aço da mesma ordem de produção deve ser aquecida, em sequência, à aproximadamente a mesma temperatura, para evitar atrasos na laminação devido a ajuste nos cilindros; e, 5. O aquecimento deve permitir o fluxo adequado de calor, sem haver fusão da superfície externa e, também, para evitar trincas e tensões internas, causadas por  diferenças muito grandes de temperatura entre o núcleo e a superfície da peça. A importância relativa de cada uma das condições acima, varia com o tipo de aço: nos de baixo carbono, as condições de aquecimento são diferentes das de aços altamente ligados. Alguns princípios básicos devem ser respeitados para o projeto e operação dos fornos de aquecimento, tais como: 1. Capacidade térmica, ou seja, a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura do material. 2. Fluxo de calor até a superfície e através da peça. Num forno de reaquecimento o calor é transmitido por radiação e convecção. A radiação do calor da chama depende da diferença de temperatura entre a superfície do aço e a chama, da distância entre elas, da luminosidade e espessura da chama (coeficiente de emissividade). A convecção de calor das paredes do forno para a superfície da peça depende da diferença de temperatura entre os dois corpos e do coeficiente de transferência de calor por convecção. 3. O fluxo de gases no interior do forno influencia na uniformidade de aquecimento das peças. 4. Os combustíveis usados nos fornos de reaquecimento podem ser sólidos (carvão pulverizado), líquidos (óleos combustíveis ou alcatrão) ou gasosos (gás natural, gás de alto fomo, gás de coqueria ou a combinação dos dois últimos. 89

5. Deve haver espaço para a chama e os gases queimados no volume interno do forno, o qual depende do tipo de combustível utilizado e do grau de mistura e da temperatura do ar e do combustível. A chama não pode ser mais comprida que o forno, sob pena da combustão ir completar-se no canal de fumaças e danificar o recuperador. Se, pelo contrário, a chama for muito curta em relação ao tamanho do fomo, os gases queimados esfriam-se ainda no seu interior, resultando condições desfavoráveis para o aquecimento. A combustão superficial da mistura é também importante, pois, influencia na velocidade de combustão. 6. A movimentação dos gases queimados não deve causar turbilhões em retrocesso ou zonas mortas. 09.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS DE REAQUECIMENTO Existem fornos descontínuos e contínuos, ou seja: 09.1.1 - FORNOS DESCONTÍNUOS OU INTERMITENTES São aqueles em que o material a ser aquecido é carregado e permanece estacionário sobre a soleira até atingir a temperatura de laminação ou forjamento. Algumas vezes é comum virar-se os blocos ou lingotes a fim de homogeneizar o aquecimento. Normalmente o ar é pré-aquecido por regeneradores e a combustão sofre inversão da chama. Quando são utilizado recuperadores, a direção da chama é a mesma, todo o tempo. O aço a ser aquecido nestes fornos é normalmente carregado e retirado do forno, por  meio de máquinas carregadoras. Como vantagens dos fornos descontínuos podemos citar: 1. Permitir o aquecimento de vários tipos de aços ou dimensões diferentes de peças que necessitam um processo de aquecimento específico, o que pode ser melhor  executado em lotes separados do que misturados no mesmo forno; 2. Podem operar a temperaturas mais elevadas do que um forno contínuo, podendo-se 'lavar' a superfície do aço, isto é, fundir parcialmente a crosta de óxido para remover  defeitos da superfície, sem haver o perigo das peças colarem umas nas outras; 3. Possibilidade de misturar de peças de aços diferentes dentro do forno é menor; 4. Sem despesas adicionais para esvaziar o forno, no fim de um programa de aquecimento. Como desvantagens podemos citar: 1. Elevado investimento por tonelada de produção; 2. Baixa eficiência da soleira (pequena área de utilização ); 90

3. Maior quantidade de pessoal necessário para operar o forno; 4. O comprimento das peças é limitado (6 m) devido as dificuldades no sistema de manuseio e carregamento. 09.1.2 - FORNOS CONTÍNUOS Estes fornos possuem, em geral, várias zonas de aquecimento em seu interior. O material é carregado em uma extremidade, sendo forçado a caminhar pelo interior do forno pela ação de empurradores ou vigas. O material normalmente é descarregado pela outra extremidade do forno, ou por uma porta lateral, por meios mecânicos. Nos fornos contínuos, tanto a carga como a descarga, se realizam de maneira periódica durante a operação. Como vantagens podemos citar: 1. Elevada produção; 2. Menor quantidade de mão-de-obra por tonelada aquecida; 3. Menores custos de depreciação e manutenção por tonelada aquecida; -grande produção por metro quadrado de área ocupada. 4. No caso de várias zonas, melhor controle do ritmo de aquecimento; Como desvantagens, os fornos contínuos apresentam: 1. Falta de flexibilidade no atendimento de pequenas encomendas ou diversos tipos de aços; 2. Os lados do material devem ser planos para evitar empilhamento de peças na soleira; 3. maior custo para esvaziar o forno na reparação ou no final de programa de produção, exceto no caso de vigas caminhantes; 4. O esvaziamento do forno em caso de acidente é muito trabalhoso, provocando qrandes perdas de tempo. 5. Maior perigo de haver mistura de peças de diferentes aços dentro do forno; 6. Maior dificuldade para empurrar diferentes seções dentro do forno ( exceto no caso de vigas caminhantes). Os fornos contínuos podem ser classificados quanto a maneira como as peças são aquecidas e conduzidas no interior do forno em: fornos de empurrar  e fornos de vigas caminhantes,.

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Comparados entre si, os fornos de empurrar e os fornos de vigas caminhantes, apresentam pontos positivos e inconvenientes. Com o sistema de empurrar, teremos um forno sensível do ponto de vista mecânico, uma vez que, habitualmente, peças móveis no interior do forno, devido às altas temperaturas reinantes no interior do mesmo, sempre são críticas. Uma das vantagens dos fornos de vigas caminhantes é a possibilidade de esvaziamento ao final da jornada, visto que os fornos de empurrar não apresentam esta possibilidade, o material permanece inativo dentro do forno a altas temperaturas várias horas. O que se repercute em uma maior oxidação, com uma considerável perda de material e um maior depósito de carepa, sobre a soleira do forno. Uma outra vantagem muito importante é a maior uniformidade de temperatura das peças aquecidas devido ao fato de não haver contato permanente delas com os suportes (strids) para sustentação durante o aquecimento. A manutenção do forno de empurrar é sensivelmente mais cara. Por outro lado, o investimento em sua construção é menor . Os fornos de reaquecimento contínuos possuem três zonas de combustão: 1. Zona de pré-aquecimento Onde o material que entra a temperatura ambiente é aquecido, em contra- corrente, até uma temperatura da ordem de 700oC, pelos gases da combustão procedentes das outras zonas em direção ao recuperador onde aquecerá o ar de combustão. 2. Zona de aquecimento ou intermediária Região de grande fluxo de calor onde o material é aquecido na superfície até uma temperatura de 1250oC, principalmente por radiação do calor das chamas dos queimadores (em torno de 10). 3. Zona de encharque Equipada com queimadores (radiação de calor) onde se consegue que a diferença de temperatura entre o ponto mais frio (núcleo) e o ponto mais aquecido da peça, seja reduzida ao mínimo, não representando um problema para o trem de laminação ou para a qualidade do produto final laminado. Também existem fornos do tipo rotativos empregados no reaquecimento de tarugos ou blocos para a laminação de produtos tubulares ou ainda no aquecimento de materiais para a realização de operações de forjamento. Na atmosfera do forno, como conseqüência da combustão completa ou parcial, podem se encontrar os seguintes gases: dióxido de carbono (C02), monóxido de carbono (CO), anidrido sulfuroso (S02), vapor de água, hidrogênio, nitrogênio, metano, etc. Em altas temperaturas, o dióxido de carbono e o excesso de oxigênio, reagem com o metal aquecido da superfície formando carepa. Esta perda de material por oxidação, 92

sem levar em conta o custo econômico que representa devido a queda de rendimento, pode se constituir em uma causa do não cumprimento das tolerâncias dimensionais previstas para o produto laminado, principalmente em relação ao comprimento dos produtos.

Fig.9.1 – Esquema mostrando um forno de reaquecimento de empurrar com três zonas.

Fig.9.2 – Esquema mostrando detalhes do mecanismo de vigas caminhantes de modo a permitir o deslocamento de placas sem riscar a superfície das mesmas em um forno de vigas caminhantes. 09.2 - PRODUÇÃO A capacidade de um forno de reaquecimento é afetada pela continuidade de operação. Produções horárias elevadas ou baixo consumo de combustível não podem ser obtidos se o forno é aquecido, utilizado durante curto período e novamente deixado resfriar. 93

Ademais, os refratários serão submetidos à expansão e contração repetidas, o que é nocivo à sua duração. A eficiência térmica é definida como a porcentagem do calor total fornecido ao forno que é usada para elevar a temperatura da carga até à necessária para a laminação (ou forjamento). Nos fornos contínuos equipados com recuperadores e bom isolamento, pode atingir até 40%. A eficiência da combustão pode ser melhorada evitando-se as perdas que ocorrem no forno, dentre as quais se destaca a quantidade de energia contida nos gases da chaminé. Pode-se reduzir esta perda pela instalação de recuperadores, regeneradores ou caldeiras de recuperação. As perdas de irradiação podem ser reduzidas pelo uso de isolantes.

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10 - LAMINAÇÃO A laminação é um processo de conformação mecânica no qual o material é forçado a passar entre dois cilindros, girando em sentidos opostos, com praticamente a mesma velocidade superficial e separados entre si de uma distância menor que o valor da espessura inicial do material a ser deformado. Os primórdios da laminação são bastante antigos: a mais antiga ilustração de um laminador é uma gravura de Leonardo da Vinci, em torno de 1486, o qual se destinava, provavelmente, à laminação a frio de barras chatas de ouro ou prata para a cunhagem de moedas. Na laminação os produtos semi-acabados são transformados em produtos acabados que devem atender as especificações estabelecidas em termos de propriedades mecânicas, forma, dimensões, dentre outros critérios. A laminação pode ser a quente ou a frio. Pelo fato destas operações com freqüência serem as últimas e podem alterar a microestrutura do aço, elas devem ser projetadas de modo a permitir que a microestrutura desejada. Desta forma, as operações de acabamento envolvem tratamentos térmicos, tais como: esferoidização, normalização, e recozimento, ou tratamentos superficiais, como: galvanização, estanhamento, cementação, usinagem tempera etc. Durante a laminação, raramente passa-se o material somente uma vez entre os cilindros ou rolos de laminação, pois, a redução de área almejada não pode ser  conseguida em um só passe. Deste modo, o equipamento de laminação deve ser  capaz de submeter o material a uma seqüência de passes. Quando este equipamento consiste em somente um conjunto de cilindros, isto pode ser  conseguido de duas formas: ou variando-se a distância entre os cilindros de trabalho, laminadores reguláveis durante a operação, ou mantendo-se esta distância fixa, laminadores fixos durante a operação, e variando-se o diâmetro do cilindro ao longo do seu comprimento, o que equivale a variar a abertura entre os cilindros. Neste último caso, a peça a ser trabalhada deverá ser deslocada ao longo dos cilindros para cada passe sucessivo. Uma outra forma de realizar passes com diferentes reduções, seria a colocação de laminadores em linha, com uma distância pré-determinada entre eles, de modo que trabalhassem o material sucessivamente e em alguns casos simultaneamente.

Fig.10.1 – Esquema mostrando um material sendo laminado. 95

Fig.10.2 – Esquema mostrando cilindros com canais de um laminador fixo.

Fig.10.3 – Esquema mostrando um trem contínuo de laminação. Ao passar entre os cilindros, a força de atrito entre a peça e os cilindros promove uma deformação plástica, na qual a espessura é diminuída e a largura e o comprimento são aumentados. A laminação é um dos processos de conformação mais utilizados na prática. Tal fato acontece porque este processo apresenta uma alta produtividade e um controle dimensional do produto acabado que pode ser bastante preciso. Na laminação é possível obter-se tanto produtos acabados, como chapas, barras e perfis, como produtos semi-acabados, tais como placas. O processo de laminação pode ser feito a frio ou a quente. Normalmente, a laminação a quente é usada para as operações de desbaste e a laminação a frio, para as operações de acabamento. Geralmente, utiliza-se um ou dois conjuntos de cilindros para a laminação aquente, de modo que o lingote ou o esboço passa várias vezes entre os mesmos cilindros. As últimas etapas da laminação a quente e a maior parte da laminação a frio são efetuadas comumente em múltiplos conjuntos de cilindros denominados trens de laminação. As matérias-primas iniciais para laminação são constituídas geralmente por lingotes fundidos; blocos, tarugos ou placas do lingotamento contínuo ou mais raramente placas eletrodepositadas. Ainda é possível a laminação diretamente do pó, através de um processo especial que combina metalurgia do pó com laminação. Os principais objetivos da laminação são: 1. obter um produto final com tamanho e formato especificados, com uma alta taxa de produção e um baixo custo; 96

2. obter um produto final de boa qualidade, com propriedades mecânicas e condições superficiais adequadas. O número de operações necessárias para atender a estes objetivos do processo de laminação, depende das especificações estipuladas para a forma, as propriedades mecânicas, as condições superficiais (rugosidade, revestimentos, etc.) e em relação a macro e microestrutura do produto laminado. Quanto mais detalhadas forem estas especificações, mais complicado será o procedimento e um maior número de operações será necessário. Para obtenção de produtos laminados as principais etapas são: 1. preparação do material inicial para a laminação; 2. aquecimento do material inicial; 3. laminação a quente; 4. acabamento e/ou tratamento térmico (caso de ser produto final); 5. decapagem; 6. laminação a frio (caso seja necessário); 7. tratamento térmico; 8 acabamento e revestimento. Durante as etapas de laminação, deve-se efetuar um controle de qualidade do produto para se detectar a presença de defeitos, tais como trincas e vazios internos, afim de se evitar que um produto com excesso de defeitos, portanto, rejeitável, continue sendo processado, com desperdício de tempo e energia. Pode-se destacar que as principais variáveis de influência na laminação são: 1.o diâmetro dos rolos ou cilindros laminadores; 2. a resistência à deformação do metal (tensão de escoamento e de ruptura, encruamento durante a deformação, temperatura de trabalho, velocidade de trabalho, etc.); 3. o atrito entre os cilindros e o metal; 4. a presença da tração de avanço ou de retrocesso no produto que esta sendo laminado. 10.1 - DEFINIÇÕES DOS PRODUTOS LAMINADOS: É comum para os produtos siderúrgicos a adoção de uma primeira classificação como aços planos e não-planos. Entende-se por produtos planos aqueles cuja forma da seção transversal é retangular, sendo que a largura do produto e várias vezes maior do que a sua espessura. Produtos não-planos, pelo contrário, tem sua seção transversal diferente da forma retangular (exceção de barras chatas, alguns blocos e tarugos), formas em geral complexas e variadas, embora já se tenha formas consagradas e limitadas. É o caso de perfis tais como H, I, U, trilhos e outros.

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Os produtos siderúrgicos podem também ser classificados em acabados ou semiacabados quanto a aplicabilidade direta destes. São denominados semi-acabados, ou intermediários, em virtude de praticamente não existir aplicação direta para os mesmos, salvo para posterior processamento por  laminação, extrusão, trefilação, etc. que os transformarão em produtos finais ou seja acabados. 10.1.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS SEMI-ACABADOS Não existe uma clara separação dimensional entre eles, embora a ABNT em sua norma NBR 6215 de 1986 classifique os semi-acabados de conformidade com a área da seção transversal e sua forma, como: 1. bloco: é um produto semi-acabado cuja seção transversal é superior a 22.500 mm2 e com relação entre altura e espessura igualou menor que 2; as arestas são arredondadas, estas medidas se situam entre 150 e 300mm de lado; 2. tarugo ou palanquilha: é um produto semi-acabado cuja seção transversal é menor  ou igual a 22.500 mm2 e a relação largura e espessura igualou menor que 2; as arestas são arredondadas as tolerância dimensionais menos restritivas que as de barras, estas medidas se situam entre 50 e 125mm de lado ou diâmetro; 3. placa: é um produto semi-acabado com seção transversal retangular, com espessura maior que 80 mm (100 mm segundo a norma NBR 5903 de 1983 -1987) e relação largura e espessura maior que 4, ou seja, espessura até 230mm e 610 a 1520mm de largura; O comprimento do semi-acabado é função dos produtos finais a serem obtidos a partir  dos mesmos, respeitando-se as limitações de equipamento de cada laminação. Nos semi-acabados também se utilizam dos processos usuais de condicionamento, tais como escarfagem e esmerilhamento, visando a eliminação de defeitos superficiais que possam comprometer o produto final. 10.1.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS PRODUTOS ACABADOS Quanto aos produtos acabados de laminação (observa-se que podemos ter produtos acabados a partir de semi-acabados por diversos processos de conformação tais como laminação, forjamento, trefilação, extrusão, etc.) a seguinte classificação é feita de acordo com o tipo de produto plano e não-plano. Os produtos acabados planos são obtidos por laminação a quente ou a quente e a frio de placas em cilindros lisos (sem canais) e se subdividem de acordo com as seguintes dimensões: 1. bobina: Produto plano laminado com largura mínima de 500 mm enrolado na forma cilíndrica.

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1.1. bobina fina a frio: Produto plano laminado com espessura entre 0,38 e 3,0 mm e com largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja espessura final é obtida por laminação a frio. 1.2. bobina fina a quente: Produto plano larninado com espessura entre 1,20 e 5,0 mm e com largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja espessura final é obtida por laminação a quente. 1.3. bobina grossa: Produto plano laminado com espessura superior a 5,0 mm e igual ou inferior a 12,7 mm, largura superior a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica e cuja espessura final é obtida por laminação a quente. 2. chapa: Produto plano de espessura mínima de 0,38 fim e largura mínima de 500 mm. 2.1. chapa fina: Chapa com espessura entre 0,38 e 5,0 mm e com largura igual ou superior a 500 mm. 2.2. chapa fina a frio: Chapa com espessura entre 0,38 e 3,0 mm e com largura superior a 500 mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final é obtida por laminação a frio. 2.3. chapa fina a quente: Chapa com espessura entre 1,20 e 5,0 mm e com largura superior a 500 mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final é obtida por laminação a quente. 2.4. chapa grossa: Chapa com espessura superior a 5,0 fim e largura superior a 500mm, fornecido em forma plana, cuja espessura final é obtida por laminação a quente, seja no laminador  reversível até no máximo 152 mm ou no laminador contínuo até no máximo 12,70 mm. 3. fita de aço para embalagem: Produto plano laminado com espessura igual ou inferior a 1,27 mm e com largura igualou inferior a 32 mm fornecido na forma de rolo, utilizado como elemento de fixação ou compactação no acondicionamento e/ou embalagem. 4. folha: Produto plano laminado a frio com espessura igual ou inferior a 0,38 mm e com largura mínima de 500 mm fornecido em bobinas ou num comprimento definido. 5. tira: Produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com largura igual ou inferior  a 500 mm, fornecido com comprimento definido. 5.1. tira cortada: Produto plano laminado com largura igual ou inferior a 500 mm, fornecido com comprimento definido; pode ser obtida de rolos cortados aplainados ou de corte

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mecânico de chapas finas a frio, chapas finas a quente, chapa grossa ou qualquer  produto plano laminado. 5.2. tira relaminada a frio: Produto plano relaminado a frio com espessura igual ou inferior a 8,00 mm e largura igual ou inferior a 500 mm, fornecido com comprimento definido, distinguindo-se da tira cortada por ter tolerância mais estreitas na espessura e largura decorrentes do processo de fabricação. 6. rolo: Produto plano relaminado a frio ou produto plano laminado com largura igual ou inferior  a 500 mm, enrolado na forma cilíndrica de tal modo que a largura final do rolo seja igual à largura do produto plano (rolo simples) ou seja superior a largura do produto plano, o qual é obtido em sistema oscilante (rolo zigue-zague). Os produtos acabados laminados não-planos se classificam em barras, fios, tubos, perfis comuns, perfis especiais e os trilhos. Os produtos não planos chamados de fios (fio-máquina) são materiais com seção transversal circular com diâmetro de 5 a 13mm, laminados a quente, fornecidos na forma de bobinas ou não e geralmente são destinados a trefilação. Os tubos com costura são aqueles produzidos por laminação na Mannesmann e outros. 10.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS LAMINADORES Pode ser feita segundo diferentes critérios: 1. Condições de trabalho em: Laminadores a quente e a frio. 2. Função ou programa de produção: Primários e Acabadores; 3. Tipo de produto: de Perfis, de Trilhos, de Arame, etc; 4. Tipo de cadeiras; 5. De acordo com a disposição das diversas cadeiras de laminação: em Linha (trem tipo Belga), em Zigue-zague (cross-country), Contínuo (tandem), etc. 1. CLASSIFICAÇÃO PELAS CONDIÇÕES DE TRABALHO: 1.1. laminação a quente: É aquela que se realiza a temperaturas acima do ponto crítico do aço, ou seja: a cada passe no laminador reduz o tamanho do grão, o qual cresce novamente, assim que a pressão é retirada. O tamanho do grão final é determinado pela temperatura e pela porcentagem de redução do último passe. 1.2. laminação a frio: É aquela que se realiza a temperaturas abaixo do ponto crítico do aço, ou seja: a cada passe no laminador o tamanho do grão se deforma mas não cresce, tornando a superfície do material mais bem acabada e mais resistente.

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A laminação a frio se desenvolveu devido à necessidades crescente de material com qualidades mecânicas determinadas e às exigências cada vez maiores de uniformidade de bitola. Antes do trabalho a frio, é necessário remover a camada de óxido por meio da decapagem, com o intuito de se obter boa superfície no produto acabado. A laminação a frio tem como conseqüência um aumento da dureza e da resistência à tração, ao mesmo tempo que reduz a dutilidade e o tamanho do grão do aço. A profundidade até onde a estrutura do grão é alterada, depende da seção, tamanho e redução da área. 2. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM O SEU PROGRAMA DE PRODUÇÃO: Pode-se classificar os laminadores em laminadores primários ou de semi-produtos e laminadores de produtos acabados. 2.1. Laminadores Primários ou de Semi-Produtos: São aqueles que produzem semi-produtos ou semi-acabados, tais como:blocos, placas, tarugos e platinas, destinados aos trens acabadores. Entre os laminadores primários pode-se distinguir os laminadores desbastadores e os laminadores de tarugos ou platinas. Os laminadores desbastadores, também conhecidos pelo nome de blooming  ou slabbing, operam a partir de lingotes. No caso de lingotes grandes, os seus produtos serão os blocos (blooms) ou as placas (slabs). No caso de lingotes pequenos, produzem diretamente tarugos ou platinas. Os laminadores de tarugos ou de platinas operam sempre a partir de blocos ou de placas cortadas longitudinalmente, transformando-os em tarugos ou platinas. 2.2. Laminadores de produtos acabados: São aqueles que transformam semi-produtos (blocos, placas, tarugos e platinas) em produtos acabados, tais como: perfiz, trilhos, tubos, etc. 3. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM O TIPO DE PRODUTO: Esta classificação restringe-se aos laminadores de produtos acabados. De acordo com o tipo de produto podemos ter: 3.1. laminadores de perfis pequenos ou comerciais ou ainda perfis leves; 3.2. laminadores de perfis médios; 3.3. laminadores de perfis pesados; 3.4. laminadores de fio-máquina; 3.5. laminadores de tubos; 3.6. laminadores de chapas; 3.7. laminadores de tiras; 3.8. laminadores de rodas; 3.9. laminadores de esferas. 101

4. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM O TIPO DE CADEIRAS: O conjunto formado pelos cilindros de laminação, com seus mancais, montantes, suportes, etc. é chamado de cadeira de laminação. Vejamos quais os tipos mais comuns. 4.1. CADEIRA DUO COM RETORNO POR CIMA: Consiste em dois cilindros colocados um sobre o outro. Os cilindros são colocados na horizontal. O sentido de rotação não muda sendo que a peça laminada, ao passar entre dois cilindros, é devolvida para o passe seguinte, passando sobre o cilindro superior. Este tipo de laminador é o mais antigo e mais simples, sendo usado no passado na laminação de chapas e, ainda hoje, nas laminações de tarugos, trens contínuos de perfis pequenos e trens de fio-máquina. 4.2. CADEIRA DUPLO DUO: Consiste em dois duos colocados em planos verticais paralelos e montados numa cadeira de laminação única. Utilizada na laminação de barras de aço especial. Não deve ser confundido com o laminador contínuo formado por cadeiras duo nãoreversíveis. 4.3 CADEIRA DUO REVERSÍVEL: É aquela em que o sentido de rotação dos cilindros do laminador é invertido após cada passagem da peça através do laminador. Empregado em laminadores desbastadores para lingotes grandes e trens de perfis. 4.4. CADEIRAS TRIO: Três cilindros são dispostos um sobre o outro na horizontal e a peça é introduzida no laminador passando entre o cilindro superior e o médio. Os cilindros nunca são reversíveis. Inicialmente o material a laminar era manuseado por meio de ganchos ou barras manuais para colocar o material na parte superior, porém, atualmente, utilizam-se mesas elevatórias ou basculantes. Os laminadores ou cadeiras trio são usados em trens desbastadores para lingotes pequenos, trens de perfis (grandes, médios e pequenos), cadeiras acabadoras de trens de fio-máquina abertos. Uma outra variação do laminador trio convencional é o laminador Lauth, utilizado na laminação de chapas, onde o cilindro médio tem cerca de 2/3 do diâmetro dos outros dois cilindros. 4.5. CADEIRAS QUÁDRUO: Quando chapas largas são laminadas em trens duo ou trio, os cilindros, que necessariamente tem grande comprimento de mesa, tendem a fletir. Conseqüentemente, as chapas laminadas por este método não apresentam uma espessura uniforme no sentido transversal. Para evitar este defeito, foi criado o laminador quádruo no qual existem quatro cilindros, montados um sobre o outro na horizontal, sendo que os cilindros do meio, chamados 102

cilindros de trabalho, são de menor diâmetro e os cilindros inferior e superior, chamados de cilindros de encosto ou apoio, são de maior diâmetro. Nos laminadores quádruo, as chapas grossas podem ser laminadas com espessura uniforne, porque os cilindros de apoio superior e inferior efetivamente suportam os cilindros de trabalho. São usados em laminadores aquente e a frio de chapas e tiras. Quanto menor for o diâmetro dos cilindros, menor será o atrito entre estes e o metal. Portanto, é necessário uma menor potência. Por outro lado, quando menor for o diâmetro, menor será a rigidez dos cilindros. As tensões originadas pela resistência do metal a deformação conduzem a flexão dos cilindros e por conseguinte conduzem a obtenção de um produto final mais espesso no centro do que nas bordas. Para manter  inalterado o perfil dos cilindros, assume grande importância a questão do resfriamento. Mesmo com a utilização de cilindros de encosto, verifica-se ainda uma certa flexão dos cilindros de trabalho a qual é compensada pela coroa dos cilindros. A coroa é obtida usinando-se o cilindro com maior diâmetro no centro do que nas extremidades. Os cilindros de encosto podem não ser retificados com coroa. Quanto menor for o diâmetro dos cilindros de trabalho de um laminador, menor será a espessura que poderá ser obtida. Considerando-se este fenômeno, desenvolveu-se a utilização de laminadores com cilindros de trabalho de pequeno diâmetro para laminação de produtos de pequena espessura. O diâmetro dos cilindros influi também na força de laminação. Isto pode ser comparado com o corte de um determinado material por meio de 2 facas. Quanto mais finas (mais afiadas) forem as facas menor será a força a ser empregada para o corte. Portanto, com cilindros de pequeno diâmetro reduz-se a força de laminação e, como conseqüência, reduz-se também a deformação do laminador . 4.6. CADEIRAS UNIVERSAIS: Constitui uma combinação de cilindros horizontais e verticais, normalmente montados na mesma cadeira de laminação. É o caso dos laminadores desbastadores para placas. Verifica-se que deve ser observado um certo distanciamento entre o par de cilindros verticais e o par de cilindros horizontais. Os quatro cilindros, geralmente, possuem acionamento independente, mas sincronizado. Outra modalidade do laminador universal, é o construído com cilindros verticais não acionados, colocados entre os extremos dos cilindros horizontais e no mesmo plano vertical. A sua função é apenas garantir a uniformidade da seção do perfilado. É o caso do laminador Grey, para a produção de perfilados pesados tais como duplo T. 4.7. CADEIRAS COM CILINDROS AGRUPADOS Se a deflexão dos cilindros for muito grande, as altas tensões produzidas podem causar efeitos de fadiga e conduzir os cilindros a ruptura. Para aproveitar a vantagem da necessidade de menor potência com cilindros de pequeno diâmetro, foi projetado o laminador quádruo e a idéia foi estendida para a 103

utilização de uma maior quantidade de cilindros, obtendo-se os denominados laminadores agrupados, podendo-se destacar o laminador Sendzimir. Este laminador é muito caro, sendo utilizado para a laminação a frio e de acabamento para produtos para os quais se requer tolerâncias dimensionais mais estreitas. Um tipo de laminador não convencional, o laminador Sendzmir planetário utilizado) para o trabalho a quente, ganha cada vez mais popularidade na produção de tiras de aço de alta resistência e de aços-liga, inclusive de aço inoxidável. Este equipamento, através de pequenos cilindros giratórios, produz substancial redução de seção da tira e oferece a vantagem de produzir uma superfície com bom acabamento. Os rolos alimentadores aplicam uma pequena redução de espessura e empurram a placa contra o laminador planetário onde a maior parte da redução de espessura é realizada. Os cilindros de trabalho são posicionadas numa gaiola porta-cilindros (mancal de rolamento) que gira sobre o cilindro de encosto.

Fig.10.4 – Esquema de cadeiras duo com retorno por cima (I) e duplo duo (II).

Fig.10.5 – Esquema de cadeiras duo reversível e trio.

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Fig.10.6 – Cadeiras quádruo à esquerda e universal à direita.

Fig.10.7 – Laminador universal tipo Grey.

Fig.10.8 – Laminadores com múltiplos cilindros, à esquerda com seis cilindros e a direita o laminador planetário. 05. CLASSIFICAÇÃO DE ACORDO COM A DISPOSIÇÃO DAS DIVERSAS CADEIRAS DE LAMINAÇÃO: A classificação dos laminadores de conformidade com a disposição das cadeiras, é também usada nos meios técnicos. Assim, temos o trem em linha, consistindo de várias cadeiras Trio ou Duo, dotadas de um acionamento único. 105

A ponta da peça laminada, ao sair de um passe, é “virada", entrando no passe seguinte, no mesmo lado do laminador de onde saiu. Este processo de mudar a direção da peça é repetido de ambos os lados do laminador, tornando possível laminarse em várias cadeiras ao mesmo tempo. Assim, consegue-se evitar a queda da temperatura ao laminar peças compridas em seções de pequeno diâmetro, que resultaria se tivéssemos que fazer o material passar  completamente por um passe antes de começar o passe seguinte. Evidentemente, para se ter a flexibilidade necessária para o "dobramento", a barra laminada deve ser  de seção relativamente pequena. O laminador de vários grupamentos de cadeiras, com um trem preparador e um ou mais trens acabadores, representa uma solução lógica para a realização dos passes iniciais com velocidade mais baixa e seções maiores, e dos passes acabadores com menores reduções e velocidades mais elevadas, para compensar a redução de seção e obter melhor superfície. Desta forma, podemos classifica-los em: 5.1. TRENS CONTÍNUOS Consiste de uma série de cadeira Duo, com cilindros girando no mesmo sentido, colocados no mesmo eixo de laminação e com pequeno afastamento entre as cadeiras. O material é trabalhado ao mesmo tempo entre vários pares de cilindros, cuja velocidade periférica aumenta proporcionalmente, para compensar a redução de seção. É o tipo de instalação destinada a grandes produções e programas de laminação relativarnente pouco variados. 5.2. TREM CROSS-COUNTRY: Assim chamado pela disposição escalonada das cadeiras do laminador. A peça, ao ser  laminada, faz um trajeto de zigue-zague. Este tipo de laminador tem grande flexibilidade de programa de laminação, com uma produção horária, relativamente alta. 5.3. LAMINADOORES DE TUBOS: São de muitos tipos diferentes: em alguns, a seção inicial é uma barra chata ou chapa de aço que é aquecida à temperatura de caldeamento; em outros ela é trabalhada a frio. Os tubos soldados por caldeamento de tôpo (butt-welded) são produzidos repuxandose uma peça do material através de um sino ou fieira. Os tubos com costura são formados a partir de chapas aquecidas, e a costura obtida pela pressão mecânica. Os tubos sem costura são produzidos a partir de tarugos aquecidos e perfurados, de tarugos inteiriços, ou ainda, a partir de roletes aquecidos (slugs). O processo de produzir tubos a partir de roletes (slugs) é chamado de estampagem, pois uma seção circular é aquecida e prensada através de uma série de matrizes, até se chegar à forma ou tamanho desejados.

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10.3 - ÓRGÃOS MECÂNICOS DE UM LAMINADOR Um laminador consiste essencialmente, de duas gaiolas para suportar os cilindros, de dois ou mais cilindros e os meios para o seu acionamento e para controlar a abertura entre os cilindros de trabalho. Além disso, deve-se considerar as várias instalações de transporte das peças a laminar, os meios de lubrificar o equipamento e os de remover a camada de óxido. 1. GAIOLA: A gaiola do laminador é, em geral, uma peça de aço fundido, cujas dimensões são determinadas com um coeficiente de segurança bastante grande, como pode ser visto na fig.10.9. As duas gaiolas são ligadas entre si na parte superior por um cabeçote fundido ou, perto da base e do topo, por meio de tirantes tir antes forjados. No caso de laminadores de precisão, a deformação das cadeiras resultante das pressões de laminação, deve ser a menor possível, para que o material não ultrapasse as tolerâncias exigidas. Para reduzir a um mínimo o alongamento das gaiolas, uma das soluções é construí-Ias com grandes seções, de modo que a solicitação específica (pressão por cm2) seja a menor possível, ou então, empregam-se as gaiolas protendidas. As principais vantagens das gaiolas protendidas são: 1. a altura total da cadeira é menor e, portanto, a dilatação (que é proporcional ao comprimento tracionado) é menor; 2. a pressão que atua sobre todos os elementos da cadeira durante a marcha em vazio (sem estar laminando o material) reduz a folga entre eles, melhorando, portanto, a precisão de laminação. l aminação. A protensão de uma gaiola é obtida do seguinte modo: Tomando-se como referencia a fig.10.10 a pressão hidráulica é exercida sobre os pistões dos cilindros hidráulicos (15) que sob o efeito dos tirantes (3) se alongam; por intermédio do sistema de regulagem, os mancais do cilindro superior (2) são ajustados na distância desejada em relação ao cilindro inferior; sendo retirada a pressão hidráulica, os tirantes se encurtam e todos os elementos colocados entre as extremidades dos tirantes ficam sujeitos a uma forte pressão; a medida que os cilindros de trabalho se desgastarem e for necessário reajustar a distância entre os cilindros, é novamente exercida pressão hidráulica sobre os cilindros (15), os eixos (3) são forçados a se alongarem e o sistema de regulagem pode assim ser movimentado. Depois retira-se a pressão hidráulica e a gaiola continua trabalhando com a mesma protensão. A gaiola protendida tem a vantagem adicional de manipulação mais fácil, pelo fato de seu peso e dimensões serem menores, nos casos onde é necessário trocar  rapidamente uma cadeira completa, como por exemplo, na mudança de um programa de laminação para o outro. Para assegurar a horizontalidade dos cilindros, as bases das gaiolas são apoiadas sobre uma placa usinada de ferro fundido ou de aço e fixados por parafusos. 107

A abertura na gaiola através à qual passa o pescoço do cilindro é a "janela", normalmente revestida de placas de desgaste, que se pode trocar depois de certo tempo de uso, quando ficarem amolgadas ou danificadas. A parte inferior da janela serve de apoio para o mancal do cilindro inferior que, em grandes laminadores, geralmente é estacionário e nos pequenos laminadores é ajustável por meio de parafusos verticais ou de cunhas horizontais. Através o tôpo da gaiola, passam os parafusos para controlar a elevação do cilindro superior. Em pequenos laminadores, estes cilindros são ajustados manualmente; no. grandes, por meio de mecanismo de ajustagem motorizado. 2. PLACAS DE APOIO: Para assegurar a horizontalidade dos cilindros, os pés da gaiola são apoiados sobre uma placa usinada de ferro fundido ou de aço e fixados por parafusos de cabeça quadrada.

Fig.10.9 – Seção de um laminador desbastador, acionado por um único motor. Observe-se a caixa de pinhões e as arvores de transmissão, dotadas de  juntas universais, que transmitem esforços de rotação aos cilindros.

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Fig.10.10 – Corte lateral de uma cadeira duo protendida: 1- lateral, 2- mancal do cilindro superior, 3- eixos de protensão, 15- cilindros hidráulicos, 17 2 25porcas, e 21- parafusos de segurança. 3. CILINDROS DE LAMINAÇÃO: Os cilindros de laminação são em geral, peças inteiriças, fundidas ou forjadas. A parte central do cilindro, o "corpo" ou a "face" deste, é que entra em contato com o aço durante a "operação de laminar”. Pode ser lisa ou, então, dotada de canais; em alguns casos pode ser entalhada para facilitar a mordida na laminação a quente, ou jateada por granalha metálica, para propiciar um acabamento fosco no produto final. Em cada extremidade, estão os "pescoços" que se apóiam nos mancais. Os pescoços podem ser cilíndricos ou cônicos. Além do pescoço fica o "trêvo", que recebe o acoplamento para rotação. Pode ser  acoplado à caixa de pinhões ou a um outro cilindro da cadeira ao lado e podem ser de 4 ou. 5 abas. Os laminadores modernos utilizam juntas universais; para estas, o "trêvo" é substituido por uma seção adequada ao desenho do acoplamento.

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Fig.10.11 – Esquema mostrando partes de um cilindro de laminação.

Fig.10.12 – Esquema mostrando partes de um cilindro de laminação com pescoço cilíndrico e garfo de acloplamento (acima), e pescoço cônico com munhão de aclopamento. As principais características que definem a qualidade de um cilindro de laminação são as seguintes: 1. dureza; 2. resistência ao desgaste da mesa; 3. resistência à ruptura por ocasião de uma eventual sobrecarga; 4. baixa sensibilidade à formação de trincas térmicas; 5. boa superfície. 3.1 - CLASSIFICAÇÃO DOS CILINDROS: São produzidos em uma enorme variedade de materiais, desde o aço simples com 0,50% de carbono, passando pelos ferros fundidos especiais e nodulares, até os carbo netos de tungstênio. Os cilindros podem ser fundidos com a mesa lisa ou com a mesa já esboçada para facilitar a usinagem dos canais. Os cilindros em aço, que podem ser ou fundidos ou forjados, são mais indicados onde aplicam-se fortes reduções, com canais fundamente entalhados nos cilindros.

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Mediante o emprego de elementos de liga e de tratamentos térmicos adequados podese conseguir altas durezas e resistências adequadas com cilindros de aço. O teor de carbono varia de 0,35 a 1%. Os principais elementos de liga são o cromo, o níquel e o molibdênio. Os cilindros de ferro fundido são de: ferro fundido cinzento moldado em areia; ferro fundido cinzento moldado em coquilha; ferro fundido tratado termicamente; ferro fundido de dupla fusão; ferro fundido nodular. O teor de carbono varia de 2,5 a 3%. Em alguns tipos são utilizados elementos de liga tais como níquel cromo e molibdênio. Apresentam melhor resistência ao desgaste do que os de aço. No entanto, sua resistência à ruptura é menor, não suportando grandes reduções por passe. São usados como cilindros preparadores ou acabadores em diversos tipos de trens de laminação, como mostraremos a seguir. Podemos classificar os cilindros como: 1. CILINDROS DE AÇO FUNDIDO: Apresentam resistência ao desgaste relativamente pequena mas, devido à sua alta resistência à flexão, permitem grandes reduções em cada passagem. São usados; principalmente, nos laminadores desbastadores, nas primeiras cadeiras de laminadores de tiras a quente e como cilindros de encosto nos laminadores planos aquente e a frio. Podem também ser empregados como cilindros preparadores. 2. CILINDROS DE AÇO FORJADO: Apresentam melhor resistência ao desgaste. São usados principalmente como cilindros de trabalho de laminadores a frio. 3. CILINDROS DE FERRO FUNDIDO EM MOLDES DE AREIA: São empregados como cilindros acabadores de trens de grandes perfis e trens comerciais, bem como cilindros preparadores de trens de perfis médios. 4. CILINDROS DE FERRO FUNDIDO COQUILHADO: Possuem uma camada exterior dura, com grande resistência ao desgaste podendo gerar produtos com bom acabamento superficial. O núcleo, no entanto, é mais tenaz e possui boa resistência à ruptura. Podem ser usados em cadeiras acabadoras de trens de fio-máquina, de trens de pequenos perfis, e em laminadores desbastadores. 5. CILINDROS DE FERRO FUNDIDO NODULAR: Além de terem boa resistência ao desgaste, apresentam resistência à ruptura maior  que os outros cilindros de ferro fundido cinzento. Podem ser usados em cilindros de laminadores de tarugos e cilindros intermediários de trens de fio-máquina. Quando um esboço aquecido é laminado, uma parte de seu calor é transmitida aos cilindros, provocando o aquecimento destes. Como este aquecimento não é regular ao longo da mesa, formam-se as 'trincas térmicas' que marcam (danificam) os cilindros

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podendo, inclusive, provocar sua ruptura. Estas trincas podem, no entanto, ser evitadas ou atenuadas mediante um resfriamento adequado dos cilindros. Realiza-se o resfriamento lançando água sobre a mesa dos cilindros. A quantidade de água a ser utilizada depende de vários fatores como: a - comprimento do esboço a ser laminado: quanto mais comprido for o esboço mais intenso deverá ser o resfriamento; b - velocidade de laminação: quanto maior a velocidade, maior deverá ser a quantidade de água a ser utilizado no resfriamento; c - forma do canal: canais profundos exigem um melhor resfriamento; d - material de construção dos cilindros: quanto mais duros forem os cilindros, mais eficiente deverá ser o resfriamento. Na operação de um laminador, deve-se procurar evitar um aquecimento ou resfriamento brusco dos cilindros. Estas mudanças rápidas de temperatura produzem 'choques térmicos' que podem provocar trincas ou mesmo a ruptura do cilindro. Quando a operação do laminador for interrompida deve-se cortar a água de resfriamento, caso contrário ocorrerá um choque térmico no reinício da operação. Apesar de ser fundamental em todos os tipos de laminadores, é na laminação de chapas (principalmente nos cilindros acabadores) que o resfriamento assume importância ainda maior, pois, pode influir na uniformidade da espessura da chapa. Este aspecto será abordado por ocasião do estudo dos laminadores de produtos planos. 10.4 – LAMINAÇÃO A QUENTE. A maioria dos produtos laminada de aço é fabricado por um dos dois caminhos descritos a seguir, ou seja, produção de perfis, tarugos e barras (produtos não-planos ou produtos longos) ou produção de chapas, tiras e folhas (produtos planos). A fig.10.13, mostra uma representação esquemática do processamento de diversos produtos laminados, e a fig.10.14 mostra aplicações típicas deste produtos.

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Fig.10.13 – Representação do processamento de diversos produtos laminados. Como pode ser observado, existem dois pontos iniciais distintos na laminação: ou parte-se do lingote obtido por lingotamento convencional na aciaria, ou parte-se das placas ou blocos do lingotamento contínuo também na aciaria. Quando o produto inicial é um lingote, existe a necessidade de um laminador primário, também conhecido pelo nome de laminador desbastador, onde os lingotes são transformados em blocos ou placas para subseqüente acabamento em barras, perfis, chapas. tiras e folhas. Depois da obtenção das placas ou dos blocos no laminador primário, estes dois semiacabados serão acabados de maneiras diferentes. As placas serão reaquecidas nos fornos de reaquecimento e poderão seguir por dois caminhos distintos: ou são encaminhadas a um laminador de chapas grossas onde a espessura da placa será reduzida, ou são encaminhadas para o laminador de tiras a quente onde serão obtidas as bobinas de tiras laminadas a quente. As bobinas de tiras laminadas a quente podem por sua vez, seguir vários caminhos distintos: podem ser utilizadas na fabricação de tubos sem costura, por diversos processos; podem servir de matéria-prima para o laminador de tiras a frio obtendo-se assim chapas e tiras laminadas a frio com ou sem revestimentos superficiais; podem servir de matéria-prima para os laminadores a frio tipo Sendzmir para o caso de aços especiais (inoxidáveis, ao silício, etc.) onde obteríamos as folhas ou fitas laminadas. As tiras ou chapas oriundas do laminador de tiras a quente podem também ser  utilizadas para a fabricação de peças dobradas, rodas, vigas, vasos de pressão, etc. Para o caso dos tarugos, estes podem seguir três caminhos distintos: para os laminadores de perfis (leves, médios ou pesados) onde obteríamos os perfis estruturais 113

e os trilhos; para os laminadores de barras ou de fios, onde se chegaria aos diversos tipos de barras e aos fios- máquina; para os laminadores de tubos sem costura. Normalmente, todas as etapas de laminação de tarugos até o produto final é feita aquente.

Fig.10.14 – Esquema mostrando aplicações típicas deste produtos. A fig.10.15 mostra na forma de um gráfico as diferentes terminologias dos produtos planos de aço laminado dada pela ABNT. 10.4.1 – LAMINAÇÃO DE TIRAS A QUENTE. Os laminadores de tiras a quente são aqueles destinados a produção de chapas finas tiras até espessuras acima de 1,0 mm. Uma boa parte dos produtos dos laminadores de tiras a quente é utilizada na espessura com que sai do laminador, são as chapas finas e tiras a quente. Entretanto, outra grande parte é destinada a laminação a frio, para a produção de chapas finas a frio e das folhas. Assim como as chapas grossas, as chapas finas e tiras laminadas aquente podem ser  classificadas de diversas maneiras segundo os requisitos de qualidade, ou seja: 1 - qualidade comum; 2 - qualidade estampagem; 3 - qualidade baixo teor de metalóides; 4 - qualidade requisitos de propriedades mecânicas.

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Fig.10.15 – Terminologia dos produtos planos de aço laminado dada pela ABNT. A seqüência de operações nos trens de tiras aquente é, em linhas gerais, a seguinte: 1- preparação das placas; 2- reaquecimento das placas; 3- descarepação; 4- laminação a quente; 5- bobinamento ou corte; 6- decapagem e oleamento (opcional); 7- acabamento. 1 – Preparação. A preparação ou condicionamento das placas consiste na eliminação de seus defeitos, a fim de se evitar que os mesmos apareçam no produto acabado. As placas provenientes do desbastador são resfriadas e inspecionadas nas duas faces e, se necessário, é realizada a remoção dos defeitos (geralmente gotas frias, trincas, dobras, superfície queimada, superfície esponjosa, bolsas, etc.) através da escarfagem manual com maçarico ou com a utilização de esmeril. Em usinas siderúrgicas de elevado padrão de qualidade, o resfriamento e inspeção é feito por amostragem. A maior parte das placas, provenientes de desbastadores ou do lingotamento contínuo, é enfornada a quente, sem inspeção visual, com sensível economia de combustível. 2 – Reaquecimento de placas. Completado o exame e o condicionamento, as placas são transportadas para a área dos fornos de reaquecimento onde sua temperatura será elevada até o ponto que o trabalho de deformação plástica seja facilitado. Os fomos são do tipo contínuo dotados de um sistema de carregamento, podendo ser de empurrar ou de vigas caminhantes. 3 - Descarepação. A descarepação, ou seja, a eliminação da camada superficial de óxido, merece atenção especial, pois, a qualidade de superfície da chapa acabada depende em grande parte, do cuidado com que ela (a camada de óxido) for removida. Para isto existem três métodos: 115

a) emprego de uma cadeira duo horizontal, que pode igualmente efetuar uma redução de espessura; b) utilização de uma cadeira duo vertical, bastante útil no caso de placas de largura menor , pois, além de controlar as bordas da chapa, ajuda a evitar o seu fendilhamento; c) emprego de jatos d' água sob alta pressão, normalmente entre o laminador vertical e o laminador quádruo de chapas grossas, ou antes e depois do quebrador de carepas e do laminador quádruo reversível. Os cilindros horizontais podem apresentar uma superfície entalhada (usinada), para facilitar o agarramento e arrastamento da carepa primária pelos cilindros ásperos. A ação dos cilindros verticais provoca o trincamento da carepa na direção transversal do esboço, facilitando a sua remoção sem o perigo de incrustá-la, o que pode acontecer  com cilindros horizontais. Os jatos de água, além da ação mecânica (impacto) propriamente dita, também provocam o resfriamento rápido da camada de carepa acarretando o seu fendilhamento (a carepa trinca porque é friável) e diminuindo a adesão da mesma à superfície do metal base. Observa-se que a água que penetra nas trincas provoca um aumento de volume ao se transformar em vapor induzindo o remoção da camada de carepa. A laminação, pode ser realizada em 4 tipos de laminadores: 1 - laminador contínuo; 2 - laminador semi-contínuo; 3 - laminador reversível Steckel -laminador planetário. 4 – Laminação a quente. A laminação a quente, pode ser feita em laminador contínuo, semicontínuo e laminador  steckel. 4.1 - Laminador Contínuo No arranjo dos trens contínuos de tiras aquente, o mesmo é dividido em 2 partes: trem preparador e trem acabador. O número e o tipo de cadeiras utilizadas em cada trem variam em função do grau avanço tecnológico da empresa projetista/construtora do equipamento, do tipo de aço a ser laminado, da capacidade de produção almejada, etc. 1. Trem preparador: O trem preparador pode ser composto por até de 4 cadeiras quádruo, não reversíveis, distanciadas entre si de tal modo que a placa quase nunca é laminada em duas cadeiras simultaneamente. Outra opção é a utilização de uma cadeira quádruo reversível. A primeira cadeira, que é precedida por um quebrador de carepa pode ser  utilizada como alargadora de placas no caso de laminação cruzada. Para a operação de alargamento, torna-se necessário uma mesa viradora e uma prensa endireitadora de bordas. As três cadeiras seguintes são, geralmente, dotadas de cilindros verticais para laminar as bordas da chapa. Entre o trem preparador e o acabador tem-se uma mesa de rolos de grande comprimento, cuja finalidade principal é permitir o controle da temperatura da chapa 116

antes de sua entrada no trem acabador. Nos modernos trens de chapas finas aquente, utilizam-se fornos conhecidos como coil box  depois do trem de desbaste. A finalidade deste equipamento é evitar o resfriamento do esboço que está sendo laminado devido ao aumento da superfície de contato esboço/ambiente. O princípio de funcionamento baseia-se no bobinamento do esboço no momento que a espessura atinge a faixa de 20 a 40 mm. A utilização do coil box  permite a construção de unidade mais compactas de laminação de chapas finas aquente.

Fig.10.16 – Representação esquemática do coil box  posicionado depois do trem de desbaste; 1- rolos do berço; 2- rolo de desempenamento inferior; 3- rolo de formação da bobina; 4- rolos defletores; 5- braço oscilante com unidade ajustável; 6- rolos de desempenamento superiores; 7- pistão hidrálico de ajuste; 8- engrenagem (fuso) de elevação para ajustar o gap de desempenamento; 9- capa da forno; 10- mecanismo de transferência de bobina; 11- unidade de desbobinamento.

Fig.10.17 – Representação esquemática da seqüência de bobinamento e desbobinamento do coil box.

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2. Trem acabador: O trem acabador é constituído de 4 a 7 cadeiras quádruo não reversíveis, colocadas muito próximas umas das outras de modo que a chapa é laminada simultaneamente, em todas as cadeiras. Antes do trem acabador, tem-se uma tesoura de pontas e um quebrador de carepas. Entre a última cadeira do acabador e as bobinadeiras, tem-se as mesas de resfriamento. Trata-se de uma linha de rolos de grande comprimento onde se lança água sobre a tira a fim de resfria-la até uma temperatura conveniente para o bobinamento. Alguns trens contínuos de tiras a quente, produzem também chapas grossas, as quais no entanto, geralmente, só são laminadas no trem preparador. Um transferidor situado antes do trem acabador conduz as chapas grossas para as desempenadeiras e dai, para o setor de acabamento. 4.2 - Laminador Semicontínuo O laminador semicontínuo é muito semelhante ao laminador contínuo. A diferença principal reside no fato de que ao invés de várias cadeiras preparadoras, todas girando na mesma direção, empregam-se para o mesmo trabalho, uma ou duas cadeiras reversíveis. A capacidade de produção destes trens é inferior a dos trens contínuos. 4.3 - Laminador Steckel Como o custo inicial do laminador contínuo ou semicontínuo é um investimento muito alto, sua aquisição só se torna econômica para grandes produções. Por isto, foi desenvolvido um laminador para produções menores chamado de laminador Steckel, o qual consiste de: um laminador duo ou de um laminador de bordas com cilindros verticais para quebrar a carepa; uma cadeira quádruo reversível única, de dois fornos com bobinadeiras (uma câmara revestida internamente de refratário, aquecida a gás ou a óleo, dentro da qual tem-se um mandril enrolador); cilindros impulsionadores ou arrastadores; mesas de aproximação e de saída. Nos primeiros passes a laminação é realizada de maneira convencional e os fornos não são utilizados. Quando se atinge uma determinada espessura, passa-se a enrolar  a tira alternadamente em um dos fomos. Os fornos estão muito próximos da cadeira de modo que ao mesmo tempo em que a chapa é laminada, ela está sendo enrolada num forno e desenrolada no outro. Quando completa-se o passe, inverte-se o sentido de laminação e a tira é introduzida no mandril do forno onde vai ser enrolada. Deve ser observado que a finalidade dos fornos não é a de aquecer a tira e sim atenuar  o resfriamento. Mesmo assim, as extremidades se resfriam muito e podem apresentar  espessura irregular.

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Fig.10.19 – Representação esquemática de um laminador Steckel para produção de chapas finas a quente.

Fig.10.20 – Representação esquemática de alguns componentes do laminador Steckel. 10.4.2 - ASPÉCTOS METALÚRGICOS NA LAMINAÇÃO DA LAMINAÇÃO A QUENTE Inicialmente, as operações de laminação tinham como único objetivo atender as dimensões desejadas do laminado. Entretanto, desde os anos 50, tem-se percebido que tanto a temperatura final do laminado após o último passe, quanto e o grau de redução aplicado no mesmo afetam significativamente as propriedades físicas do produto. Desta forma, em muitos processos de laminação a quente, muitas operações são realizadas de modo a alcançar uma temperatura final que leva as propriedades físicas desejadas no produto. Estas operações são chamadas de laminação controlada e mais recentemente de tratamentos termo mecânicos. No processo de laminação a quente o material é aquecido até uma temperatura de encharque, realizando a sua austenitização, a seguir deformações programadas são impostas nas etapas de desbaste e acabamento e, finalmente, um resfriamento controlado deste. Como já é sabido, o aço na forma de austenita possui estrutura CFC, e devido ao seu formato de empilhamento, é muito mais fácil de ser deformado do que a estrutura CCC. Desta forma, para se laminar a quente um aço, deve-se primeiro alcançar a estrutura austenítica, ou seja: conforme o teor de carbono, aquecer o aço em torno de 800 a 880oC, para em seguida fazer a deformação no laminador. Com isto, economiza-se energia, equipamentos, tempo, e viabiliza economicamente o 120

produto além de poder conferir boas propriedades mecânicas e metalúrgicas ao aço posteriormente ou durante a laminação. Uma das conseqüências do processo de reaquecimento do aço é o crescimento de grão. O controle deste crescimento é uma etapa importante no processo de laminação controlada onde se desenvolvem grandes esforços para alcançar produtos com estruturas de granulação fina. Para aços microligados, a temperatura de reaquecimento deve ser alta o bastante para solubilizar as partículas estáveis que se formaram com as ligas. A temperatura de reaquecimento também afeta a formação da chamada bandas de deformação, a qual desenvolve um importante papel durante o processo subseqüente de restauração do grão. Para que o tamanho de grão final da austenita seja fortemente dependente do reaquecimento do grão, é necessário a temperatura de reaquecimento seja mantida acima da temperatura de crescimento do grão. Parâmetros de operação industrial, tais como: deformação, taxa de deformação e temperatura podem ser correlacionados com os fenômenos metalúrgicos envolvidos no processo e tratados por equações empíricas conhecidas na literatura. A forma de restauração do material pode ser descrita através de curvas de tensão-deformação equivalentes obtidas por ensaios de laboratório. A análise e interpretação destes gráficos, em conjunto com os dados operacionais, podem caracterizar o comportamento mecânico a quente destes aços e, assim, diminuir os custos de processamento. 1- Objetivos gerais da laminação controlada dos aços. A laminação controlada ou tratamentos termomecânicos são uma série de tratamentos térmicos e de deformações plásticas de modo a se alcançar as melhores propriedades mecânicas dos aços tais como: a - Maior resistência ao escoamento; b - Melhor tenacidade; c - Melhor soldabilidade; d - Maior resistência à fratura frágil; e - Maior resistência à fratura dútil de baixo nível de energia; f - Menor impacto nas temperaturas de transição; g - Boa conformação a frio, particularmente no dobramento; h - Redução de custo a qual é possível utilizando a laminação à quente ao invés de seção de tratamentos térmico posterior. Um fator adicional à redução de custo é o fato do processo de laminação controlada permitir que se alcance as propriedades desejadas com menos quantidades de elementos de liga no aço do que as necessárias no processo de laminação à quente convencional.

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2 – Fenômenos Metalúrgicos Durante A Laminação. Na laminação a quente de aços estão presentes os processos amaciamento da austenita simultaneamente aos processos de endurecimento (encruamento). Alguns autores estabelecem os seguintes mecanismos de restauração ou amaciamento: a - Processos de restauração dinâmicos: Iniciam e são completados durante a deformação; incluem os processo de recuperação dinâmica e recristalização dinâmica; b - Processos de restauração metadinâmicos: Iniciam durante a deformação e são completados após o termino desta; incluem os processo de recuperação estática e recristalização estática; c - Processos de restauração estáticos: Iniciam e são completados após a deformação. Inicialmente na laminação à quente, a microestrutura do aço consiste de grãos equiaxiais grosseiros de austenita, como pode ser visto na fig.10.21. Durante o passe no laminador, os grãos de austenita são deformados e alongados. As bandas de deformação podem aparecer dentro dos grãos de austenita, como mostrado na mesma figura.

Fig.10.21 - Ilustração esquemática da recristalização estática. a - Processo de restauração Dinâmico e Metadinâmico Quando o aço é deformado no estado de austenita a altas temperaturas, a tensão de escoamento aumenta para um máximo e em seguida cai para um valor constante, como mostrado na fig.10.22. Esta queda na tensão de escoamento, mostra a ocorrência da recristalização dinâmica. Desta forma, nos processos de restauração dinâmicos deve-se atingir um grau de deformação crítico (mínimo) a partir do qual estes processos sejam estáveis, o que em geral não acontece. As microestruturas obtidas por processo de restauração dinâmicos não são estáveis e em altas temperaturas são modificadas por processos de restauração metadinâmicos e estáticos. Na recristalização dinâmica, os ciclos de endurecimento e amaciamento seguem um ao outro alternadamente. Como um exemplo, tem-se na fig.10.22, onde as curvas tensãodeformação de um aço com 0,25%C é deformado na fase austenítica (1102°C) sob diversas velocidades de deformação. Como pode ser visto, a periodicidade depende acentuadamente da velocidades de deformação, aparecendo apenas um pico a altas 122

velocidade de deformação e aumentando o número de picos a medida que a velocidade é reduzida.

Fig.10.22 - Curvas tensão-deformação de um aço com 0,25%C mostrando a influência da velocidade de deformação na peridodicidade de picos de tensão; este comportamento está relacionado com o fenômeno de recristalização dinâmica. c - Processo de restauração Estático. As microestruturas desenvolvidas pelo processo de restauração dinâmico não são estáveis e a elevadas temperaturas são modificadas por processos de restauração metadinâmicos e estáticos. Este último processo pode incluir restabelecimento estático, recristalização estática e metadinâmica. O mecanismo de recuperação estática, ou seja, a redução da quantidade de defeitos pontuais e a eliminação do emaranhado de discordâncias em pequenas distâncias, é termicamente ativado. Assim, a cinética do processo é influenciada pela temperatura de processamento do aço. Além disso, as variáveis que afetam o movimento das discordância (barreiras) tais como átomos de soluto ou de precipitados, irão afetar a velocidade com que a recuperação ocorre. Na laminação à quente, a recristalização estática pode iniciar espontaneamente. O núcleo de recristalização toma lugar preferencialmente nos contornos de grãos alongados e nas bandas de deformação. O amaciamento do material devido ao restabelecimento e recristalização estáticos ocorre numa velocidade que depende das condições de deformação e da temperatura anteriores. De uma maneira geral pode-se dizer que quanto maior a temperatura do processo, o grau de deformação, a velocidade de deformação, ou seja fatores que aumentam a energia interna do material, maior é a taxa de ocorrência de recuperação.

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Os fatores que afetam a velocidade e o tamanho dos grãos recristalizados são:. 1. Tamanho de grão da austenita antes da deformação a qual é função da temperatura de aquecimento. 2. Temperatura de recristalização do material, 3. Quantidade de deformação antes de qualquer deformação, Como os sítios de recristalização são predominantemente localizados nos contornos de grãos, ambos: tempo de recristalização e tamanho de grão são afetados pelo tamanho de grão inicial. A Temperatura de recristalização de um aço é a temperatura mais baixa a qual a estrutura austenítica se recristaliza completamente após deformação. Portanto, quanto mais alta a temperatura de laminação a quente,maior será o número de grãos deformados que serão recristalizados. A temperatura de recristalização do material aumenta com a adição de elementos de liga. O cobalto, alumínio, nióbio, titânio e em menor grau o vanádio retardam a recristalização estática e dinâmica. Dependendo da quantidade de deformação na laminação, o processo de restauração estático se processa de três formas: a) Restabelecimento – Esta forma de restauração estática ocorre quando o laminador  tem redução menor do que o valor crítico para a recristalização parcial. Neste caso, os grãos coalescem ao invés de refinar devido às tensões induzidas com as migrações nos contornos de grãos, produzindo grãos muito maiores do que os iniciais. Estes grãos grandes formados devido à pequena deformação na região de restabelecimento e permanece ainda após muitos passes na zona de recristalização parcial. b) Recristalização Parcial – Quando a redução na laminação é suficiente para iniciar a recristalização parcial, produzindo uma microestrutura mista de grãos recristalizados e grãos restabelecidos. c) Recristalização Completa – É a redução mínima na laminação na qual a austenita se recristaliza completamente e é sempre chamada de redução crítica de recristalização. O tamanho de grão da austenita recristalizada diminui significativamente com o aumento no grau de redução total, como pode ser visto na fig.10.23.

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Fig.10.23 - Efeito da redução total sobre o tamanho de grão da austenita no aço nióbio a qual foi pré-aquecido para 1280o C ou 1150o C e subseqüentemente laminado em multi-passes. 2.1 - Mudanças Estruturais no Aço Durante o Resfriamento. Após a laminação a quente, o material é sujeito a um resfriamento combinado de ar e água. O tamanho de grão da ferrita será afetado por: a - temperatura final de laminação, b - atraso de tempo entre a laminação e o início do resfriamento com água, c - velocidade de resfriamento. O tamanho de grão da ferrita no aço aumenta com o aumento do atraso de tempo e diminui tanto com a diminuição da temperatura final de laminação quanto com o aumento da velocidade de resfriamento do material. 2.2 - Efeito da Estrutura do Aço na Tensão de Escoamento do Material. Durante a deformação do aço, energia é armazenada devido a deformação dos grãos na forma de defeitos no reticulado(discordâncias). Desta forma, onde ocorre uma recristalização em que os defeitos do reticulado são eliminados e a energia armazenada nos grãos deformados é reduzida, então a tensão de escoamento de uma estrutura completamente recristalizada será bem menor do que aquela que foi parcialmente recristalizada. Entretanto, um método para se avaliar corretamente a tensão de escoamento na laminação à quente, é considerar as seguintes duas situações. a - tempo de recristalização estático tR é menor ou igual ao tempo entre passes tI (tR tI ). O primeiro caso está mostrado na fig.10.24 onde d01 é o tamanho de grão inicial antes do primeiro passe. A estrutura dos grãos é de completamente recristalizada (X R=1) após tempo tR a qual o tamanho de grão é igual a dR. Por conseguinte, a tensão de escoamento para o segundo passe pode ser determinada pelo uso da equação conhecida aplicável para estruturas de grãos completamente recristalizadas. 125

Fig.10.24 - Evolução dos parâmetros estruturais entre os passes. No segundo caso a recristalização estática não se completa antes do segundo passe, então a tensão de escoamento pode ser apresentada como consistindo de dois componentes, ou seja: a componente da tensão de escoamento correspondente a parte recristalizada da estrutura dos grãos, e a componente da tensão de escoamento correspondente a parte não recristalizada da estrutura dos grãos. Estes fenômenos metalúrgicos citados são muito utilizados na laminação controlada devido a forte relação entre as mudanças microestruturais e as propriedades mecânicas do aço durante a laminação à quente e no resfriamento dos aços, na última década estudos tem sido feitos no sentido de se desenvolver modelos que levem em consideração propriedades físico-químicas e metalúrgicas do aço e também variáveis operacionais, com o objetivo de se otimizar o processo de laminação. O controle das propriedades mecânicas do aço durante a laminação contribui para a redução de custos devido a menor necessidade de adição de elementos de liga no refino do aço e redução de tratamentos térmicos posteriores, visando melhorar suas propriedades mecânicas. Além disso, um controle computacional microretrutural reduzirá o número de amostragens e conseqüentemente aumentará a produtividade da laminação.

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11 - CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA NUMA USINA SIDERÚRGICA Numa usina integrada, pode-se considerar os seguintes valores: Unidade Metalúrgica Sinterização Coqueria Alto Forno Fábrica de Oxigênio Conversor a oxigênio Lingotamento Contínuo Desbastador de blocos Laminador de barras Desbastador de placas Laminador reversível para chapas grossas Laminador de Tiras a Quente Acabamento de tiras laminadas a quente

kWh/t 44 38 27 650 33 36 28-44 130-165 35-48 110-130 120-140 30

Na CST; a Geração e Recepção/ Envio de Energia Elétrica, Fracionamento de Ar, Sistema de Geração de Vapor, Sistema de Combustíveis e Sistema de Águas; ficam a cargo do Centro de Utilidades. Suas principais atividades são: a) Geração de energia elétrica: Geradores 1 e 2 (104 MW). Gerador 3 (75 MW). Turbina de Topo (TRT) (16 MW). Geração Diesel 2 x 2 MW + 1 MW (emergência para o Alto Forno); b) Garantir sopro estável para os Altos Fornos 1 e 2; c) Produção de vapor de processo, oxigênio líquido e argônio líquido; d) Produção/ Distribuição de oxigênio, nitrogênio e de ar comprimido; e) Distribuição de combustíveis; f) Captação/Tratamento/Distribuição de águas; g) Recebimento/Envio/Transformação/Distribuição de Energia Elétrica; Produção média horária (dados de 1998) -195 MW, sendo 35 MW enviados para Escelsa e 160 MW consumidos internamente.

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