Resenhas técnicas: Tecnologias de Processos

Produção de Ferro Metálico - O Alto-Forno

Desde tempos imemoriais, e qualquer que seja o processo empregado, o ferro metálico sempre foi obtido por meio de uma mistura de minério, ar e combustível. Quase que certamente, o ferro foi descoberto acidentalmente, como um subproduto da metalurgia do bronze pois os minérios de ferro eram usados como fluxante. O maior progresso na produção de grandes quantidades de ferro é datado de 1.200 a 1.000 AC. De sua origem até o fim da Idade Média, de aproximadamente 2.000 AC a 1.400 DC, o ferro metálico...


Mini Alto-Forno

Mini altos-fornos destinam-se a operações em menor escala, podendo ser vistos como uma versão miniaturizada do alto-forno convencional com algumas características adicionais conhecidas por sua simplicidade e economia. Com volumes úteis até 350m3 correspondendo a capacidades de produção entre 80.000 a mais de 300.000 t/ano, permitem o emprego de coques de qualidade inferior e carvão vegetal. O resfriamento das cubas é externo, por dispersão de água...


Redução Direta e Fusão Redutora

Os processos que produzem ferro metálico pela redução do minério de ferro abaixo do ponto de fusão deste metal são classificados como de redução direta e seus produtos referidos como ferro diretamente reduzido (DRI). A redução dos óxidos de ferro nesses processos segue o mesmo sistema reacional dos altos-fornos, resumidamente...


Fornos Elétricos de Redução

Fornos elétricos de redução ou fornos a arco submerso compreendem o conjunto de processos que utilizam a energia elétrica e um agente redutor para promover a fusão redutora de minérios. Nesse tipo de reator, o minério e o redutor são alimentados continuamente no forno pelo topo enquanto os eletrodos permanecem enterrados na mistura e o arco elétrico é submergido...


Produção de Coque

Os portadores de carbono, como o carvão mineral, carregam consigo substâncias outras que não interessam aos minérios que encontram sua redução neste elemento, a exemplo do ferro. Disso emerge a necessidade de concentração do carbono, o papel exercido pelas coquerias. Carvão é uma rocha sedimentar de composição orgânica consistindo de carbono, hidrogênio, oxigênio e proporções menores de nitrogênio e enxofre...


Aglomeração de Finos de Minérios

Os reatores de redução em contracorrente como os altos-fornos operam com minérios granulados (lump ore) entre 25mm e 6mm, não tolerando as parcelas de finos geradas nas operações de beneficiamento como no caso dos minérios de ferro. Esses finos têm então de ser aglomerados para permitir sua utilização. Os aglomerados resultantes, por sua própria natureza de constituição, apresentam redutibilidade mais elevada...


Dessulfurização

Entre os elementos contaminantes dos aços, o enxofre, assim como o fósforo, sofre severas restrições quanto aos teores máximos permissíveis. O enxofre afeta a resistência dos aços promovendo decréscimo da elasticidade (fragilização) e da soldabilidade e resistência à corrosão, devendo ser removido a valores tipicamente de 0,015%. A despeito de ao redor de 40% do enxofre contido no carvão ser removido no processo de coqueificação, o teor deste elemento no coque permanece por volta de 0,5%...


Os Processos Pneumáticos de Produção de Aço

O ferro metálico produzido nos altos-fornos absorve considerável quantidade de carbono, da ordem de 4,5%. Esse carbono tem de ser drasticamente reduzido a valores que confiram a essa liga metálica as características de maleabilidade que a qualificam como aço. Até metade do século XIX não havia um método eficiente para a produção de aço, um produto escasso e caro, obtido no estado pastoso, vasado em moldes e depois agitado ao ar por meio de barras para a redução dos teores de carbono...


Fornos Elétricos a Arco

A principal fonte de ferro metálico dos fornos elétricos a arco é a sucata ferrosa, são então essencialmente grandes recicladores. O ferro diretamente reduzido (DRI ou HBI no caso de briquetado) e o ferro-gusa sólido são também empregados como matérias-primas. O DRI, com menor teor de ferro (metalização) demanda maior consumo de energia para seu processamento. O ferro-gusa destaca sua maior densidade, favorecendo as operações de carregamento, e o elevado teor em carbono que contribui sobremaneira para as demandas energéticas do processo...


Homogenização de Temperatura e Composição Química

Antes de 1950, o processamento do aço líquido limitava-se a desoxidação, carburização pela adição de materiais portadores de carbono como o coque e adição de ligas. Entretanto, demandas mais restritas quanto à qualidade e consistência de propriedades do aço requereram medidas além das possibilidades dos fornos de processamento...


Processos de Reaquecimento do Aço Líquido

Os processos que promovem o reaquecimento do aço líquido ganharam crescente aceitação no setor siderúrgico por liberarem os fornos primários de produção do aço das operações de sobreaquecimento e ajustes das temperaturas do aço líquido para as etapas subsequentes de operação. Adicionalmente, esses processos realizam ajustes finos das composições químicas, contribuindo para a qualidade do aço produzido e prevenindo perdas de produção...


Reatores de Diluição

Como pode ser observado no diagrama parcial de Ellingham ao lado, o óxido de cromo compete termodinamicamente com os óxidos de carbono sob o aspecto de estabilidade dos mesmos. O cromo compõe as ligas Fe-Cr-Ni ou Fe-Ni-Cr, as quais compreendem os aços inoxidáveis, os aços resistentes a elevadas temperaturas e as superligas à base de Ni. As ferroligas Fe-Cr de adição do cromo aos processos de fabricação...


Desgaseificação a Vácuo

Durante o vazamento das corridas de aço, este fica exposto ao contato com o ar atmosférico e sujeito à contaminação por nitrogênio. Outras fontes de contaminação por nitrogênio são o coque utilizado como carburante e ferroligas. As adições efetuadas nas panelas de vazamento frequentemente contêm umidade e promovem a contaminação do aço líquido por hidrogênio. Os pioneiros processos de desgaseificação surgidos na década de 50 tinham como propósito a remoção...


Princípios do Lingotamento Contínuo de Metais - Parte I - Fundamentos

Lingotamento consiste no vazamento de um metal no estado líquido em um molde, no qual se solidifica e adquire sua forma. O lingotamento contínuo não foge desse princípio. Nesse processo, o metal líquido igualmente solidifica-se em um molde enquanto que é simultaneamente extraído do seu fundo a uma taxa que mantém a interface sólido-líquido em uma posição constante ao longo do tempo. Essa simultaneidade de extração do metal lingotado...


Princípios do Lingotamento Contínuo de Metais - Parte II - O Processo

No processo de lingotamento contínuo, o aço líquido é vertido pelo fundo da panela de vazamento em um segundo vaso de contenção do metal líquido, denominado distribuidor. Esse distribuidor armazena uma quantidade suficiente de aço líquido de modo a prover um fluxo contínuo deste metal para o molde, o chamado resfriamento primário...


Princípios do Lingotamento Contínuo de Metais - Parte III - Metais Não Ferrosos

Há uma série de processos de lingotamento contínuo genericamente batizados de Continuous Casting in Traveling Mold, que encontram utilização preferencial nas ligas de metais não ferrosos como as de alumínio, cobre e outras. A necessidade de oscilação do molde é uma contingência dos aços. As ligas não ferrosas são continuamente lingotadas em instalações de molde fixo como as máquinas horizontais mencionadas...


Princípios do Lingotamento Contínuo de Metais - Parte IV - Placas e Blocos

Na Parte II desta série de resenhas técnicas sobre lingotamento contínuo é mencionado que as modernas máquinas para placas e blocos seguem a configuração de molde reto com dobramento e endireitamento progressivos, ou, no caso dos blocos, também a opção por máquinas verticais. Essas máquinas reúnem elevadas capacidades de produção e excelência de qualidade dos produtos lingotados...


Princípios do Lingotamento Contínuo de Metais - Parte V - Desvios de Qualidade

A figura a seguir resume os defeitos que podem ser encontrados em aços continuamente lingotados. As razões para a ocorrência desses é variada, compreendendo composição química, fatores térmicos, causas mecânicas, práticas operacionais e caraterísticas de projeto do equipamento de lingotamento contínuo. As causas de defeitos em produtos laminados quase que invariavelmente encontram suas razões...


A Produção de Alumínio Primário - Parte I - Processo

A obtenção de metais em sua forma elementar é feita por meio da operação de redução, que consiste no fornecimento de elétrons. Em química, há o conceito de reatividade, que consiste na tendência que um átomo possui para captar ou perder elétrons. Os principais métodos para extração dos metais de seus minérios são o de redução por carbono e eletrólise. O método adequado depende da reatividade do metal em questão. Os metais mais reativos do que o carbono na série de reatividade...


A Produção de Alumínio Primário - Parte II - Operação e Insumos

A figura a seguir ilustra o ciclo de extração e processamento do alumínio em produtos acabados partindo da alumina. O processo de extração, abordado na Parte I dessa Resenha Técnica, é denominado Aluminium (ou Aluminum) Smelting Process... A alumina é o principal componente da bauxita, o principal minério do alumínio. A bauxita contém cerca de 40% a 60% de alumina, o restante consistindo em uma mistura de óxidos como a sílica e vários óxidos de ferro e de titânio. Ou seja, a alumina tem de ser purificada antes de ser refinada em alumínio metálico...


A Produção de Alumínio Secundário - Parte I - Reciclagem e Fusão

Os metais são ditos como “infinitamente recicláveis”, e a relevância econômica da reciclagem, além da ambiental, é tão maior quanto os respetivos consumos de energia para sua produção, como o caso do alumínio. A fração reciclada do alumínio é em torno de 35%, que é a parcela de produção secundária em relação à total...


A Produção de Alumínio Secundário - Parte II - Tratamento do Alumínio Fundido

O alumínio metálico extraído diretamente da alumina, a exemplo do obtido por reciclagem de sucatas, sofre refusão para submissão a tratamento de refino para remoção de contaminantes... As questões de contaminação por hidrogênio e inclusões não metálicas foram abordadas em diversas resenhas técnicas antes publicadas que contemplaram solidificação e os aços, e a influência...


Princípios da Laminação dos Metais - Parte I - Conceitos e Processos

Laminação é definida como o processo de conformação mecânica no qual o metal é plasticamente deformado pela aplicação de forças compressivas promovidas pela passagem através de um ou mais pares de cilindros que giram em sentidos opostos e com as mesmas velocidades, com o propósito de redução de sua espessura ou altura de uma seção (área). Como consequência, o metal sofre acréscimo proporcional em seu comprimento de modo a preservar o princípio do volume constante...


Princípios da Laminação dos Metais - Parte IIA - Configurações de Laminadores

Os laminadores são os equipamentos que realizam a operação de laminação, e podem ser montados isoladamente ou em grupos, formando uma sequência de vários laminadores em série. Esse conjunto recebe a designação de trem de laminação. Os laminadores seguem diversas configurações de acordo com o número de cilindros de laminação utilizados, indicadas no diagrama a seguir nas posições de A a F...


Princípios da Laminação dos Metais - Parte IIB

Os modernos trens de laminação são configurados em tandem, com as cadeiras dispostas em sequência nas quais as reduções ou os passes de laminação acontecem sucessivamente como exemplificado a seguir. A rotação dos cilindros das cadeiras a jusante é maior do que a das cadeiras precedentes de modo a acomodar o aumento de comprimento do metal em laminação, que passa continuamente de uma cadeira para outra. Essa configuração em tandem...


Princípios da Laminação dos Metais - Parte IIC

Quando não são demandados altos volumes de produção são utilizados laminadores reversíveis para o processamento de laminados planos a quente e a frio. Esse é o caso das usinas dedicadas à laminação a quente de aços inoxidáveis, que empregam o laminador Steckel, mostrado a seguir, que utiliza duas bobinadeiras para alimentar o material durante a laminação...


Princípios da Laminação dos Metais - Parte IID

A laminação de barras difere da laminação de planos, pois a seção transversal do metal é reduzida em duas direções. Em cada passe o metal tem sua seção reta reduzida somente em uma direção. No passe subsequente o material é girado de 90o e o processo se repete. A figura a seguir mostra a sequência de passes para a produção de barras redondas e cantoneiras (angles) de aço partindo de um tarugo (billet)...


Princípios da Laminação dos Metais - Parte III - Produtos Tubulares

Há quatro métodos de fabricação de tubos sem costura, sendo que dois destes envolvem laminação. Tubos sem costura também podem ser manufaturados por extrusão e fundição. Mas esta resenha limita-se a abordar os processos de laminação, encerrando assim esta série de Resenhas Técnicas sobre Princípios da Laminação dos Metais...


O Processo de Extrusão dos Metais - Parte I

Extrusão é um processo de conformação mecânica por compressão no qual um material metálico, usualmente um tarugo (billet) de seção circular, é forçado a fluir através da abertura de uma matriz (die), adquirindo deste modo o formato projetado para esta matriz. O processo é como espremer um tubo de pasta de dentes. A passagem do metal pela matriz é facilitada pelo emprego de lubrificantes. O processo de extrusão é usualmente classificado...


O Processo de Extrusão dos Metais - Parte II

Os parâmetros do processo de extrusão incluem o ângulo da matriz (∂), a velocidade de extrusão, temperatura do tarugo e lubrificação. Um método adotado para inferir a capacidade de extrusão de um material metálico é o do tamanho do círculo no qual a seção reta poderá se adaptar (circumscribing circle diameter – CCD)...


O Processo de Extrusão dos Metais - Parte III

Como anteriormente mencionado, no processo de extrusão um tarugo com uma determinada seção reta é deformado e forçado a fluir através de uma matriz de seção reta inferior, de uma maneira análoga a um fluido fluindo de um canal para outro. À medida que o metal passa pela matriz, suas camadas externas sofrem uma deformação maior do que aquelas próximas ao meio do material. As seções externas mais distantes do eixo central são submetidas a um maior deslocamento de material. As partes mais próximas ao centro...


Forjamento

O milenar forjamento, que se confunde com a própria história dos metais, é um processo de conformação mecânica que utiliza forças localizadas de compressão para obter uma alteração geométrica em um metal. O forjamento é realizado a quente ou a frio. O forjamento a quente é processado a temperaturas acimas das de recristalização, tipicamente 0,5Tf ou acima, onde Tf é a temperatura de fusão. Forjamento morno é feito a temperaturas na faixa de 0,3Tf a 0,5Tf, ou seja, usualmente acima das temperaturas de endurecimento por trabalho a frio...


A Trefilação dos Metais

A trefilação é outro dos processos de conformação mecânica dos metais. A trefilação é similar ao processo de extrusão, exceto em que o metal a ser trabalhado é puxado através de uma matriz denominada fieira por meio de uma tensão aplicada no lado de saída, resultando em uma redução em sua seção transversal com correspondente aumento no comprimento...


Outros Processos de Conformação Mecânica dos Metais

Os processos de conformação mecânica dos metais genericamente denominados sheet forming envolvem transformações plásticas de folhas metálicas como as operações de corte (cutting), dobramento (bending), rebordamento ou agrafamento (hemming), flangeamento (flanging), enrolamento (curling), estiramento (stretching), estampagem rasa (shallow)/estampagem profunda ou embutimento (stamping/deep drawing) e outros em prosseguimento ilustrados...


A Produção de Cobre Metálico - Extração e Refino

A Resenha Técnica Cobre e Suas Ligas em Eng. de Metais aborda as ligas e propriedades deste metal, o terceiro metal industrial em relevância de consumo, logo após o ferro e o alumínio. Os minérios sulfetados de cobre, como a calcopirita, um sulfeto de cobre e ferro (CuFeS2), concorrem para praticamente toda a concentração de cobre. Esses minérios, que contêm tipicamente 0,5 a 2% de cobre, sofrem britagem e moagem com o objetivo de liberação da ganga contida, sendo em seguida submetidos a concentração para um teor de 25 a 30% deste metal antes de serem economicamente submetidos a fusão redutora (smelting)...


Metalurgia do Pó

A Resenha Técnica Anisotropia em Metais em Eng. de Metais menciona os produtos fabricados por pós como uma exceção à direcionalidade de propriedades. Designa-se genericamente como metalurgia do pó o processo de fabricação pelos quais peças e componentes são produzidos a partir de pós metálicos ou não. O processo, ilustrado na figura a seguir, consiste na mistura e compactação de materiais finamente pulverizados em uma forma desejada e no aquecimento desse material compactado em uma etapa denominada sinterização com o propósito de promover sua coesão...


Forno de Indução sob Vácuo (VIM)

O Forno de Indução sob Vácuo (Vacuum Induction Melting – VIM) promove a fusão sob condições de vácuo, e destina-se à fabricação de ligas complexas destinadas a aplicações diversas, particularmente as utilizadas em componentes sujeitos a elevadas tensões térmicas, nos quais a limpeza (cleanliness) exerce influência direta nas suas expectativas de vida útil. Esse é o caso de aplicações na engenharia aeroespacial e em partes de turbinas de geração de potência...


Refusão a Arco sob Vácuo (VAR)

A Refusão a Arco sob Vácuo, ilustrado na figura a seguir, é um processo de fusão secundária utilizado na produção de lingotes de ligas metálicas com precisas características de homogeneidade química e mecânica para aplicações em componentes críticos. Exemplos de ligas que encontram aplicação pelo processamento no VAR são encontrados nas superligas e aços altamente ligados...


Refusão sob Escória Eletrocondutora (ESR)

No processo de Refusão sob Escória Eletrocondutora, diferentemente do VAR, o lingote é produzido pela fusão de um eletrodo consumível imerso em uma escória superaquecida. O calor necessário é gerado por uma corrente elétrica, usualmente contínua, fluindo através da escória líquida que provê resistência elétrica. A temperatura é elevada acima da temperatura liquidus do metal e a ponta do eletrodo sofre fusão. As gotas de metal fundido caem através da escória líquida e são coletadas...


Emprego de Combustíveis Alternativos em Altos-Fornos

Os altos-fornos, cujos princípios de processo encontram-se abordados na Resenha Técnica Produção de Ferro Metálico – O Alto-Forno, esbarra na contingência de dependência do coque como principal agente redutor, sendo sua fonte os carvões metalúrgicos, um insumo de produção restrita a alguns países. O coque constitui uma significativa parcela na estrutura de custos de produção do ferro primário obtido em altos-fornos...


O Processo ELYSIS de Produção de Alumínio Primário

A Resenha Técnica anterior A Produção de Alumínio Primário – Parte I aborda o processo Hall-Héroult de produção de alumínio. Em Casos, encontra-se um balanço de energia desse processo. Nessa mencionada Resenha, o processo Hall-Héroult é ilustrado com seu emprego de eletrodos de grafite e seu sistema reacional com a produção correlata de CO2...


A Produção de Titânio Metálico e o Processo Kroll

A Resenha Técnica Titânio e Suas Ligas em Eng. de Metais destaca as ligas de titânio como material estrutural aplicado em diversas áreas como na medicina. Entre os métodos para a produção de titânio metálico, o processo Kroll, de natureza pirometalúrgica, é responsável pela sua maior parte da obtenção deste metal. O titânio é um metal de elevada reatividade e não pode ser produzido pelo método de redução ...


Combustão e Metalurgia

Inúmeros processos metalúrgicos demandam o aporte de energia térmica, o popular “calor”. “Calor” e energia térmica são termos utilizados para descrever o nível de atividade molecular em um objeto. Um objeto no qual as moléculas encontram-se em um elevado estado de “excitação” e movem-se rapidamente é dito ser quente, enquanto que um objeto no qual estas movem-se menos rapidamente é dito frio. A energia térmica pode ser transferida entre objetos. Então, o termo “calor” refere-se a essa transferência de energia, enquanto que temperatura se refere à energia contida dentro dos objetos...