segunda-feira, 23 de junho de 2014

PROCESSOS QUÍMICOS NA INDÚSTRIA SIDERÚRGICA E SUA PRODUÇÃO

(Texto enviado pelo Representante Beta EQ e estudante da UFRuralRJ, Gabriel Almeida)

O ferro de metal já era encontrado in natura 2500 a.C, de modo que usado pelo homem em regiões desérticas da Ásia menor e Groenlândia. Considerado um material precioso, pela beleza e maleabilidade, e era destinado principalmente para enfeitar. A idade do ferro, de 1500 à 1000 a.C, garantiu o desenvolvimento do metal, no entanto, a evolução do mesmo começou quando o minério de ferro (na forma de torrões ou pedaços sólidos, denominados tarugos) foi sendo aquecido em fornos primitivos (forno de lupa), abaixo do seu ponto de fusão.


A Revolução Industrial iniciada na Inglaterra, no final do século XVIII, tornaria a produção de ferro ainda mais importante para a humanidade. Nesse período, as comunidades agrárias e rurais começavam a perder força para as sociedades urbanas e mecanizadas. Essa fronteira entre o ferro e o aço que foi definida na Revolução Industrial, pois com a invenção de fornos que permitiam não só corrigir as impurezas do ferro, como adicionar-lhes propriedades como resistência ao desgaste, ao impacto, à corrosão, etc. Por causa dessas propriedades e do seu baixo custo o aço passou a representar cerca de 90% de todos os metais consumidos pela civilização industrial.

Basicamente, o aço é uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina. O carbono é também relativamente abundante na natureza e pode ser encontrado sob diversas formas. Na siderurgia, usa-se carvão mineral, e em alguns casos, o carvão vegetal.

A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação, conforme a Figura 1.

Segundo a IABr (Instituto Aço Brasil), no Brasil o parque produtor é relativamente novo mas está em constante aperfeiçoamento e já é capaz de cobrir uma grande demanda.

       Figura 1 – processo simplificado da produção do aço.

PRODUÇÃO DO AÇO

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

Coqueira e sinterização: Antes de serem levados ao alto forno (Figura 2), o minério e o carvão são previamente preparados para melhoria do rendimento e economia do processo. O minério é transformado em pelotas e o carvão é destilado, para obtenção do coque, dele se obtendo ainda subprodutos carboquímicos.


Na sinterização, a preparação do minério de ferro é feita cuidando-se da granulométrica, visto que os grãos mais finos são indesejáveis, pois diminuem a permeabilidade do ar na combustão, comprometendo a queima. Para solucionar o problema, adicionam-se materiais fundentes.

Para solucionar o problema, adicionam-se materiais fundentes (calcário, areia de sílica ou próprio sínter) aos grãos mais finos.

Com a composição correta, estes elementos são levados ao forno onde a mistura é fundida. Em seguida, o material resultante é resfriado e britado até atingir a granulometria desejada. O produto final deste processo é denominado de sínter.

Alto forno: Esta parte do processo de fabricação do aço consiste na redução do minério de ferro, utilizando o coque metalúrgico e outros fundentes, que misturados com o minério de ferro são transformados em ferro gusa. Segundo KOCH (1987) cerca de 90% dos minérios de ferro são reduzidos em altos-fornos, que são reatores contracorrente. A reação ocorre no equipamento denominado Alto Forno, e constitui uma reação exotérmica.

O resíduo formado pela reação, a escória, é vendida para a indústria de cimento. Após a reação, o ferro gusa na forma líquida é transportado nos carros-torpedos (vagões revestidos com elemento refratário) para uma estação de dessulfuração, onde são reduzidos os teores de enxofre a níveis aceitáveis. Também são feitas análises da composição química da liga (carbono, silício, manganês, fósforo, enxofre) e a seguir o carro torpedo transporta o ferro gusa para a aciaria, onde será transformado em aço.

Lingotamento contínuo: No processo de lingotamento contínuo o aço líquido é transferido para moldes onde se solidificará.  O veio metálico é continuamente extraído por rolos e após resfriado, é transformado em placas rústicas através do corte com maçarico.

Laminação a quente: Posteriormente, os lingotes devem passar pelo processo de laminação, podendo ser a quente ou a frio, onde se transformarão em chapas através da diminuição da área da seção transversal. Na laminação a quente, a peça com aproximados 250 mm é aquecida e submetida à deformação por cilindros que a pressionarão até atingir a espessura desejada. Os produtos laminados a quente podem ser chapas grossas ou tiras

Laminação a Frio: Ao contrário do processo de laminação a quente as peças laminadas a frio são normalmente mais finas, com melhor acabamento e sem a presença de tensões residuais.

A PRODUÇÃO DO AÇO NO BRASIL

Representado por 13 empresas privadas, controladas por oito grupos empresariais e operando 27 usinas distribuídas por 10 estados brasileiros, a indústria do aço no Brasil foi responsável pela produção, em 2009, de 26,5 milhões de toneladas de aço bruto, levando o país a ocupar a 9ª posição no ranking da produção mundial. As principais empresas do ramo são: ArcelorMittal Brasil, Gerdau, CSN, Usiminas, SINOBRAS, V&M do Brasil, Villares Metals e Votorantim Siderurgia.

A privatização das empresas, finalizada em 1993, trouxe ao setor expressivo afluxo de capitais, em composições acionárias da maior diversidade. Assim, muitas empresas produtoras passaram a integrar grupos industriais e/ou financeiros cujos interesses na siderurgia se desdobraram para atividades correlatas, ou de apoio logístico, com o objetivo de alcançar economia de escala e competitividade. O parque produtor é relativamente novo e passa por um processo de atualização tecnológica constante. Está apto a entregar ao mercado qualquer tipo de produto siderúrgico, desde que sua produção se justifique economicamente.

O AÇO E O MEIO AMBIENTE

O aço figura entre os materiais mais recicláveis e reciclados do mundo. O setor estimula a coleta e recicla o aço contido nos produtos no final da vida útil, empregando-o na fabricação de novos produtos siderúrgicos, sem qualquer perda de qualidade como mostra a Figura 3.

Dessa forma, a produção de aço a partir de sucata reduz o consumo de matérias-primas não renováveis, economiza energia e evita a necessidade de ocupação de áreas para o descarte de produtos em obsolescência. 

Figura 3 – Fluxograma do processo de reciclagem do aço


  
REFERÊNCIAS:

CESEC, 2010, Centro de Estudos de Engenharia Civil, Universidade Federal do Paraná, http://www.cesec.ufpr.br/metalica/01/01-texto.htm


·         IABr, Instituto Aço Brasil, http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/aco/processo--introducao.asp

·        KOCH, K.H, Process Analysis in Steelmaking and Steel Processing. Mikrochimica Acta. Vienna, v. 1, p. 151-167. 1987

·    UFRRJ, 2010, Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, http://www.ufrrj.br/eventos2/xiisemeq/paginas/ho me.php?id=download.

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