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Produção de Ferros e Aços
Produção de Ferros e Aços
º Ferros
fundidos e Aços são ligas de Ferro e Carbono.
º
Magnetite (70 % Fe) º Hematite (65 % Fe) º Limonite (25 a 50 % Fe) º Siderite (35 a 37 % Fe)
– Ligas com composição entre 0 e 2,14 wt% C º Ferros Fundidos ou Gusas – Ligas com composição entre 2,14 e 6,67 wt% C. º
º As
Gusas são ligas mais baratas que os aços e são usadas na produção de aço e de peças de máquinas.
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Produção de Ferros e Aços º
O ferro retirado das maté matérias primas vem principalmente do óxido de ferro Fe2O3, que atravé através de um agente redutor, denominado Coque (Carbono), se transforma em ferro pela seguinte reacç reacção:
Fe2O3 + 3CO
2Fe + 3CO2
Nestes minérios para além dos óxidos de ferro estão contidos impurezas chamadas de ganga (sílica, argila, enxofre, fósforo, etc.), que têm que ser eliminados antes da fusão.
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No fabrico das gusas são usados minérios ricos em ferro como: º
º Aços
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Alto forno – Forno vertical, interiormente revestido de tijolos refractá refractários e exteriormente de uma camisa de aç aço. Neste forno, as maté matérias primas são inseridas pelo topo e o metal fundido é recolhido na base.
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Os aç aços são materiais mais refinados que as gusas. Em comparaç comparação com as gusas tem menor teor de carbono e impurezas nocivas. O Processo de produç produção dos aç aços consiste portanto na eliminaç eliminação das impurezas e reduç redução da percentagem de carbono.
O processo mais usado na transformaç transformação das gusas em aç aços é o de oxidaç oxidação por oxigé oxigénio. nio.
A gusa de alto forno é geralmente transferida no estado lí líquido para um forno de produç produção de aç aço.
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Neste processo a gusa é carregada num convertedor em forma de barril (revestido a refractá refractário), no qual é inserido uma lanç lança de oxigé oxigénio. O Oxigé Oxigénio reage com o banho lí líquido para formar óxido de ferro. Este óxido reage por sua vez com o carbono, para formar monó monóxido de carbono atravé através da reacç reacção:
FeO + C
Fe + CO
Na obtenç obtenção dos aç aços, são indispensá indispensáveis os fundentes (principalmente o calcá calcário CaCO3) que servem para eliminar definitivamente a ganga durante a fundiç fundição. Os fundentes são adicionados imediatamente antes do iní início da reacç reacção de oxidaç oxidação.
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º
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Apó Após a produç produção do aç aço, o mesmo é vazado para moldes, que podem ser estacioná estacionários ou de vazamento contí contínuo.
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Diagrama de fases Fe-C
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Diagrama de fases Fe-C º
Fases presentes no diagrama Ferro – Carboneto de Ferro Ferrite α - Soluç Solução só sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro CCC. O carbono possui uma baixa solubilidade na ferrite α (0,022% a 727 ºC). º Austenite γ - Soluç Solução só sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro CFC. A austenite dissolve muito mais carbono que a ferrite α (2,14% a 1147 ºC). º Cementite (Fe3C) – Designaç Designação de um composto intermetá intermetálico com 6,7 %C. A Cementite tem limites de solubilidade desprezá desprezáveis. È muito duro e frá frágil. º Ferrite δ - Soluç Solução só sólida intersticial de carbono na rede cristalina do ferro CCC. Tem um parâmetro de rede superior ao da ferrite α. O carbono possui també também uma baixa solubilidade na ferrite δ (0,09% a 1493 ºC). º
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Diagrama de fases Fe-C º
Reacç Reacção Perité Peritéctica no diagrama FeFe-Fe3C º
O lí líquido com 0,53 %C combinacombina-se com a ferrite δ com 0,09 %C, para dar origem à austenite com 0,17 %C (a 1493 ºC)
Líquido (0,53%C)+δ (0,53%C)+δ (0,09%C)
Diagrama de fases Fe-C º
Reacção Eutéctica no diagrama Fe-Fe3C º
O lí líquido com 4,3 %C transformatransforma-se em austenite (γ) com 2,14 %C e no composto intermetá intermetálico Fe3C (Cementite) que conté contém 6,7 %C. Ocorre a 1147 ºC.
1493 ºC γ(0,17%C)
Líquido (4,3%C)
1147 ºC γ(2,14%C)+Fe3C(6,7%C)
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º
Diagrama de fases Fe-C º
Reacção Eutéctoide diagrama Fe-Fe3C º
MICROESTRUTURA DE UM AÇ AÇO EUTECTOIDE
γ
ferrite α + Fe3C
727 ºC ferrite α(0,022%C)+Fe3C(6,7%C)
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Diagrama de fases Fe-C º
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no
A austenite com 0,76 %C origina ferrite α com 0,022 %C e Fe3C (Cementite) que conté contém 6,67 %C. Esta reacç ç ão dá á se a 727 ºC. reac d
γ (0,76%C)
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Quando a liga de composiç composição eutectó eutectóide (0,76 wt% C)é C)é arrefecida lentamente, é formada uma estrutura lamelar designada PERLITE – estrutura lamelar composta pelas fases ferrite α e cementite (Fe3C). Esta estrutura lamelar de fases alternadas formaforma-se pelas mesmas razões que se formam as estruturas euté eutécticas. cticas. Mecanicamente a perlite tem propriedades intermé intermédias entre a fase macia e ductil (ferrite α) e a fase dura e frá frágil (cementite)
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Microestrutura de um aço Hipoeutectoide Composiç Composições à esquerda da reacç reacção eutectó eutectóide (0,022 – 0,76 wt% C). Liga Hipoeutectoide (proveniente do grego “menos do que eutectó eutectóide” ide”).
γ
α+γ
α + Fe3C
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º
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As ligas hipoeutectóides contêm ferrite proeutectóide (formada acima da temperatura eutectóide) e perlite eutectóide (que contém ferrite e cementite)
Microestrutura de um aço Hipereutectoide Composiç Composições à direita da reacç reacção eutectó eutectóide (0,76 – 2,14 wt% C). Liga Hipereutectoide (proveniente do grego “mais do que eutectó eutectóide” ide”).
γ
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As ligas hipereutectó hipereutectóides contêm Cementite proeutectó (formada proeutectóide acima da temperatura eutectó e perlite eutectóide) ide) eutectó eutectóide (que conté contém ferrite e cementite)
α + Fe3C
γ + Fe3C
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Diagrama de fases Fe-C º
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Diagrama de fases Fe-C º
COMO CALCULAR AS PERCENTAGENS PROEUTECTÓ PROEUTECTÓIDE (ferrite α e Fe3C) E PERLITE?
Exemplo de liga hipoeutectóide com composição C0: Percentagem de perlite: %P = T / (T+U) = (C0 – 0,022) / (0,76 – 0,022) Percentagem proeutectóide:
de
%α = U / (T+U) = (0,76 – C0) / (0,76 – 0,022)
ferrite
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FASES
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Diagrama de fases Fe-C º
COMO CALCULAR AS PERCENTAGENS PROEUTECTÓ PROEUTECTÓIDE (ferrite α e Fe3C) E PERLITE?
Exemplo de liga hipereutectóide com composição C1: Percentagem de perlite: %P = X / (V+X) = (6,7 – C1) / (6,7 – 0,76) Percentagem proeutectóide:
de
%Fe3C = V / (V+X) = (C1 – 0,76) / (6,7 – 0,76)
cementite
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FASES
