Siderurgia

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Plano de Disciplina Período: Mar~Jul/09 Tema: Siderurgia Professor: Flávio Lúcio Santos Carvalho Objetivos: ->Geral: Proporcionar aos alunos sobre Siderurgia (Histórico e Processos). ->Específico: Identificar quais são os processos dentro da Siderurgia e seu Histórico. Desenvolvimento - Conteúdo: 1 – Histórico 2 – Processos atuais 3 – Novos processos Recursos instrucionais: Data Show, Quadro e Pinceis Técnica instrucional: Expositiva Avaliação: Provas e Perguntas durante as aulas Referências Bibliográficas: ARAUJO, L. A. Manual de Siderurgia – Produção. Editora Arte & Cultura, São Paulo vol.1. 1997. ARAUJO, L. A. Manual de Siderurgia – Transformação. Editora Arte & Cultura, São Paulo: vol.2. 1997. CAMPOS, V.F. Tecnologia de Fabricação do Aço, UFMG, Vol.1, Belo Horizonte, 1983 CARVALHO, J. L. R., et al. Dados Termodinâmicos para Metalurgistas, UFMG, Belo Horizonte-MG, 392p., 1977. CHIAVERINI, Vicente. Aços e Ferros Fundidos, Associação Brasileira de metais (ABM), 5a edição, São Paulo, 1982, 518p. HERSKOVIC, J. Elaboração do Aço: Fusão e Refino, São Paulo, SP. ABM 1 SIDERURGIA - Histórico O cobre nativo foi o primeiro metal empregado pelo homem na fabricação de utensílios. A obtenção de ferro metálico, veio a ocorrer apenas no período neolítico. 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 SantoAmaro, São Paulo. 2 SIDERURGIA - Histórico  Mais tarde foram descobertas as grandes jazidas de ferro das Minas Gerais, pensando-se, 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 operíodo 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 blocodos 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 destacam-se: CSN, COSIPA, USIMINAS, AM Cariacica (Cia Ferro e Aço de Vitória), AM Tubarão (CST), AM Molevade (Belgo Mineira), AÇOMINAS. 3 SIDERURGIA - Histórico Figuras que ilustram o período histórico. 4 SIDERURGIA - Histórico Figuras que ilustram o período histórico. 5 SIDERURGIA - Histórico Figuras que ilustram o período histórico. 6 SIDERURGIA - Conceitos Básicos / Produtos  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.  CLASSIFICAÇÃO DA METALURGIA: A metalurgia pode ser dividida em siderurgia e metalurgia dos não ferrosos.  SIDERURGIA OU METALURGIA DOS FERROSOS: 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.  Os produtos siderúrgicos se dividem em duas famílias principais: OS AÇOS e OS FERROS FUNDIDOS.  A melhor maneira de se entender a diferença entre aços e ferros fundidos é fazermos uma rápida análise do diagrama ferro-carbono 7 SIDERURGIA - Conceitos Básicos / Produtos Diagrama de equilibrio Ferro-Carbono Fe Fe3 3CC Temperatura ( °C ) L 1538° D D+L L 1492° D G Líquidos 1394° G Delta+G G+L C L L+F3 + Fe3C L 1250° L Fe Fe3 3CC 1147° G Gama 910° G Alfa Fe3CC Gama + Fe3 Alfa + Gama Alfa G 727° Fe3C Alfa + Fe3 A 25° 0,008% 0,009% 0,17% 0,53% 0,77% 2,04% 4,27% 6,67% C 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 (Ferro Fundido = Fe3C + Fe + C). Como pode ser visto no diagrama Fe-C., o ferro puro (isento de carbono), apresenta-se até 912°C sob a forma alotrópica alfa (Ferrita) e acima de 912°C até 1354°C no estado alotrópico (Austenita). 8 SIDERURGIA - Conceitos Básicos / Produtos Então, por definição os aços são produtos siderúrgicos com menos de 2,1% de C, usualmente, obtidos em convertedores pelo refino do ferro gusa. Existem vários de tipos de aços, onde destacam-se : Aços carbono comuns, Aços micro-ligados, Aços ligados de baixa liga, Aços de alta liga: Inoxidáveis ferríticos, inoxidáveis austeníticos, para ferramentas e matrizes, etc. Os ferros fundidos são produtos siderúrgicos primários geralmente, produzidos em, altos fomos. Teoricamente seu teor de Carbono está acima de 2,1%; contudo, na prática a maioria dos ferros fundidos tem de 4 a 4,3%C. São eles: Ferros fundidos brancos, Ferros fundidos cinzentos, Ferros fundidos maleabilizados, Ferros fundidos nodulares, etc. Existem uma série de elementos pode ser adicionada ao ferro, além do carbono, permitindo a constituição de inúmeras ligas com diferentes propriedades e características específicas, por exemplos: Cromo, Níquel, Molibdênio, Manganês, Nióbio, Nitrogênio, Titânio, Boro, Silício, Fósforo e etc 9 SIDERURGIA - Conceitos Básicos / Produtos 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 (Ultra Baixo Carbono),  Aços doces: 0,15 a 0,30%C (Extra Baixo Carbono),  Áços meio-doces: 0,30 a 0,40%C (Baixo Carbono),  Aços meio-duros: 0,40 a 0,60%C (Médio Carbono),  Aços duros: 0,60 a 0,70%C (Alto Carbono), e  Aços extra-duros: Acima de 0,70%C (Alto Carbono). Como se pode deduzir pelos dados acima, as durezas dos aços dependem dos seusrespectivos teores de carbono. 10 SIDERURGIA - Conceitos Básicos / Produtos Normas dos aços 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). Alguns exemplos de normas : Aço Carbono comum 10XX Aço Níquel (3,50%) 23XX Aço Níquel-Cromo 3YXX Aço Cromo(0,95%)-Molibdênio(0,20%) 41XX Aço Cromo 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. 0,10%C. Aço ABNT 1045: aço carbono comum com aprox. 0,45%C. Aço ABNT 4140: aço com aprox. 0,95%Cr-0,20%Mo-0,40%C. 11 SIDERURGIA - Conceitos Básicos / Produtos Propriedades dos aços O desenvolvimento dos aços é realizado considerando a necessidade de atender os seguintes grupos de propriedades: Propriedades funcionais: a liga deve apresentar propriedades tais que as peças ou componentes fabricados atendam as funções projetadas para a mesma (peça). Exemplos: resistência mecânica, conformabilidade, tenacidade, soldabilidade, usinabilidade Propriedades de custo: a liga deve apresentar um reduzido custo de produção e proporcionar também um baixo custo na etapa de fabricaçéao de produtos semi acabados ou acabados; inclui fatores como o custo da materia prima, custo de conversão da matéria-prima para a liga, etc Propriedades de qualidade superficial: são aquelas propriedades que afetam a aparência do produto acabado em termos de acabamento superficial, apelo estético, etc. O Ferro é um metal de relativamente fácil processamento, abundante na crosta terrestre e caracteriza-se por ligar-se com muitos outros elementos metàlicos e não-metálicos. O Ferro é o quarto elemento em abundância na crosta terrestre, com uma participação de 5% em peso; em 1° Oxigênio (47%); 2° Silício (27%) e 3° Alumínio (8%). 12 SIDERURGIA – Fluxograma reduzido Usinas Integradas 13 SIDERURGIA – Fluxograma reduzido Matérias Primas São elas: Carga Métálica : Minérios de ferro (Hematita, Magnetita, Wustita), Sinter e Pelota Extração de minérios Carvão vegetal, Coke Carvões minerais: Coque Fundentes : Calcário, Dolomita, Cal, Florita e etc, Sucatas, Gases: Oxigênio, Nitrogênio, Argônio e Gases combustíveis (COG e BFG) Ferro-ligas e outros. Sinter Small Coke Minério Bitolado Pelota 14 Treinamento SIDERURGIA – Fluxograma reduzido COQUE Sendo a permeabilidade da carga de fundamental importância no Alto Forno, toda atenção deve ser dada ao coque. Se por um lado o minério "amolece" e funde (formando a zona de coesão), Companhia Siderúrgica de Tubarão o coque deve preencher todos os espaços "vazios" do Alto Forno, estando ele presente inclusive no cadinho. Então, é exatamente o coque que executa a função de espaçador, para gases na região superior do forno e para líquidos no cadinho. E, para que essa função seja possível é necessária uma granulometria e resistência adequadas. Além da função de espaçador, o coque tem funções de combustível e gerador de gás redutor, que é feito através de reação de combustão do carbono do coque com o oxigênio do ar. O coque é o produto resultante de um processo de "aglomeração" de uma mistura de carvões, através de processo e aquecimento (onde são retirados as matérias voláteis), fazendo-se uma fusão inicipiente dessa mistura, gerando um produto resistente. Este coque incandescente é resfriado em torres de extinção a úmido (CWQ) ou nas câmaras de extinção a seco (CDQ). Para correção granulométrica este coque passa por britagem e peneiramento obtendo-se então o coque para o AF. 15 SIDERURGIA – Fluxograma reduzido CARGA METÁLICA O processo de um Alto Forno, envolvendo um fluxo gasoso em contra corrente com a carga, exige uma boa permeabilidade dos materiais carregados, de modo a garantir um escoamento "suave" dos gases. para tanto é necessário a utilização de materiais mais granulados no interior do Alto Forno. Assim, carregar-se minérios mais granulados torna-se necessário. Porém, até que o material chegue ao AF, este passa por um grande manuseio e também é submetido no interior do AF a uma grande carga; para que o material permaneça “íntegro“, torna-se necessário uma alta resistência mecânica. Então, diante de tantas exigências, a gama de minérios utilizáveis em AF ficava muito restrita. Por outro lado, em uma lavra de minério, apenas 10~15% do total é minério "grosso" (NPO), sendo o restante material fino (sinter feed, pellet feed). Assim para aproveitamento desse material fino, foram desenvolvidos processos como pelotização e sinterização. Com isso criou-se um novo tipo "minério de ferro", resultante da aglomeração do minério fino, que procura atender a todas exigências. Assim, passou-se então a utilizar maior percentual de Sinter e Pelotas no lugar de minério granulados e com a evolução técnica da operação de AF's, passou-se a exigir controles técnicos mais rígidos. 16 SIDERURGIA – Fluxograma reduzido Preparação das Matérias Primas São elas: Britagem, Peneiramento, Moagem, Coqueria, Sinterização, Pelotização, Calcinação, Pátios de Carvão Coqueria - Baterias de Coque Dessulfuração Pelotização Carregamento Silos de Armazenamento 17 SIDERURGIA – Fluxograma reduzido Preparação das Matérias Primas Pátios de Blendagem Misturador Máquina de Sinter Dessulfuração 18 SIDERURGIA – Redução Coqueria Responsável pela produção de 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 (produzido na unidade de PCI), que é injetado na parte inferior do Alto Forno (na região das ventaneiras). Coqueria 19 SIDERURGIA – Redução Coqueria Processo Bateria de Fornos Baterias de Coque Dados Gerais: Projeto: Carl Still 3 Baterias (49 x 3 = 147 fornos) Consumo de Carvão: 6400 t/dia Produção de Coque: 4800 t/dia Geração de Gás: 2.1 milhões de m³/dia Máquinas : Carro de Carregamento : 3 Máquina Desenfornadora: 3 Dimensões dos fornos: Altura - 6,5 m Cumprimento - 15,2 m Volume útil - 39,5 m³ Sistema de Combustão : Combustível : Bateria 1 : COG ou MG. Bateria 2 e 3 : COG Início de Operação: Bateria 1 - 04/07/1983 Bateria 2 - 21/09/1983 Bateria 3 - 11/12/1983 Carro Guia : 3 Locomotiva : 3 Temperatura Operacional: 1320 ° C Tempo de Coqueificação : 16 h Índice Operacional : 150% 20 SIDERURGIA – Redução Baterias de Coque Guia de Coque Carro de Carregamento Desenfornadora 21 SIDERURGIA – Redução Operação de desenfornamento dos Fornos Guia de Coque Desenfornadora Coque Caçamba 22 SIDERURGIA – Redução Esquema Geral da Baterias de Fornos de Coque Tubo de Ascensão Carga Bocas de Carregamentos Zona livre  5 Bocas de carregamento  300 mm de Zona livre  6200 mm Altura de Carga  32 Câmaras de combustão  29 t carvão seco por forno  22,45 t coque por forno: rend (Coque/carvão)  238 Nm³/t CSE (Geração de Gás)  620 Kcal/kg CSE (consumo máximo)  3 mmCA pressão dos coletores  TB- (max) 16:00 hs  TL- (min) 14:50 hs 23 SIDERURGIA – Redução Fluxograma ar/gás e fumaça: LM Ar para combustão Gás para combustão Tampa de Esquema do Sistema LC Fumaças CX fumaça abertas Válvulas de Bloqueio abertas Pratos das Cx´s Fumaças abertos 24 SIDERURGIA – Redução Diferenças entre COG e MG na combustão das Baterias MG (misto GN + COG) Queima + lenta < Produtividade COG Queima + rápida > Produtividade 25 SIDERURGIA – Redução LC Canal superior de fumaça LM Câmaras de combustão Regenerador AR Canal inferior de fumaça Detalhes do sistema de combustão 26 SIDERURGIA – Redução Coqueria - CDQ ( Coke Dry Quenching ) Dados Gerais Geração de Vapor/ TcB : 583 kg/t Coque Pressão de Vapor : 23 kg/cm2 ( 22,3 atm abs ) Temperatura de Vapor : 350 ° C Câmaras : Caldeiras: Quantidade : 5 unidades Quantidade : 5 unidades Capacidade : 48 t/h (cada) Capacidade : 26,2 t/h vapor (cada)  Volume: 393 m3  Consumo de Água : 27,1 m3 /h (cada) 27 SIDERURGIA – Redução Carboquímica Lavadores Resfriadores Precipitadores Eletrostáticos Coletores Exaustores 28 SIDERURGIA – Redução Carboquímica EFLUENTES 29 SIDERURGIA – Redução Sinterização O processo de sinterização consiste em submeter uma mistura a sinterizar a uma operação de fusão parcial redutoraoxidante, a uma temperatura entre 1250 e 1350 º C. Basicamente, os minérios de ferro (finos), fundentes (cal, calcário), adições (lama de aciaria ou de alto forno), sinter retorno e combustível sólido (coque, carvão vegetal ou antracito), convenientemente dosados e devidamente umidificados (a umidade é importante para controlar a permeabilidade da camada e para dar à mistura uma certa resistência mecânica) são misturados em equipamentos adequados (misturadores) e carregados na “unidade de produção” (panelas ou esteira contínua). 30 SIDERURGIA – Redução Sinterização: ão Matérias primas originadas em outras etapas do processo siderúrgico com potencial de utilização na sinterização Carepa - É oriunda da Laminação (escarfagem) e possui um teor de FeO (-60%). A Carepa quando adicionada na pilha pode favorecer a redução de Coque na Sinterização. 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. Geração 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 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 aproveitálo devido seu alto conteúdo de carbono (C). 31 SIDERURGIA – Redução Fundentes + Calcá Calcáreo + Material Recirculado Miné Minério de Ferro Fino ( SINTER FEED ) CVRD = 100% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Fluxograma 13 Misturador Máquina de sinter 38 t/d/m2 - 484 m2 Resfriador Altos Fornos Tratamento Mecânico 32 SIDERURGIA – Redução Modelos de Máquina de Sinterização G reenaw alt D w ig ht L lo yd P e quena Á rea útil ( 20 – 30 m2 ) S e to r de C a rg a Fixa ( P a ne la ) Forno ignição M óvel D e sca rga In te rru p ta E levada Á rea útil ( 2 00 – 60 0 m 2 ) S etor de C arg a M ó vel ( E ste ira ) Fo rno ign içã o Fixo D e sca rga Co n tínu a Principais Características Exigidas para o Sinter  Não conter elementos químicos indesejáveis para o Alto Forno;  composição química estável;  elevado teor de ferro;  baixo volume de escória;  elevada resistência mecânica;  granulometria estável;  baixa porcentagem de finos;  baixa degradação sob redução;  possuir alta redutibilidade. 33 SIDERURGIA – Redução Zona de Reaç Reação Simulação da Máquina de Sinter - Temp.= 1200~1400 oC; - Queima do Combustível; forno de ignição - Ocorrência das Reações Ar forno de ignição de Aglomeração. sinter sinter mistura FORNO DE SINTERIZAÇÃO Zon a de Zona de so lidific FORNO DE SINTERIZA ÇÃO pré ação aqu e res ecim fren friam t e ento de ento Mistura crua e se queim a cag em esteira (grelha) Ar + gases de combustão + vapor d’água 34 SIDERURGIA – Redução Máquina de Sinter Tipo: DWINGHT-LLOYD (LURGI) Fabricante: HITACHI-ZOSEN CO. (JAPAN) Data do Start up: 12 de setembro de 1983 Capacidade: 38 t/d.m² / Área de Sucção: 484 m² / Dimensão dos Setores: Largura: 5,5 m x Comp. 1,5 m Aumento da largura: projeto Voest Alpine, Realizado em agosto de 1997 Número de Caixas de Vento: 23 / Altura de Camada Máxima: 800 mm Sistema de Alimentação: ISF (NSC) Instalado em 16 de Janeiro de 1996. Vista da esteira de Sinterização CST no sentido de descargamento Vista da máquina de sinter após o alargamento em 500mm 35 SIDERURGIA – Extração de Minério CARACTERÍSTICAS GERAIS DA LAVRA – Minério de Ferro   Tipos de Lavra  Céu Aberto  Subterrânea Métodos de Lavra a Céu Aberto  Encosta : topografia acidentada   PIT FINAL Cava : topografia regular Volumes movimentados 2 a 90 Milhões de t/ano (Estéril + Minério) Banco Talude Berma Minério Estéril 36 SIDERURGIA – Extração de Minério OPERAÇÕES PRINCIPAIS PERFURAÇÃO DESMONTE CARREGAMENTO TRANSPORTE 37 SIDERURGIA – Extração de Minério PERFURAÇÃO  Perfuratrizes  Rotativa  Roto-Percussiva  Esteira  Pneus 38 SIDERURGIA – Extração de Minério DESMONTE  Explosivos => Rocha Competente  Trator / Escavadeira => Rocha Friável 39 SIDERURGIA – Extração de Minério CARREGAMENTO  Escavadeira    Caçamba Hidráulica  Caçamba Cabos de Aço Carregadeira   Elétrica Pá Mecânica Capacidades  (10 a 100) t => caçamba 40 SIDERURGIA – Extração de Minério OPERAÇÕES AUXILIARES TRANSPORTE  Caminhões  Depósitos de Estéril  Pilha de Homogeneização  Britador Primário  Capacidades: 35 a 218 t => 240 st  Decapeamento  Drenagem Pluvial  Rebaixamento do Lençol Freático  Estabilização dos Taludes  Abertura de Vias de Acesso => Rampas e Estradas 41 SIDERURGIA – Redução 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. Existem ainda a Limonita, Siderita, Pirita e Itabirito. 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). Magnetita - Constituída essencialmente do óxido de ferro cuja fórmula é Fe3O4. 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. Hematita Magnetita 42 SIDERURGIA – Redução CARACTERÍSTICAS GERAIS DO BENEFICIAMENTO  Tipos de Minérios de Ferro Brasileiros  Hematita: 60 a 68% Fe    => Fe2O3 Itabirito: 45 a 60% Fe   86 a 97 % Hematita 64 a 86 % Hematita => 14 a 36 % e Quartzo => SiO2 Tipos de Beneficiamento  Hematita : Sem Concentração  Itabirito : Com Concentração Concentração : Aumento do teor de Fe  Diminuição de Deletérios => Impurezas 43 SIDERURGIA – Redução Minérios de Ferro - Características Físicas 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. Fundentes – Características 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: Básicos (portadores de CaO e/ou MgO) / Ácidos (portadores de SiO2 e/ou Al2O3) Os principais fundentes são: Calcário (portador de CaO) e Cal ( portador de CaO); Dunito (portador de MgO e SiO2); Serpentinito (portador de MgO e SiO2) e 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. 44 SIDERURGIA – Redução Pelotas de Minério de Ferro As pelotas consumidas nos altos fornos, são em geral, 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 matériasprimas nos viradores de vagões, apresentando a distribuição adequada das matérias-primas: ultrafinos de minério de ferro proveniente de Itabira-MG e calcário. Através de correias transportadoras, estas matériasprimas 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 necessárias exigidas pelo mercado consumidor. 45 Treinamento SIDERURGIA – Redução Carregamento do Alto Forno Companhia Siderúrgica de Tubarão Para alimentação de materiais no alto-forno, utiliza-se o sistema de carregamento em “batches”, i.e., em lotes bem definidos, normalmente separados em coque e minérios (sinter, pelotas, minérios). Para formação desse lote, pesa-se os materiais que o compõe e armazena-os num silo de espera (Surge Hopper), até o momento de enviá-lo ao topo do AF. Nos fornos modernos utiliza-se Tremonha de Pesagem em cada silo de matéria prima e Correias Transportadoras (CTP´s) para o transporte. Silos de carregamento 46 SIDERURGIA – Redução Extração de Ferro Gusa – Altos Fornos O Alto Forno de maneira geral é constituído de equipamentos de descarga e pesagem de matérias primas, equipamentos de carga no topo do forno, o forno propriamente dito incluindo a carcaça, refratários o sistema de resfriamento, equipamentos para operação de alta pressão e os regeneradores de calor. 47 SIDERURGIA – Redução Perfil Do Alto Forno Goela e Topo A goela é a secção através da qual a carga é carregada no Alto Forno a partir do equipamento da carga do topo. Como um ponto de referência da linha de carga, de modo grosseiro, toma-se o nível central. O volume interno de um Alto Forno é definido como sendo o volume entre esse nível de referência e o nível do furo de gusa. Aço ou ferro fundido de desgaste é usado como revestimento na parede interna da goela para evitar abrasão causada pela carga. 48 Treinamento SIDERURGIA – Redução Perfil Do Alto Forno Cuba e ventre O diâmetro interno de cuba cresce a medida que se desce ao longo dele e é conectado ao ventre. Esta região é revestida por tijolos refratários. A refratariedade dos tijolos é alterada de acordo com a temperatura interna do forno. O ventre possui o maior diâmetro no Alto Forno, e está sujeito a severas condições de erosão de seus refratários como pré-aquecimento, redução e fusão parcial da carga. A espessura dos tijolos varia de 800 a 1000 mm. Para proteção, sistemas de refrigeração são utilizadas, garantindo maior vida útil desta região. 49 Treinamento SIDERURGIA – Redução Perfil Do Alto Forno Rampa A rampa é um cone invertido ligando o ventre ao cadinho. Normalmente, tijolos de carbono são usados no seu revestimento, com espessuras de 500 a 800 mm. Resfriamento por água é feito externamente através de "chuveiros", "camisas" ou "staves". Devido à sua localização na zona de fusão da carga, os ataques aos tijolos são severos. 50 Treinamento SIDERURGIA – Redução Perfil Do Alto Forno Cadinho O diâmetro do cadinho, juntamente com o volume interno, é usado para dar as dimensões do Alto Forno. A parede interna do cadinho é revestida de tijolos grandes de carbono. Nos níveis de 700 a 2000 mm acima do fundo existem os furos de gusa. Os vazamentos são efetuados de 9 a 15 vezes por dia, buscando sempre o menor número de vazamentos. O Alto Forno 1 possui 38 ventaneiras e o Alto Forno 2 possui 22 ventaneiras, que são posicionadas na parte superior do cadinho, todas no mesmo nível e com a distribuição mais uniforme possível. As ventaneiras são geralmente feitas de cobre, e possuem eficiente sistema de refrigeração por água. 51 Treinamento SIDERURGIA – Redução Extração de Ferro Gusa 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 ZONA DE RESERVA TÉRMICA escória. ZONA DE COESÃO A extração do ferro também pode ser feita em forno elétrico a arco e por um dos processos de redução direta. ZONA DE GOTEJAMENTO No nosso caso , estudaremos a extração RACEWAY metálica pelo Alto Forno. O seu princípio de funcionamento é o carregamento de REDUÇÃO ÓXIDOS DO FERRO matérias primas pelo topo e o sopro de ar REDUÇÃO ÓXIDOS DA GANGA pelas ventaneiras. Dessa maneira, as regiões e as reações que surgem no seu interior encontram-se definidas. REAÇÃO CARBONO x O2 RESUMO REAÇÕES QUÍMICAS 52 Treinamento SIDERURGIA – Redução Zona De Reserva Térmica E Pré Aquecimento Acima da Zona de Coesão há uma região, chamada de Zona de Reserva Térmica, onde a temperatura, tanto da carga como do gás é constante (±1.000oC). É onde se dá a reação de redução direta do ferro, representada da seguinte maneira: 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 Companhia Siderúrgica de Tubarão 2Fe3O4 + 2CO  6FeO + 2CO2 6FeO + 6CO  6Fe + 6CO2 Pela Lei de Hess: 3Fe2O3 + 9CO  6Fe + 9CO2 Pela Lei de Prost: Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2 Como há excesso de carbono e alta temperatura: 3CO2 +3C  6CO Então faremos: Fe2O3 + 3C  2Fe + 6CO Acima dessa região, com o abaixamento da temperatura interna do forno, a reação de Boudoard cessa, havendo então a geração do gás CO2 restando a reação: Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2 Mais acima as reações químicas cessam, em virtude da baixa temperatura. Esta região é chamada de Zona de Pré-Aquecimento. Assim, no interior do Alto-Forno todas as regiões são comandadas por interações térmicas e químicas, de modo que o seu entendimento torna-se muito fácil. 53 Treinamento SIDERURGIA – Redução Zona De Coesão, Amolecimento E Gotejamento A Zona de Coesão, que compreende a Zona de Amolecimento e a Zona de Gotejamento, é uma região que contém em seu meio sólido (minério + coque), gás (CO, N2, H2) e um material pastoso resultante do início de fusão de escória. Na Zona de Coesão temos basicamente uma reação: FeO + C  Fe + CO FeO + H2  Fe + H2O O FeO é indesejável mas presente devido não ocorrer a complete redução dos óxidos (material não elaborado). Na região compreendida entre a Zona de Gotejamento e as Ventaneiras tem-se a presença de líquido (metal e escória), gás (CO, N2, H2) e sólido (coque). É nessa região que se iniciam as reações metal-escória: (FeO)(e) + C  Fe + CO SiO2 + C  [Si] + CO (MnO) + C  [Mn] + CO P2O5 + 5C  5[P] + 5CO CaO + S + C  (CaS) + CO(g) Todas são reações endotérmicas; 54 SIDERURGIA – Redução Raceway - Zona De Combustão O princípio de funcionamento de um Alto-Forno é o carregamento de matérias primas pelo topo e o sopro de ar pelas ventaneiras. Dessa maneira, as regiões e as reações que surgem no seu interior encontram-se definidas. Então, à partir das ventaneiras temos as seguintes reações: 1) O ar soprado pelas ventaneiras reage com o carbono do coque segundo; C + O2  CO2 2) Devido a alta temperatura, o CO2 formado reage com o carbono: CO2 + C  2CO Pela lei de Hess temos: 2C + O2  2 CO, que é uma reação exotérmica 3) Em frente a ventaneira tem-se também a reação de formação do gás dágua: H2O (umidade do sopro) + C (coque)  CO (gás) + H2 Com isso tem-se na Zona de Combustão : N2, CO, H2 a temperaturas de ± 2.400oC 4) Também encontra-se em frente a ventaneira a presença do gás SiO, oriundo da reação: SiO2(S)CZ + C(S)  SiO(V) + CO(g) 55 SIDERURGIA – Redução Redução Dos Óxidos Ferrosos Óxidos de ferro na carga metálica encontram-se na forma Fe2O3 e FeO, ou em uma mistura com constituintes de ganga. É estável ou quase estável na temperatura ambiente. Para iniciar a reação de redução para eliminar oxigênio do óxido de ferro é necessário o uso de agentes redutores como CO e gás H2 ou carbono sólido, que tenham maior afinidade por oxigênio que o ferro. A seguinte reação fornece este agente redutor no Alto-Forno. 1) C no coque; 2) CO oriundo da combustão de coque na frente da ventaneira: C(coque) + 1/2 O2 (ar de sopro)  CO (gás) 3) CO2 e H2: Oriundo da reação da umidade do sopro com o coque: H2O (umidade do sopro) + C (coque)  CO (gás) + H2 A redução dos óxidos de ferro por estes agentes pode ser expressa pelas seguintes fórmulas: Redução pelo gás CO: Redução pelo H2: Redução pelo carbono sólido: (redução indireta - exotérmica) (redução direta - endotérmica) (redução direta - endotérmica) 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2 3Fe2O3 + H2  2Fe3O4 + H2O FeO + C  Fe + CO Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2 Fe3O4 + H2  3FeO + H2O FeO + CO  Fe + CO2 FeO + H2  Fe + H2O 56 SIDERURGIA – Redução Redução Dos Óxidos Ferrosos A redução dos óxidos de ferro se dá de duas maneiras: Fe2O3  Fe3O4  Fe (metálico) (T< 570oC); Fe2O3  Fe3O4  FeO  Fe (T>570oC); CO2 CO Fe Na figura ao lado é mostrado esquematicamente como uma partícula de óxido de ferro é reduzida pelo gás CO. Fe FeO Fe3O4 A partícula esférica é reduzida sucessivamente a partir Fe2O3 da camada mais externa. A interface metal-óxido avança em direção ao centro da partícula e no estágio final, a partícula inteira é reduzida a ferro metálico. 57 SIDERURGIA – Redução Redução Dos Óxidos Da Ganga •Redução do Silício (Si): SiO2(S) + C  SiO(g) + CO (esta reação se dá em frente à ventaneira, onde a temperatura é elevada) SiO(g) + C  [Si] + CO (SiO2) + 2C  [Si] + 2CO [Si] + 2(FeO)  (SiO2) + 2 Fe •Reações do Enxofre (S): Scoque  1/2 S2(g) 1/2S(g)  S (na forma de FeS) [Mn] + [FeS]  (MnS) + Fe •Redução do Manganês (Mn): (MnO) + C  [Mn] + CO (que é uma reação endotérmica) •Redução do Fósforo (P): (Essa é uma reação importante, pois o [P] se configura como um elemento (P2O5) + 5C  2[P] + 5CO dos mais nocivos do aço) 58 SIDERURGIA – Redução Reação Entre O Carbono E Oxigênio Como uma reação entre CO, CO2 e C sob a existência de carbono sólido, há a reação de Boudoard: CO2(gás) + C(coque)  2CO(gás); No sistema C-O, quando a temperatura e pressão do gás são determinadas, a composição do gás (CO e CO2) é determinada e um equilíbrio é mantido. Esse equilíbrio não é confinado no sistema CO somente, ele coexiste em todos os outros sistemas Fe-C-O. CO2 + C 2CO - reação de perda por solução (endotérmica); 2CO  CO2 + C - reação de deposição de carbono (exotérmica) 59 SIDERURGIA – Redução Reações Químicas / Zona REAÇÕES DA ZONA DE RESERVA TÉRMICA Fe2O3 + CO  2FeO + CO2 Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2 FeO + CO  Fe + CO2 (2CO  CO2 + C) REAÇÕES NA ZONA DE COESÃO FeO + C  Fe + CO FeO + H2  Fe + H2O REAÇÕES ENTRE AS ZONAS DE GOTEJAMENTO E COMBUSTÃO (C + CO2  2CO) FeO + C  Fe + CO Mn3O4 + CO  3 MnO + CO2 CaCO3  CaO + CO2 MnO + C  Mn + CO SiO2 + 2C  Si + 2CO P2O5 + 5C  2P + 5CO REAÇÕES NA ZONA DE COMBUSTÃO CO2 + C  2CO C + O2  CO2 H2O + C  H2 + CO 60 Treinamento SIDERURGIA – Redução Casa de corrida Local onde encerra-se a operação de redução dos óxidos ferrosos, tendo como resultado o Ferro Gusa e Escória. Companhia Siderúrgica de Tubarão O Ferro Gusa e Escória são conduzidos através dos canais situados no piso da casa de corrida e separam-se devido à diferença de densidade, indo o ferro-gusa para o “Carro Torpedo” e a escória para o “Granulador de Escória” ou para o “Dry Pit”. Para a retirada do gusa e escória do interior do Alto-Forno, são realizadas perfurações na carcaça do AF, na altura da região chamada “Cadinho”, onde encontram-se armazenados. Estas perfurações são feitas nas regiões chamadas “Furos de Gusa”, por onde são vazadas as corridas. O equipamento usado para abertura do Furo de Gusa é um “Perfurador” e para o seu fechamento um “Canhão Obturador”. Casa de Corrida 61 Treinamento SIDERURGIA – Redução Equipamentos da casa de corrida Canhão Perfurador O Canhão Perfurador é o equipamento utilizado para a abertura do Furo de Gusa. A ferramenta de perfuração usada é a broca ou a barra. Geralmente as brocas são usadas com refrigeração, podendo ser através de água, ar comprimido, nitrogênio ou uma combinação destes três refrigerantes. Canhão Obturador O Canhão Obturador é usado para o fechamento do Furo de Gusa, ao final da corrida. Nos intervalos entre corridas o Canhão deve ser carregado com massa de obturação, e no instante do fechamento FG, essa massa é injetada através do FG, com um volume tal que seja suficiente para o fechamento e manutenção do comprimento do FG. 62 SIDERURGIA – Redução Extração de Ferro Gusa – Altos Fornos Alto Forno 1 Alto Forno 2 Alto Forno 3 63 Treinamento SIDERURGIA – Redução AF#2 e #3 TOPO TIPO DUPLO CONE TOPO TIPO PAUL WURTH Companhia Siderúrgica de Tubarão AFs #1 64 SIDERURGIA – Fluxo da Redução Extração de Ferro Gusa – Altos Fornos Carro Torpedo Vazamento da Corrida COQUERIA SOL (SOL COQUERIA TUBARÃO) SINTERIZAÇÃO COQUERIA PCI ALTO FORNO MINÉRIO DE FERRO T.R.T CARVÃO #1 #1 #2 #2 DESSULFURAÇÃO CARRO TORPEDO FUNDENTES / OUTROS PELOTAS #3 MÁQUINA DE MOLDAGEM DE GUSA 65 SIDERURGIA – Aciaria Fluxo de produção da calcinação CALCINAÇÃO: PROCESSO DE PIRÓLISE DO CALCÁRIO EM CAL, COM GERAÇÃO DE CO2,CONFORME AS REAÇÕES: CaCO3  => CaO + CO2 CaCO3.MgCO3 => CaO.MgO + CO2 Convertedores: 77% Mistura De-S: 3% Sinterização: 20% 66 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Geral O gusa proveniente do Alto Forno é transportado pelos Carros Torpedos (CT’s) às unidades de dessulfuração (dessulfuração no CT ou dessulfuração via processo KR). Após retirada de amostra do gusa, injetam-se misturas dessulfurantes compostas, que em geral podem ser de carbureto de cálcio (CaC2) ou cal (CaO) e agentes ativadores da reação, através de uma lança com gás de arraste (nitrogênio ou argônio). Após o tratamento, o “CT” é transportado para a Aciaria, onde o gusa dessulfurado é basculado para a panela de carregamento, no poço de transferência na Aciaria. Em geral, gasta-se aproximadamente 40 minutos de tratamento no CT e ~17 a 22 minutos no KR. 67 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Escolha do material dessulfurante Atualmente, existem cinco agentes dessulfurantes básicos: •Barrilha ou Carbonato de Sódio (Na2CO3), •Cal (CaO), •Carbureto de Cálcio (CaC2), •Magnésio (Mg) •Cálcio Silício (CaSi).uso mais restrito a dessulfuração de aço. P R E Ç O T O N 3500 600 Mg CaC2 230 70 Na2CO3 CaO EFICIÊNCIA 68 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Características das principais misturas O Uso da Cal na De-S Desvantagens Vantagens Baixo custo; Abundante; Fácil manipulação; Baixo rendimento; Restrições quanto a temperatura; Aniquilado pelo oxigênio; Diminui eficiência de transporte de gusa. O Uso do CaC2 na De-S Vantagens Eficiente; Sem restrições com o oxigênio; Sem restrições de temperatura. Desvantagens Alto custo; Perigoso em função da umidade; 69 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Processo realizado em CT Material De-S Nitrogênio Características Material De-S Nitrogênio • Tempo restrito de contato; Escória de topo não participa; Zonas mortas; Forma desfavorável do reator; Restrições de transporte de massa. Escória de topo 70 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração e basculamento de gusa: Carro Torpedo transportando gusa dessulfurado Basculamento do gusa dessulfurado na panela de gusa 71 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Processo realizado via KR “Kambara Reactor” Calha de adição Calha de adição Agitador W Agitador Baixa rotação ~ 50 rpm Material Escória Panela de gusa Panela de gusa 72 SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Processo realizado via KR “Kambara Reactor” Características Agitador em uso Rotação de 100 a 150 rpm • Tempo não restrito de contato; Escória de topo participa; Sem zonas mortas; Forma favorável do reator; Restrições de transporte de massa; Motor de içamento Silo de espera Tanque pressurizado Cabo de aço Carro do agitador Motor do agitador Balança Novo agitador Travas do carro Calha de adição de material Coifa do despoeiramento Panela de gusa Panela de gusa Carro de troca do agitador Agitador 73 SIDERURGIA – Aciaria Panela de gusa Dessulfuração do gusa no KR Dados do carro Capacidade: 500 ton Velocidade: 20 m/min Retirada da escória pelo skimmer SIDERURGIA – Aciaria Processo de dessulfuração: Comparação entre os processos Dessulfuração => Reação química + transporte de massa De-S em CT De-S em KR  Sem restrições na etapa da reação:  Alta temperatura;  Boas condições termodinâmicas;  Sem restrições na etapa da reação:  Alta temperatura;  Boas condições termodinâmicas;  Restrições no transporte de massa:  Menor tempo de contato entre reagentes;  Forma do CT desfavorece;  Escória de topo com baixa participação;  Possíveis zonas mortas;  Misturamento imperfeito;  Podem haver heterogeneidades.  Sem restrições no transporte de massa:  Maior tempo de contato entre reagentes;  Forma da panela favorece;  Não há escória de topo;  Não há zonas mortas;  Misturamento perfeito;  Sem heterogeneidades. 75 SIDERURGIA – Aciaria Características - Convertedores No processo de fabricação de aço nos convertedores LD, ocorrem as fases de fusão e refino da carga metálica (gusa + sucata), através do sopro de oxigênio, objetivando preferencialmente a descarburação. Durante o sopro de oxigênio ocorre a oxidação dos elementos contidos no ferro gusa (C, P, Si, Mn e Fe), gerando elevação de temperatura do metal (fusão) e eliminação dos elementos indesejáveis na fase de refino do aço (P, Si e etc.). Carga Básica (Capacidade Nominal : 340t)=>  Gusa  Sucata  Índice de HMR (Varia entre 85 a 92% - % de metal quente) Principais Fundentes:  Cal calcítica  Cal dolomítica  Dunito  Fluorita  Carbeto de silício  Minério de ferro 76 SIDERURGIA – Aciaria Operações Colocação de sucata no convertedor Colocação de gusa no convertedor Colocação de gusa no convertedor Etapa de sopro no convertedor 77 SIDERURGIA – Aciaria Refino Secundário - IRUT Silo de injeção de finos Oxigênio Gás de injeção de finos e borbulhamento Carro rampa de carregamento de ligas Duto de exaustão de gases e fumos Smorkel Lança de injeção de finos e borbulhamento Lança de oxigênio Funções - Balanço de produção entre convertedor e lingotamento PRODUTOS: •Tubos para Oleodutos – API •Aços Estruturais •Chapas Grossas - Aquecimento químico - Resfriamento através de adição de sucata - Ajuste de composição química - Agitação (borbulhamento de gás) - Injeção sem fio (Al e CaSi) - Injeção de pó para dessulfuração 78 SIDERURGIA – Aciaria Refino Secundário - IRUT Estação de tratamento - IRUT Snorkel dentro da panela de aço 79 SIDERURGIA – Aciaria Refino Secundário – Desgaseificador à vácuo – RH-KTB Princípio básico: CÂMERALANÇA DE OXIGÊNIO QUEIMADOR ADIÇÃO DE FERRO-LIGAS SUCÇÃO DE GÁS Tratamento do aço sob vácuo através da circulação pelos snorkels . Principais tratamentos: Homogeinização; Aquecimento; Resfriamento; VASO Correção Química; Descarburação; AMOSTRAGEM Retirada de H e N2 do aço; Limpidez MEDIÇÃO DE T Produtos:  Aços Ultra Baixo Carbono  IF-Interstitial Free (industria automobilística) SNORKEL DE SUBIDA (INJEÇÃO DE Ar) PANELA SNORKEL DE DESCIDA  Fins elétricos  Aços Baixo e Ultra Baixo Carbono para superfície exposta  Aços desidrogenados para chapa grossa 80 SIDERURGIA – Aciaria Refino Secundário – Desgaseificador à vácuo – RH-KTB Snorkel descendo para a panela de aço – início de tratamento Snorkel fora da panela de aço – termino do tratamento 81 SIDERURGIA – Aciaria Fluxo Geral #1 DESSULFURAÇÃO REFINO SECUNDÁRIO IRUT PLACAS #2 #1 #2 #3 CONVERTEDORES #1 #2 REFINO SECUNDÁRIO RH-KTB #3 MÁQUINA LINGOTAMENTO CONTINUO LAMINAÇÃO DE TIRAS A QUENTE 82 SIDERURGIA – Aciaria: Histórico Histórico do Lingotamento Contínuo Sir Henry Bessemer - Inventor e Engenheiro: 1813-1898 1846 83 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Introdução O processo de lingotamento contínuo aumentou sua participação na produção de aço por assegurar notáveis vantagens de lingotamento convencional-laminador desbastador, permitindo a eliminação de uma série de etapas intermediárias entre aço líquido e semi-produto, resultando em:  Menor custo operacional  Menor consumo de energia  Melhor condição de trabalho  Placa de contínuo no mínimo ~U$ 100/t mais barata do que placa convencional Equipamentos que consiste um processo de lingotamento contínuo: Torre Giratória Distribuidor (Válvulas longa e submersa) Máquina de Lingotamento Contínuo (Molde, Barra falsa, Pó fluxante e Resfriamento) Máquina de Corte 84 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Torre Giratória Torre giratória A torre recebe a panela de aço cheia, liberada pelo convertedor, sustentando-a sobre o distribuidor. A panela vazia é Panela liberada para a área de preparação através de um giro de 180o, permitindo a troca rápida de panelas continuidade ao processo. e dando Distribuidor Molde 85 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Distribuidor: Funções básicas Panela Evitar a contaminação do aço Purga do distribuidor com argônio Válvula longa Selagem das conexões refratárias Distribuidor Remover inclusões Uso de pó de cobertura Uso de direcionadores de fluxo de aço líquido Válvula Submersa Adicionar ligas Molde Adição de cálcio Válvula longa Promover aquecimento do aço Antes da sua utilização, o distribuidor e seus acessórios submersa) (tampão devem e Turbo Stop válvula estar  Válvula Longa : Constituída de material refratário sendo que A tem como função de direcionar o aço da panela para o temperatura interior do distribuidor para distribuidor sem o expor ao ar. Além de manter a vazão de aço se iniciar o lingotamento deve ser de liquido para o molde. 1000 a 1100ºC.  Válvula Submersa: Constituída de material refratário cuja convenientemente pré-aquecidos. função é direcionar o aço do distribuidor para os veios. 86 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Molde – Objetivo e Características Objetivo: É promover a primeira solidificação (na superfície da placa), e direcionar o aço aos segmentos. Revestimento: Como o veio é formado no molde e Molde compacto extraído, existe erosão das placas de cobre , na parte inferior do molde. Periodicamente, o molde deve ser Placa Twin retirado de operação e recuperado. Termopares: são usados para coletar temperatura nos moldes, que processam sinais para o computador iniciando ações preventivas. Nível do aço: Nas MLCs mais modernas, o nível de aço no molde é controlado com sensores. Oscilação do molde: Tem como finalidade principal , evitar o colamento do molde com a placa. Molas Encaixe do Cilindro Base Frame Largura do molde: A contração do aço solidificado dentro do molde, provoca uma diminuição gradual de largura da placa que está sendo formada, à medida que está descendo molde. 88 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Pó Fluxante - Funções  Isolar termicamente a superfície do aço líquido no molde, evitando que ocorra a solidificação;  Evitar a reoxidação do aço líquido do molde com o ar atmosférico;  Absorver e dissolver produtos de desoxidação, óxidos de refratários e inclusões não metálicas que flutuarem;  Formar um filme de escória para atuar como lubrificante, evitando o agarramento do aço solidificado com o molde;  Transferir o calor entre a pele solidificada e o molde, otimizando as trocas térmicas e a solidificação no molde. Barra Falsa Antes de iniciar o processo de Lingotamento Contínuo é necessária inserção de uma barra falsa. A inserção da barra falsa é feita por baixo, serve como fundo do molde e atua na extração da placa até os rolos extratores. 89 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Máquina de Lingotamento Contínuo - MLC A MLC é constituída de moldes onde ocorre a solidificação inicial da placa sendo obtida a Panela Distribuidor Molde largura e espessura do pedido, sistema de rolos e sistema de resfriamento pôr onde a placa é conduzida até a sua completa extração e máquina de corte onde as placas são cortadas no Veio comprimento requerido no pedido. Segmentos A velocidade de lingotamento é definida a partir da equação de solidificação: K= constante de solidificação; D= espessura solidificada / 2 ; t = tempo A constante de solidificação em lingotamento contínuo foi determinada, experimentalmente, para diferentes relações entre a quantidade de água/quantidade de aço ( Water Ratio ). Alta Velocidade Baixa velocidade Segregação central Tendência de falta de largura Defeitos superficiais e internos Aumento da marca de oscilação Abaulamento das placas Melhor qualidade interna Tendência de rompimento da placa 90 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Tipos de Máquina de Ling. Contínuo 91 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Tipos de Máquina de Ling. Contínuo Tipo Vantagens Desvantagens Tendências Não há deformação de encurvamento e desencurvamento  Facilidade para flutuar inclusões de óxidos. Grande altura  Grande pressão ferrostática  Alto custo de equipamentos auxiliares.  Grande risco de abaulamento de placas entre rolos.  Velocidade de Lingotamento limitada Foi um projeto utilizado no início do lingotamento contínuo, mas rapidamente foi abandonado. Atualmente são utilizadas na produção de alguns materiais específicos Vertical-curva com molde reto dobramento progressivo Facilidade para flutuar inclusões de óxidos e bolhas de gases. Deformação da pele solidificada no início de lingotamento.  Raio de curvatura mínimo normalmente maior que máquina curva. Um dos projetos mais utilizados atualmente para produção de placas para tiras. O projeto permite alcançar boa qualidade superficial com altas velocidades de lingotamento Curva com molde curvo e dobramento progressivo Deformação de desencurvamento se dá com pele grossa  Baixa altura de instalação  Baixa pressão ferrostática.  Sistema de extração e remoção de placas simples Aprisionamento de inclusões e bolhas na sub superfície.  Geração de trincas transversais devido ao desencurvamento. Um dos projetos mais utilizados no mundo para produção de placas. Chegou a representar nos anos 80 quase 70% das instalações de lingotamento contínuo de placas no mundo. Não são construídas novas máquinas com este perfil. Muitas existentes estão sofrendo melhorias. Vertical simples      92 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Aciaria (Torre Giratória, Panela de Aço, Distribuidor, MLC, Corte de placas) 93 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Aciaria (Torre Giratória, Panela de Aço, Distribuidor, MLC, Corte de placas) 94 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Resfriamento Primário: Refere-se à extração de calor do aço dentro do molde, através do resfriamento das placas de cobre. A temperatura do aço deve estar alta o suficiente para que não ocorra solidificação no distribuidor, mas não tão alta para que a solidificação dentro do molde possa ocorrer. Resfriamento Secundário: É uma das etapas cujo objetivo principal é a simples remoção do calor do aço líquido que entra na máquina de para formar a placa sólida, em sua dimensão final. Os mecanismos de transferência de calor envolvidos no processo ocorrem dentro do veio (internos) e na superfície do veio (externos). Tipicamente, o resfriamento é feito através de uma série de zonas, cada qual responsável por um ou mais segmentos (na CST, as MLC’s possuem 16 segmentos cada uma). Os sistemas de spray podem ser do tipo somente água ou uma combinação de ar e água (chamado air mist) AIR MIST ÁGUA 95 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Máquina de Corte: tem como função cortar as placas de acordo com o pedido do cliente. As chamas dos maçaricos são provenientes de oxigênio e gás natural e reguladas através de válvulas. 96 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Tipos de Produtos Placas Blocos e Grandes Tarugos Placas espessura 150 - 400 mm largura 400 - 3200 mm Retangular min. 200 x 240 mm max. 400 x 600 mm Placas Twin espessura 100 - 350 mm largura 300 - 1575 mm Quadrado min. 220 x 220 mm max. 345 x 345 mm Placas Médias espessura 90 - 150 mm largura 300 - 3050 mm Seção circular dia. min. 100 mm dia. max. 600 mm Placas Finas espessura 40 – 70(90) mm largura 790 - 1680 mm Esboços de vigas max. 1119 x 500 x 132 mm min. 243 x 170 x 73 mm Tarugos Quadrado 76 - 215 mm 97 SIDERURGIA – Aciaria Lingotamento Contínuo Qualidade das Placas Produzidas: Inspeção e Condicionamento de Placas 98 SIDERURGIA – Laminação Laminação: É um processo mecânico/metalúrgico de conformação plástica dos metais e ligas em que ocorre a redução da área da seção transversal reta de corpos metálicos pela sua passagem entre dois ou mais cilindros, dotados de movimento de rotação. Na grande maioria dos casos, pelo menos uma das componentes desse movimento apresenta um sentido que coincide com o sentido do movimento de saída do laminado dos cilindros. É uma operação conduzida a quente ou a frio, em uma ou várias etapas, até o produto final pretendido. Características: Volume permanece constante => Diminuição da Seção => Aumento do comprimento e de largura. Classificações:  Quanto a temperatura de trabalho: Laminação a Quente e Laminação a Frio  Quanto a interação cilindro de trabalho e material: Laminação Plana (Laminação de Planos) e Laminação Não Plana (Laminação de Longos)  Quanto grau de acabamento e tipo de produto: Produtos Semi Acabados e Produtos Acabados 100 SIDERURGIA – Laminação Laminador de Tiras a Quente - LTQ As placas de aço produzidas são conformadas no LTQ, onde as mesmas são previamente reaquecidas e através de compressões sucessivas na linha de laminação, ficam prontas sob forma de bobinas e essas são entregues aos clientes. Forno de Reaquecimento  Start-up: agosto/2002 Capacidade Nominal: 2,4Mt/ano Faixa de Espessura: 1,20 a 16,0mm Faixa de Largura: 700 a 1880mm Peso Máximo de Bobina: 40t Mesa de Resfriamento Bobinadeiras Coil Box Laminador de Desbaste Laminador Acabador 101 SIDERURGIA – Laminação Laminador de Tiras a Frio - LTF As bobinas de aço produzidas no LTQ, são previamente limpas (retida de de camada de óxido através da decapagem) e em seguida, são laminadas a frio. Logo após a laminação, as bobinas a frio (BF’s) passam por um processo de galvanização (colocação de uma camada de zinco) e em seguida são levadas para os fornos de recozimento, garantido assim as propriedades mecânicas. Fechando o processo, as BF’s sofrem uma laminação de encruamento, seguem para linha de inspeção e rebobinadas com oleamento (proteção contra a oxidação) e despachadas. Decapagem Laminação a Frio Galvanização 102 SIDERURGIA – Laminação Laminador de Tiras a Frio - LTF Recozimento Linha de Inspeção Laminação de Encruamento Rebobinamento e Despacho 103 SIDERURGIA – Laminação Produtos obtidos: 104 SIDERURGIA – Laminação Produtos obtidos: 105 SIDERURGIA – Projetos Futuros Diferentes rotas de produção de laminados a quente. 250 mm Lingotamento e Laminação Slab caster Contínua Placa Fina Walking Beam type furnace Roughing stand 40-60 mm Finishing stands Scarfing Thin slab caster Roller hearth 50-70 mm furnace Finishing stands 1-3.5 mm Lingotamento de Tiras Strip casting & rolling 106 SIDERURGIA – Projetos Futuros Lingotamento de Placas Finas 107 SIDERURGIA – Projetos Futuros Lingotamento de Tiras a Quente 108