3 - A Metalurgia Extrativa - ufrgs

ENG06638-Introdução à engenharia metalúrgica
Nestor Cezar Heck / UFRGS – DEMET
3 - A Metalurgia Extrativa
3-1. Principais metais
A metalurgia extrativa estuda a obtenção dos metais a partir de fontes minerais da natureza e
da sucata.
Uma comparação entre os principais metais produzidos pelo Homem em escala mundial revela
que o ferro é, de longe, o metal mais produzido atualmente, Figura 3-1.
Figura 3-1: Comparação entre a produção de diversos metais em escala global, % em
massa
3-2. A siderurgia ou metalurgia extrativa do ferro
O metal ferro é extraído de um óxido, o mineral hematita (Figura 6-2), simbolizado por: Fe2O3.
Mas outras substâncias químicas minerais podem ser fontes de metais, dentre elas, os sulfetos: Cu2S e
os carbonatos: MgCO3.
a
c
Figura 3-2: Mina de minério de ferro hematítico em Minas Gerais (a); minério beneficiado
na forma de pelotas e bitolado (b); pedaço do mineral hematita bruto (c)
Vigas, chapas, arames – os produtos da siderurgia, – são obtidos numa seqüência de reatores
que se inicia com o alto-forno (alimentado com minério bitolado1 ou pelotas 2 ) e termina na fabricação
de produtos siderúrgicos por meio de diversos processos industriais.
1 Dentro de uma granulometria limitada por um valor máximo e um mínimo.
2 Pelotas são ‘bolinhas’ (com ~11 [mm] de diâmetro) de Fe2O3, produzidas a partir do pó do minério.
b
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a
Figura 3-3: Diagrama esquemático de um alto-forno (a) e fotografia da parte superior de
um deles (b)
Um alto-forno, Figura-3-3, é um equipamento muito grande que, para ser economicamente
viável, deve produzir, no mínimo, por volta de 1 000 000 de toneladas de ferro por ano! Outros tipos de
reatores existem, com capacidades menores, mas a sua importância relativa é menor.
Figura 3-4: Diagrama esquemático de um forno elétrico a arco, FEA, contendo aço líquido (em
vermelho) obtido pela fusão da sucata: A transformador; B cabos condutores (1 para cada fase);
C sistema hidráulico de posicionamento dos eletrodos (1 para cada eletrodo); D eletrodos (1 para
cada fase); E arco, em amarelo (fonte de calor); F bica de vazamento (normalmente o forno
bascula para vazar – descarregar o aço líquido –, porém hoje o vazamento pode ser por baixo,
por um furo especial); H queimadores auxiliares de combustível para aquecimento (nem sempre
são usados); G porta de serviço mostrando um tubo para a injeção de oxigênio; o carregamento
do FEA é feito pelo basculamento do teto3 O alto forno não produz aço, mas um produto intermediário líquido chamado ferro-gusa. O
ferro-gusa pode conter até 4,5%C, 1,7%Mn, 0,3%P, 0,04%S e 1,5%Si. Usa-se o conversor (outro
equipamento) para reduzir os teores de carbono e silício e para remover as impurezas não metálicas P
3 Na metalurgia o chão de um forno denomina-se soleira e o teto abóbada.
b
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e S. Os produtos ou saem na forma de gases, ou se incorporam à escória reagindo com a CaO
introduzida com esse propósito. O produto final é o aço, que tem um teor de carbono normalmente
entre 0,45% e 1,3%.
Figura 3-5: Equipamento shredder
No Rio Grande do Sul os metais não são obtidos a partir de minérios: nossa produção de aço
(ferro), alumínio e chumbo, por exemplo, vem da fusão da sucata. 40% do aço produzido no mundo é
feito dessa maneira.
Para a fusão da sucata de aço empregamos o forno elétrico a arco, FEA, Figura 3-4. Ele tem
esse nome por causa do emprego de arcos elétricos como fonte de calor. Os arcos elétricos se
estabelecem entre cada um dos três eletrodos e a sucata a ser fundida.
Figura 3-6: Equipamento para lingotar o aço de forma contínua: 1 panela, 2 aço líquido, 3 aço
saindo da panela, entrando e saindo do distribuidor, 4 distribuidor (panela intermediária, que
atua como reservatório na troca da panela), 5 rolete guia, 6 refriamento secundário,
executado com jatos de água, 7 coquilha (molde de aço, resfriada com grande vazão de
água, onde se dá o resfriamento primário e acontece a solidificação de uma casca de aço
do futuro tarugo), 8 rolos endireitadores, 9 painel de controle (em vermelho: tarugo de aço)
http://www.schoolscience.co.uk/content/4/chemistry/steel/
Para poder carregar a sucata no forno elétrico a arco, a sucata deve ter o seu tamanho
reduzido: usa-se para isso desde o corte, com um maçarico, até um equipamento chamado shredder,
que é um grande picotador de aço, Figura 3-5.
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O aço líquido, depois de ser refinado – ou seja, ter as suas impurezas removidas – e desde
que a sua composição esteja correta, é vazado e transportado em um grande recipiente com formato
de balde – denominado panela –, que contém de 50 a 150 toneladas (ou mais!) de aço, até o local
onde se dará a sua solidificação.
A solidificação, que antigamente se dava exclusivamente em grandes recipientes – as
lingoteiras – agora é feita na maioria dos casos no equipamento de ‘lingotamento contínuo’. Trata-se de
uma grande máquina, capaz de converter o aço líquido em tarugos (de diversas seções) e, mais
modernamente, também em placas, Figura 3-6.
Os inúmeros produtos siderúrgicos são fabricados tipicamente por laminação (ver Figura 3-7) e
trefilação a partir de formas iniciais, chamadas de semi-acabados, ver Figura 3-8. Além dos tarugos,
placas e blocos há, também, o chamado fio-máquina, que é um semi-acabado muito longo, de seção
redonda, ideal para ser transformado em arames, pregos, correntes, etc.
a
Figura 3-7: Diagrama esquemático de um laminador (a) e bobinas de aço produzidas por
laminação (b) Fonte: Voest-Alpine
Os produtos siderúrgicos são classificados, quanto a forma, genericamente, em longos e
planos. Exemplos de longos são: vergalhões, vigas, trilhos e barras. Entre os produtos planos temos:
chapas tiras e bobinas.
Figura 3-8: Nomenclatura de alguns produtos siderúrgicos semi-acabados
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A Figura 3-9 mostra esquematicamente o diagrama de fluxo de materiais em uma usina
siderúrgica produtora de produtos planos.
Figura 3-9: Fluxograma de produção de produtos siderúrgicos planos
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