Produção de Ferro Gusa No Alto-Forno

Produção de Ferro Gusa No Alto-Forno

O alto-forno constitui ainda o principal aparelho utilizado na metalurgia do ferro.

  • O alto-forno constitui ainda o principal aparelho utilizado na metalurgia do ferro.

  • A metalurgia do ferro consiste essencialmente na redução dos óxidos dos minérios de ferro, mediante o emprego de um redutor, que é um material à base de carbono.

A figura 4 mostra a seção transversal de uma instalação de alto-forno, incluindo todo o equipamento acessório e auxiliar. A figura 5 mostra a seção transversal típica de um alto-forno moderno.

  • A figura 4 mostra a seção transversal de uma instalação de alto-forno, incluindo todo o equipamento acessório e auxiliar. A figura 5 mostra a seção transversal típica de um alto-forno moderno.

  • Como se vê, trata-se de uma estrutura cilíndrica, de grande altura, que compreende essencialmente uma fundação e o forno propriamente dito (cadinho, rampa e cuba).

O cadinho corresponde à parte do alto-forno onde se acumulam o metal fundido e a escória, resultante das reações que ocorrem no seu interior.

  • O cadinho corresponde à parte do alto-forno onde se acumulam o metal fundido e a escória, resultante das reações que ocorrem no seu interior.

  • A rampa tem formato tronco-cônico, suas dimensões variam desde o diâmetro do cadinho até 10,5m ou mais, com altura que pode superar 4m. A rampa corresponde à zona, de certo modo mais quente.

A cuba, também de forma tronco-cônica, tem a seção menor voltada para cima, no topo ou goela. Sua altura, a partir da rampa, pode superar 25m.

  • A cuba, também de forma tronco-cônica, tem a seção menor voltada para cima, no topo ou goela. Sua altura, a partir da rampa, pode superar 25m.

  • A cuba é constituída de um revestimento de tijolos refratários de grande espessura, devido ao desgaste; essa espessura é maior na parte inferior e vai diminuindo progressivamente até perto do topo.

No topo do alto-forno situa-se o sistema de carregamento. O sistema de carregamento mais comum é chamado “corpo e cone”.

  • No topo do alto-forno situa-se o sistema de carregamento. O sistema de carregamento mais comum é chamado “corpo e cone”.

  • Em resumo, o sistema “corpo e cone” tem por objetivo realizar uma distribuição uniforme de carga e evitar a evasão de gases para a atmosfera .

O acessório mais importante corresponde as estufas ou regeneradores de calor. A figura 7 mostra esquematicamente um desses aparelhos, os quais são em princípio, aparelhos armazenadores de calor.

  • O acessório mais importante corresponde as estufas ou regeneradores de calor. A figura 7 mostra esquematicamente um desses aparelhos, os quais são em princípio, aparelhos armazenadores de calor.

  • Normalmente, uma instalação de alto-forno é equipada com pelo menos três regeneradores; enquanto dois estão aquecidos, o terceiro cede calor ao ar sob pressão.

A operação do alto-forno é iniciada depois de ter passado por todo o processo de secagem e preparo preliminar.

  • A operação do alto-forno é iniciada depois de ter passado por todo o processo de secagem e preparo preliminar.

  • Os regeneradores são aquecidos previamente de modo que um dos meios de secar o alto-forno consiste em soprar-se ar quente dos regeneradores, através das ventaneiras, durante 10 a 15 dias, até que a temperatura em torno de 600 graus C seja alcançada. Outro método de secagem é pela queima de carvão de madeira ou coque.

As temperaturas mais elevadas ocorrem nas proximidades das ventaneiras da ordem de 1.800 graus C - 2.000 graus C. Nessa região, verifica-se a reação.

  • As temperaturas mais elevadas ocorrem nas proximidades das ventaneiras da ordem de 1.800 graus C - 2.000 graus C. Nessa região, verifica-se a reação.

  • C + O2  CO2

  • Originando-se grande quantidade de calor

  • Esse CO2, ao entrar em contato com o coque incandescente, decompõem-se:

  • CO2 + C  2CO

  • O CO originado é o elemento redutor.

A decomposição dos carbonatos, contidos no calcário dá-se a aproximadamente 800 graus C, conforme as reações seguintes:

  • A decomposição dos carbonatos, contidos no calcário dá-se a aproximadamente 800 graus C, conforme as reações seguintes:

  • CaCO3  CaO+CO2

  • MgCO3  MgO+CO2

Além de CO como agente redutor, o próprio carbono do carvão atua nesse sentido. As reações são as seguintes:

  • Além de CO como agente redutor, o próprio carbono do carvão atua nesse sentido. As reações são as seguintes:

  • 3Fe2O3 + CO  2Fe3O4 + CO2

  • Fe3O4 + CO  3FeO + CO2

  • FeO + CO  Fe + CO2 ou

  • Fe2O3 + 3C  2Fe + 3CO

Logo acima das ventaneiras, em contato com o coque incandescente, ocorrem as seguintes reações, numa faixa de temperatura que vai de 1.200 grau C a 1.500 grau C.

  • Logo acima das ventaneiras, em contato com o coque incandescente, ocorrem as seguintes reações, numa faixa de temperatura que vai de 1.200 grau C a 1.500 grau C.

  • Fe2O3 + 3C  2Fe + 3CO

  • Mn3O4 + C  3MnO + CO

  • MnO + C  Mn + CO

  • SIO2 + 2C  SI + 2CO

  • P2O5 + 5C  2P + 5CO

  • FeS + CaO + C  CaS + Fe + CO

Finalmente, as últimas reações fundamentais são representadas pelas equações.

  • Finalmente, as últimas reações fundamentais são representadas pelas equações.

  • 3Fe + C  Fe3C

  • 3Fe + 2CO  Fe3C + CO2

  • A formação da escória compreende reações bem mais complexas. Essa escória, como já foi mencionado, resulta da combinação do CaO e do MgO do calcário com a ganga do minério e as cinzas do carvão.

O principal produto do alto-forno é o ferro-guza, cuja utilização é feita nas aciarias, para onde é encaminhado no estado liquido e transformado em aço; o ferro gusa é ainda utilizado no estado sólido como principal matéria-prima das fundições de ferro fundido.

  • O principal produto do alto-forno é o ferro-guza, cuja utilização é feita nas aciarias, para onde é encaminhado no estado liquido e transformado em aço; o ferro gusa é ainda utilizado no estado sólido como principal matéria-prima das fundições de ferro fundido.

De um modo geral, a maioria dos ferros gusas possíveis de serem obtidos em alto-forno está compreendida na seguinte faixa de composições.

  • De um modo geral, a maioria dos ferros gusas possíveis de serem obtidos em alto-forno está compreendida na seguinte faixa de composições.

  • Carbono 3 a 4,5%

  • Silício 0,5 a 4,0%

  • Manganês 0,05 a 2,0%

  • Fósforo 0,05 a 2,0%

  • Enxofre 0,20% Máx.

A escória é, como se viu, o produto do alto-forno resultante da combinação dos elementos, como se indica a seguir:

  • A escória é, como se viu, o produto do alto-forno resultante da combinação dos elementos, como se indica a seguir:

  • SiO2 29 a 38%

  • Al2O3 10 a 22%

  • CaO + MgO 44 a 48%

  • FeO + MgO 1 a 3%

  • Cas 3 a 4%

Esse material, depois de solidificado, pode ser como lastro de ferrovias, material isolante etc. Sua mais importante aplicação dá-se na fabricação do chamado “ cimento metalúrgico”.

  • Esse material, depois de solidificado, pode ser como lastro de ferrovias, material isolante etc. Sua mais importante aplicação dá-se na fabricação do chamado “ cimento metalúrgico”.

O gás de alto-forno é um subproduto muito importante devido a seu alto poder calorífico.

  • O gás de alto-forno é um subproduto muito importante devido a seu alto poder calorífico.

  • CO2 13%

  • CO 27%

  • H2 3%

  • N2 57%

  • Ele é utilizado na própria usina siderúrgica nos regeneradores, fornos derivados de aquecimento, caldeiras etc.

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