Processos químicos na indústria siderúrgica

Processos químicos na indústria siderúrgica

CENTRO UNIVERSITARIO UNA – 2° SEMESTRE DE 2011

PROCESSOS QUIMICOS NA INDÚSTRIA SIDERURGICA

Esse trabalho tem como objetivo demonstrar as transformações químicas ocorrentes durante o processo de transformação do minério em aço, além de demonstrar sucintamente quais são esse processos de transformação numa forma geral.

This work aims to demonstrate the chemical transformations occurring during the process of transforming ore into steel, and show briefly what are the processes of transformation in a general way.

Palavras-chave: MINERAÇÃO;

SIDERURGIA;

QUÍMICA.

  1. Introdução

A siderurgia baseia-se na produção e transformação do aço, sendo um dos ramos da indústria de maior importância para os demais, pois processa a matéria-prima, necessária para todos os outros setores da indústria e da economia mundial.

O processo siderúrgico é a transformação do minério em aço, através de processos químicos e físicos de tratamento de materiais.

Para o fácil entendimento do que é siderurgia precisamos entender primeiramente o outro setor essencial para existência da siderurgia, a metalurgia.

A metalurgia baseia-se em técnicas desenvolvidas pelo homem para extração dos minérios encontrados na crosta terrestre, através de grandes minas e exploração sustentável dos minérios.

  1. Processos de transformação

Como já sabemos, os metais possuem, de um modo geral alta tendência a doar elétrons. Assim, eles frenquentemente são encontrados em seus minérios com número de oxidação positivo, e para que se possa obter o metal a partir do minério, é necessário que ele sofra uma REDUÇÃO.

Esquema 1 – Representação da obtenção do metal na forma simples.

Um processo de redução nada mais é que a transformação onde ocorre diminuição no número de oxidação de uma espécie química.

Os produtos resultantes das transformações que ocorrem nas siderúrgicas são:

- Ferro Gusa;

- Ferro Fundido;

- Aço carbono;

2.1 Características dos produtos de siderurgia

Ferro Gusa – metal duro, quebradiço, com baixa resistência mecânica, devido à grande quantidade de carbono;

Obtido através da fusão do minério dentro dos altos fornos.

Ferro fundido - Coloração escura, mais usada pela fácil fusão e moldagem, boa resistência mecânica, boa usinabilidade, boa resistência ao desgaste.A obtenção do ferro fundido se dá através da fundição do minério de ferro utilizando-se carvão coque, a fim de elevar os níveis de carbono. Essa fundição permite separar a escória do ferro propriamente dito. Após esse processo, pode-se obter o aço, que tem níveis variáveis de carbono na sua composição, porém em torno de 0,8% (chamados aços eutetóides). A dureza (e, conseqüentemente fragilidade) do aço aumenta juntamente com os níveis de carbono presentes em sua composição; por isso, o ferro fundido trinca facilmente, devendo ser aquecido para ser trabalhado.

Aço carbono - são ligas de Ferro-Carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11% de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação como Silício, Manganês, Cobre, Enxofre e Fósforo. Outros elementos existem apenas em quantidades residuais. A quantidade de Carbono adicionado na liga de Ferro determina a dureza do material.

Figura 1 – Detalhe de um alto forno

Entra na parte superior do forno o minério de ferro, mais o gás que vem de encontro a esse minério reage, ocorre liberação de COdevido à queima do combustível, que faz com que ocorra a redução do minério de ferro a ferro gusa, pois é incorporada uma quantidade carbono.

Exemplo de uma equação de redução na formação do ferro gusa:

2 Fe2O3 + CO 3 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

Figura 2- Esquematização do processo de produção de ferro gusa

2.2 Beneficiamento do minério de Ferro:

Sinterização

Conhecida como metalurgia do pó, consiste no processo de aquecimento abaixo do ponto de fusão para aumentar a ligação entre as partículas.

Minério de ferro (pó) + carvão moído + calcário + água +Aquecimento (1000 – 1300 °C) = Sínter.

Pelotização

Moagem do minério de ferro para posterior aglomeração na forma de pelotas.

Minério de ferro moído + umidificação = aglomerado + Pelotização/queima = Pelotas de minério

Figura 3 - Representação de uma fundição

A composição do ferro gusa está longe da composição típica dos aços devendo ser reduzido os teores de carbono enxofre fósforo manganês entre outros para ser alcançada a condição de aço comum. Esse processo é alcançado através da aciaria. Existem dois processos de aciaria, a aciaria a oxigênio (através de conversores LD), e a aciaria elétrica (através de fornos a arco - FEA).

2.3 Conversores LD

Ar ou O2 é soprado durante 15 a 20 minutos através ou sobre 100 a 150 toneladas de carga, sendo a fonte de calor a própria oxidação dos elementos (reações são exotérmicas)

Reações realizadas dentro de um conversor

1. Oxidação das impurezas do ferro:

2 Fe + O2 2 FeO + calor

2FeO + Si 2Fe + SiO2 + calor

FeO + Mn Fe + MnO + calor

2. Combustão intensa do carbono:

FeO + C CO + Fe

2CO + O2 2 CO2

3. Desoxidação do aço: adicionam-se produtos desoxidantes:

FeO + Mn Fe + MnO

4. Combustão do fósforo:

2P + 5 FeO P2O5 + 5 Fe + calor

P2O5 + 4 CaO (CaO)4 . P2O5 = escória

5. Dessulfurização:

FeS + CaO CaS + FeO

Figura 4 - Conversor LD

Figura 5 - Esquematização de um conversor LD

3. Conclusão

Fica então perceptível a necessidade do entendimento em química em todo o decorrer do processo de produção de aço, pois toda a transformação sofrida pelo minério desde sua extração ocorre por processos químicos como redução, oxidação, queima (liberação de CO2), liberação de energia e processos de separação de substâncias.

Da mesma forma que ocorre a processos químicos na produção de aço, é importante ressaltar que esses processos ocorrem em qualquer meio produtivo como, por exemplo: indústria automobilística, aeroespacial, etc.

4. Referências Bibliográficas

[1] – Química na siderurgia – Solange B. Romeiro – UFRS

[2] – www.wikipedia.org.br

[3] – Manual de Siderurgia – La Araujo – Ed. Arte e ciência - 1997

[4] – Siderurgia a história do aço – Rosaly Maria B.

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