Baixe Apostila Telec...2000 Materiais - 05-materiais-? hora de fabricar o a?o e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! 51 É hora de fabricar o aço Introdução Mesmo quando os métodos de fabricação eram bastante rudi- mentares os artesãos da Antigüidade, na Ásia e, mais tarde, na Europa medieval, conseguiam fabricar o aço. O aço daquela época chamava-se “aço de cementação”. Era uma liga de ferro e carbono obtida aquecendo-se o ferro em contato com um material carbonáceo durante um longo tempo. O aço de Wootz, da Índia, o aço de Damasco e os aços de Toledo, na Espanha, são exemplos desse tipo de aço. Como você deve se lembrar, o problema desses artesãos era que eles não conseguiam produzir o ferro e, conseqüentemente, o aço em larga escala. O grande salto da Revolução Industrial foi, exatamente, desenvolver os métodos corretos para fabricar aços de melhor qualidade e em quantidades que atendessem às novas necessidades das indústrias que surgiam. A partir das pesquisas, foram criadas várias maneiras de se transformar o ferro gusa em aço. Na verdade, para que isso aconteça, uma série de reações e modificações químicas aconte- cem dentro do gusa e elas são sempre as mesmas. O que muda é o ambiente onde essas reações acontecem e a maneira como elas são provocadas. Vários tipos de fornos são usados nesses processos. Quais são esses fornos e o que acontece dentro deles é o que você vai estudar nesta lição. O ar dá a sua graça Na aula passada, você estudou que o produto que sai do alto- forno é o ferro-gusa, uma matéria-prima com grandes quantida- 52 des de carbono e impurezas normais, como o silício, o manganês, o fósforo e o enxofre. Por causa disso, o gusa é duro e quebradi- ço. Para transformar o gusa em aço, é necessário que ele passe por um processo de oxidação - combinação do ferro e das impurezas com o oxigênio - até que a concentração de carbono e das impurezas se reduza a valores desejados. Até que se descobrisse como fazer isso, os engenheiros deram tratos à bola. A idéia apresentada, simultaneamente, por um inglês, Henry Bessemer, e por um americano, William Kelly, em 1847, foi injetar ar sob pressão a fim de que ele atravessasse o gusa. Esse processo permitiu a produção de aço em grandes quantidades. Os fornos que usam esse princípio, ou seja, a injeção de ar ou oxigênio diretamente no gusa líquido, são chamados “converso- res” e são de vários tipos. Os mais conhecidos, nós vamos estudar juntos. Eles são: • Conversor Bessemer • Conversor Thomas • Conversor LD (Linz Donawitz) O primeiro conversor sobre o qual vamos falar é o Bessemer. É constituído por uma carcaça de chapas de aço, soldadas e rebitadas. Essa carcaça é revestida, internamente, com uma grossa camada de material refratário, isto é, aquele que resiste a altas temperaturas. Seu fundo é substituível e é cheio de orifícios por onde entra o ar sob pressão. A grande sacada desse forno é seu formato (os livros técnicos dizem que ele se parece a uma pêra bem estilizada) que permite seu basculamento. Quer dizer, ele é montado sobre eixos que permitem colocá-lo na posição horizontal, para a carga do gusa e descarga do aço, e na posição vertical para a produção do aço. Este forno não precisa de combustível. A alta temperatura é alcançada e mantida, devido às reações químicas que acontecem quando o oxigênio do ar injetado entra em contato com o carbono 55 geradas pela queima de combustível, mas pelo calor que se desprende no processo de oxidação dos elementos que constitu- em a carga de gusa líquido. Por outro lado, as desvantagens são: impossibilidade de trabalhar com sucata, perda de metal por queima, dificuldade de controlar o processo com respeito à quantidade de carbono, presença de considerável quantidade de óxido de ferro e de gases, que devem ser removidos durante o vazamento. Vazamento é a operação de descarga do aço do conversor. Dos conversores, saem aços usados na fabricação de chapas, tubos soldados, perfis laminados, arames. Bem, já temos bastante informações para você estudar. Dê uma parada antes da segunda parte da lição. Nela vamos estudar a transformação do aço em outros tipos de fornos. O assunto é “eletrizante”, já que vamos falar de fornos elétricos. Antes que as informações se acumulem demais, é melhor dar esta paradinha para estudar. Ao fazer isso, não se esqueça de fazer anotações do que você achar importante. Isso ajuda a memorizar as informações Exercícios 1. Responda às seguintes perguntas: a) Por que o ferro-gusa é duro e quebradiço? b) Como o gusa se transforma em aço? c) Qual foi a idéia que permitiu a oxidação e a produção do aço em grandes quantidades? d) Como são chamados os equipamentos que injetam ar ou oxigênio diretamente no gusa líquido? e) Cite duas vantagens dos conversores. f) Cite as desvantagens dos conversores. 56 2. Associe o nome do conversor, da coluna da esquerda, ao conjunto de características, da coluna da direita: a) Thomas b Bessemar c) LD 1. ( ) Seu formato permite colocá-lo na posição horizontal, para a carga do gusa e descarga do aço. Não utili- za combustível e seu revestimento refratário é de sílica. 2. ( ) Na zona de impacto do oxigênio com o gusa, a temperatura chega a atingir entre 2.500ºC e 3.000ºC. 3. ( ) A injeção de oxigênio sob pressão, no gusa líquido, é feita pela parte de cima do conversor, por meio de uma lança metálica. A contami- nação do aço, por nitrogênio, é muito pequena. 4. ( ) O revestimento refratário é feito com material chamado dolomita que resiste ao ataque da escória à base de cale ainda permite traba- lhar com gusa com alto teor de fós- foro. Dá para fazer aço de sucata? Essa é uma boa pergunta, já que na primeira parte da nossa aula falamos sobre como transformar o gusa em aço. Isso poderia dar a falsa impressão de que só o gusa é matéria-prima para sua fabricação. Se apenas isso fosse possível, os ferros-velhos não existiriam. E quem ainda não vendeu sua sucatazinha lá no ferro- velho do bairro, para ganhar uma grana extra? Pois é, a gente pode fabricar aço a partir de sucata, sim. Só que tem que usar outro tipo de forno. É nos fornos elétricos que se transforma sucata em aço. Por esse processo, transforma-se energia elétrica em energia térmica, por meio da qual ocorre a fusão do gusa e da sucata, sob condições 57 controladas de temperatura e de oxidação do metal líquido. É um processo que permite, também, a adição de elementos de liga que melhoram as propriedades do aço e lhe dão características excepcionais. Por causa disso, esse é o melhor processo para a produção de aços de qualidade. Os fornos elétricos são basicamente de dois tipos: a arco elétrico e de indução. O forno a arco elétrico é constituído de uma carca- ça de aço feita de chapas grossas soldadas ou rebitadas, de modo a formar um recipiente cilíndrico com fundo abaulado. Essa carcaça é revestida na parte inferior (chamada soleira) por materiais refratários, de natureza básica (dolomita ou magnesita) ou ácida (sílica), dependendo da carga que o forno vai processar. O restante do forno é revestido com tijolos refratários silicosos. Os eletrodos responsáveis, juntamente com a carga metálica, pela formação do arco elétrico estão colocados na abóbada (parte superior) do forno. A carga de um forno a arco é constituída, basicamente, de sucata e fundente (cal). Nos fornos de revestimento ácido, a carga deve ter mínimas quantidades de fósforo e enxofre. Nos fornos de revestimento básico, a carga deve ter quantidades bem pequenas de silício. Durante o processo, algumas reações químicas acontecem: a oxidação, na qual oxidam-se as impurezas e o carbono, a desoxi- dação, ou retirada dos óxidos com a ajuda de agentes desoxidan- 60 Uma coisa sobre a qual não falamos, foi a respeito dos elementos que podem ser acrescentados a esses aços, para que eles tenham suas propriedades melhoradas. Esse é o assunto da nossa próxima aula. Aguarde! Esta segunda parte da aula trouxe informações importantes. Estude-as, dedicando especial atenção ao quadro que resume as informações de toda a aula. Depois, faça os seguintes exercícios. Exercícios 3. Escreva V para as frases verdadeiras e F para as frases falsas. Depois, corrija as erradas e as escreva corretamente no seu caderno. a) ( ) O gusa é a única matéria-prima utilizada na fabrica- ção do aço. b) ( ) É nos fornos elétricos que ocorre a transformação da sucata em ferro. c) ( ) Nos fornos elétricos, a fusão do gusa e da sucata ocorre sob condições controladas de temperatura e oxidação do metal líquido. d) ( ) O processo de transformação da sucata em aço permite, também, a adição de elementos de liga que melhoram as propriedades do aço. 4. a) Qual a principal diferença entre forno a arco elétrico e o forno de indução? b) Na sua opinião, qual a maior vantagem e a maior desvan- tagem dos fornos elétricos? Por quê? 61 5. Responda às seguintes perguntas: a) Que nome se dá ao processo que transforma o gusa em aço? b) Qual dos elementos que compõem o ferro-gusa, torna-o duro e, portanto, quebradiço? Por quê? (Lembre-se das propriedades dos materiais.) c) O que é um conversor e qual a principal diferença entre ele e um forno elétrico? d) Escreva, com suas palavras, as vantagens de utilização de um conversor Bessemer e de um forno elétrico de in- dução. e) Escreva, com suas palavras, as desvantagens do forno a arco elétrico e do conversor LD. f) Que tipos de aços são produzidos por: 1. Conversores: .................................................................. 2. Fornos elétricos: ............................................................. Gabarito 1. a) Pela presença de grandes quantidades de carbono e impurezas como o silício, o manganês, o fósforo e o enxo- fre. b) Passando por um processo de oxidação. c) Injetar ar sob pressão, para atravessar o gusa. d) Conversores. e) Alta capacidade de produção e simplicidade de operação, por exemplo. f) Impossibilidade de se trabalhar com sucata, perda de metal por queima, dificuldade de controlar o processo com respeito à quantidade de carbono etc. 2. a) 4 b) 1 c) 2, 3 62 3. a) F (Não! O aço também pode ser fabricado a partir da sucata.) b V (É nos fornos elétricos que ocorre a transformação da sucata.) c) V d) V 4. a) No forno elétrico a arco, o calor é gerado pelo arco elétrico formado nos eletrodos e, no forno a indução, o calor é ge- rado na própria carga. b) A maior vantagem dos fornos elétricos está no fato de que há maior flexibilidade de operação. A principal desvanta- gem é o custo operacional (custo da energia elétrica). 5. a) Oxidação ou redução. b) É o carbono, porque o ferro gusa é uma matéria-prima com grandes quantidades de carbono. c) É um equipamento que tem a função de transformar o ferro em aço através da injeção de oxigênio ou ar no gusa. A diferença entre o conversor e um forno elétrico é que o conversor não utiliza energia e o forno elétrico, sim. d) As vantagens de uso de um conversor Bessemer é o ciclo curto de processamento que fica entre 10 e 20 minutos e de um forno elétrico de indução é a fusão rápida - exclu- são de gases - e a alta eficiência. e) As desvantagens são: Forno a arco elétrico - Pequena capacidade dos fornos e custo operacional. Conversor LD - Gera poeira composta de óxido de ferro, gases e escória e não permite flexibilidade de produção. f) 1. Conversores - Aços-carbonos comuns com baixo teor de carbono. 2. Elétricos - Aços de melhor qualidade com composição química controlada.