MG 6 2023

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Fluxograma parcial de uma usina integrada até o Alto Forno 
alto forno: primeiro estágio na produção de aço a partir dos óxidos de ferro
primeiros altos fornos >>século 14 >> 1 tonelada de ferro gusa / dia 
atualmente: 13.000 toneladas por dia
alto forno: sistema destinado a produzir ferro gusa em estado líquido a uma 
temperatura em torno de 1500ºC, com a qualidade e em quantidade 
necessárias para o bom andamento dos processos produtivos subsequentes
matérias primas básicas (carregadas pelo topo do forno):
 carga metálica ( sinter, pelotas, minério granulado )
combustível sólido ( coque ou carvão vegetal )
fundentes
• reator mais complexo da 
metalurgia. 
• centenas de reações 
• 3 estados da matéria: 
sólidos, líquidos e gases
• grandes gradientes de 
temperatura, variando de 
mais de 2000 °C na zona em 
frente as ventaneiras, até 
cerca de 150 °C, na região 
superior onde os gases 
deixam o forno. 
Esquema simplificado do alto 
forno, indicando os principais 
equipamentos 
 “casa de silos” (1) 
silos separados (2) equipados com balanças
carro “skip” (3) ou correia transportadora
 tremonha de recebimento no topo do forno (4)
cones (5), responsáveis pela selagem dos gases e 
pela distribuição circunferencial dos materiais na 
“goela” do forno. 
“uptakes” (6), o gás quente e sujo de pós deixa o 
forno e flui para cima
 “downcommer” (7)
válvulas “bleeders” (8) cuja função é permitir a 
liberação do gás e proteger o topo no caso de uma 
súbita elevação de pressão do gás
coletor de pó (9) 
“venturi” (10), onde são removidas as partículas 
mais finas na forma de lama. 
desumidificador (11) cuja função é reduzir o teor 
de umidade do gás.
regeneradores (12)
chaminé (13). 
o gusa e a escória são separados por diferença de 
densidade no canal principal (14)
carros torpedos (15) 
potes de escória (16) 
Produtos do Alto-Forno
Ferro gusa :
•4,5 % Carbono
•0,4% Silício
•0,3% Manganes
•0,1 % Fósforo
•0,03% Enxôfre
Temperatura: 1400-1500 C
Escória: SiO2-CaO-Al2O3
Gás: CO-CO2-N2
Reações
Carregamento
Skip: até 15 m3; para af 
pequenos, até 3.000 t/dia
Esteira ou correia; carregamento 
contínuo; inclinação máxima de 15’; 
velocidade 1 a 3 m/s, largura ~1 m.
Topo- Duplo cone
Topo sem cone- calha rotativa-Paul Wurth
Sistema de gases
Gás de saída do alto forno: 10 a 40 g de partículas finas por Nm3, dos 
quais ~ 35 % pó de coque.
Esquema de um regenerador de alto 
forno 
Têm por função aquecer o ar injetado através das 
ventaneiras para a combustão do coque. O 
regenerador recebe o ar na temperatura entre 150 
a 200 °C, chamado ar frio, e eleva esta 
temperatura para a faixa de 1000 a 1250 °C, 
dependendo de sua capacidade, passando a ser 
chamado de ar quente.
Combustível utilizado: gás misto, mistura de 
gases provenientes do próprio alto forno ( 86 a 
94% de GAF ) e da coqueria ( 14 a 6% de 
GCO). 
 A câmara de combustão tem grande altura e 
diâmetro, para evitar o impacto da chama no 
domo e para alargar mais a chama. 
Dimensões típicas: 10,4 m diâmetro, 40 m altura.
Pré-aquecimento de ar-regeneradores
Regeneradores
Arranjo das ventaneiras no interior do forno e 
detalhes internos. 
 
 
Ventaneira com lança de injeção
Operação de abertura e fechamento do 
furo de gusa 
 
Sequência de eventos durante uma corrida do alto 
forno
 
Drenagem do gusa para os carros torpedo 
 
O canhão de lama (1) e a perfuratriz (2) 
são os equipamentos utilizados para 
fechar e abrir o furo de gusa. O gusa e a 
escória, após deixarem o furo na forma 
de um jato de material líquido, são 
separados por diferença de densidade no 
canal principal (3). A escória é 
direcionada para um sistema de 
granulação através do canal de escória. 
O gusa após passar também pelo canal 
secundário (4), é direcionado para carros 
torpedos posicionados no piso inferior da 
casa de corrida, por meio da bica 
basculante (6), cuja função é permitir a 
troca dos carros torpedos, direcionando o 
fluxo de gusa para o carro ao lado. O 
enchimento do carro torpedo pode ser 
monitorado automaticamente através de 
um medidor de nível (5). 
Avaliação da Performance do 
Alto-Forno 
• 1- Vida Útil Elevada: 
• 2 - Alta Produtividade 
• 3 - Baixo Consumo de Combustível:
• 4 – Qualidade Adequada: 
Vida Útil Elevada
• altíssimo investimento na construção ou 
reforma de um alto-forno
• grande esforço para prolongar a vida 
útil média, ou campanha 
• atualmente na faixa de 12 a 18 anos
produtividade
• critério de avaliação: razão entre produção média diária 
e volume interno do alto-forno (toneladas/dia/m3 )
• produtividade média dos altos-fornos brasileiros de 1,80 
a 2,80 t/dia/m3
 depende de
• idade do forno
• particularidades de cada usina
• condições do mercado de aço 
• ocorrência de problemas operacionais 
• disponibilidade de oxigênio para enriquecimento do ar 
soprado 
• melhoria da permeabilidade da carga
• redução do “fuel rate
consumo de combustível
• medido em kilogramas de combustível consumido para a 
produção de uma tonelada de ferro gusa. Atualmente o 
combustível é coque carregado pelo topo do forno mais 
carvão pulverizado injetado pelas ventaneiras. 
• elevado custo de combustíveis,
• carvão pulverizado injetado diretamente é de custo mais 
baixo
• importante atingir altas taxas de injeção, mantendo a 
estabilidade operacional
• Fuel Rate típico é de 500 kg/tonelada de gusa, sendo 
aproximadamente 350 kg de coque e 150 kg de carvão 
pulverizado, mas pode variar bastante dependendo de 
condições muito diversas.
Qualidade Adequada
• A qualidade do gusa deve estar dentro dos 
padrões exigidos pelo processo seguinte 
(Aciaria)
• Isto implica no atendimento de requisitos de 
composição química e de temperatura cada 
vez mais restritivos
• A escória também deve ter uma composição 
adequada à sua utilização mais freqüente, 
que é a indústria cimenteira
operação do alto-forno
• carregamento periódico de sólidos pelo topo, 
• drenagem contínua ou periódica de líquidos 
pela parte inferior, 
• contínua injeção de ar quente e 
hidrocarbonetos através das ventaneiras e 
• remoção de gás e poeira pelo topo. 
Fabricação de aço
Processos de produção de aço
➢ Método 1
➢ Realizado em Usinas Integradas – 70/75% produção mundial
• Redução do minério de ferro a temperaturas capazes de fundir o produto (“alto forno”)
• Produto ferro líquido com alto carbono (aprox. 4,5%), ferro gusa;
• Para transformar em aço precisa diminuir teor de carbono, por oxidação (refino primário); 
➢ Método 2
➢ Realizado em usinas a redução direta – 4-5% produção mundial
• Redução do minério de ferro por carbono a temperaturas insuficientes para fusão do produto (“redução direta”) 
• Produto ferro sólido com baixo carbono, que deve ser fundido em fornos elétricos a arco para obtenção de aço 
líquido
➢ Método 3
➢ Realizado em Usinas Semi- Integradas – 25-30% produção mundial
• Fusão da sucata em forno elétrico
Processo de produção de aço
A partir de minério de ferro em usinas integradas 
Etapas principais
•Redução do minério de ferro a ferro metálico em
altos-fornos, obtendo ferro gusa líquido
•Conversão do ferro gusa em aço líquido, pela
“queima” do carbono do gusa em convertedores a
oxigênio (LD);
•Refino secundário (purificação) do aço
•Solidificação do aço em forma de placas
(lingotamento).
Fluxo do Processo de Aciaria LD
 
Pré-tratamento do gusa
Dessulfuração 
de gusa 
em carro 
Torpedo
Dessulfuração de 
gusa 
na panela
Processo LD (BOF)
LD vem de Linz e Donawits, cidades da Austria onde o processo foi
 desenvolvido na década de 1950
BOF, iniciais de Basic Oxygen Furnace, nome usado nos EUA
Fabricação de Aço
Conversor a Oxigênio (processo LD, ou BOF)
Ferro gusa líquido e sucata de aço são 
carregados em conversor (convertedor, 
em alguns estados) e submetidos a 
sopro de oxigênio puro.
A queima do carbono (e dosilício) do 
gusa causa aumento de temperatura e 
diminuição do teor de carbono (até 
entre 0,03 a 0,06 de carbono).
Adicona-se cal para neutralizar o óxido
de silício formado.
Produtos finais: Aço líquido e escória 
de aciaria, além do gás de aciaria
➢ principais reações
2C + O2 → 2CO
Si + O2 → SiO2
2Mn + O2 → 2MnO
2P + 5/2 O2 → P2O5
➢ Ocorre parcialmente:
2Fe + O2 → 2FeO
Processo L.D. - Operação do Conversor
 
O ciclo de operações de refino no LD, envolve 6 etapas, 
que correspondem a uma corrida:
 
 a) Carregamento de carga sólida
 b) Carregamento do gusa líquido
 c) Sopro
 d) Medição de temperatura e retirada de amostras
 e) Vazamento do aço
 f) Vazamento de escória
O tempo total de corrida é contado entre os vazamentos 
de aço de corridas sequenciais, e é chamado de tempo
 “tap-to-tap”
a) Carregamento de carga sólida
Processo L.D. - Sucata
Sucata é necessária para absorver parte da energia disponível ao 
processo (calor sensível do gusa+ calor das reações de oxidação), e 
é vantajoso proporção alta de sucata, uma vez que seu teor de ferro 
é superior ao do gusa. É usado sucata de retorno da própria usina e 
também sucata comprada.
dimensões da sucata: tal que possa permitir completa fusão durante 
o sopro e não causar estragos ao revestimento do conversor no
carregamento.
deve estar completamente seca, para evitar o risco de explosões. 
b) Carregamento de gusa líquido
Processo L.D. - Gusa Líquido
A proporção de gusa líquido na carga 
do conversor depende de sua 
composição e temperatura (conteúdo 
térmico), da qualidade do aço a ser 
produzido, do volume das adições de 
cal, minério e carepa, e em parte das 
dimensões do conversor. Normalmente 
varia entre 70 e 85%.
Sopro
Processo L.D. - Operação do Conversor 
c) Sopro 
Terminado o carregamento do gusa líquido o conversor é 
trazido novamente à posição vertical, a lança de oxigênio é 
baixada e o sopro iniciado, já durante a descida da lança. 
Processo LD (BOF)
Processo L.D. - Sopro- Adição de Cal e fundentes
A adição de cal no conversor L.D. é necessária para a escorificação da 
sílica formada pela oxidação do silício da carga metálica e para a 
remoção do fósforo e enxofre. Além disso uma quantidade de CaO 
suficiente para diminuir o ataque dos refratários deve ser mantido na 
escória. A cal utilizada no processo deve ser de alta reatividade.
Fluorita, CaF2: fundente da cal, para acelerar a sua dissolução e 
aumentar a fluidez de escórias muito viscosas. 
 Outros fundentes: os aluminatos (especialmente bauxita) e 
boratos.
Reações durante o sopro
 
 Reações :
 2Fe + O2 2 FeO
 2FeO + Si SiO2 + 2 Fe
 FeO + Mn MnO + Fe
 FeO + SiO2 FeO . SiO2
 MnO + SiO2 MnO . SiO2
 FeO . SiO2 + CaO CaO . SiO2 + FeO
 MnO . SiO2 + CaO CaO . SiO2 + MnO
Reações de Refino
 Praticamente todas as reações que ocorrem no processo L.D. 
são exotérmicas, isto é, liberam calor. Desta forma, há uma elevação 
acentuada na temperatura do banho.
 Terminada a oxidação do silício, que corresponde à primeira 
etapa do sopro, o aumento da temperatura e a formação de uma 
emulsão metal-gás-escória criam condições em que a única reação 
importante é a descarburação (segunda etapa), cuja a velocidade 
atinge valores só limitados pelo oxigênio disponível. 
 Reações :
 FeO + C Fe + CO
 2 C + O2 2 CO
Reação carbono-oxigênio
Oxigênio soprado dissolve no banho de ferro
O2 2 O (Oxigênio gasoso dissolve no ferro líquido)
C + O CO (Carbono dissolvido reage com o oxigênio dissolvido)
No equilíbrio termodinâmico, DG = 0, e portanto
DG0 = -RT ln [Pco/(%C x % O)]
Assumindo Pco = 1 atm, tem-se que para uma temperatura fixa, DG0 
está definido, e portanto 
%C x % O é uma constante.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
% C
%
 O
2
➢A 1600 0C 
% C x % O = 0,0025
d) Medição de temperatura e retirada de amostras
Assim que o sopro é 
interrompido o conversor é 
basculado para posição 
horizonta, a fim de se medir a 
temperatura e retirar amostras 
de aço e escória. Se a 
composição química e a 
temperatura correspondem ao 
especificado o conversor é 
basculado no sentido contrário 
para vazamento da corrida na 
panela de aço.
e) Vazamento do aço
O processo L.D. é oxidante, e portanto o aço 
a ser vazado precisa ser desoxidado. Isto é feito 
durante o vazamento para a panela, por meio de 
Alumínio e/ou Silício, jogados diretamente no jato de 
aço através de calhas direcionais. Durante o 
vazamento são adicionados ainda as ferro-ligas, que 
irão conferir ao aço certas características desejadas. 
Esse material é adicionado através da mesma calha 
direcional mencionada acima.
 O tempo de vazamento deve ser controlado, 
para minimizar a passagem de escória para panela, 
evitar oxidação excessiva do metal pelo ar bem 
como perdas elevadas de temperatura, de maneira a 
permitir uma produtividade adequada.
f) Vazamento da escória
Após o vazamento do aço o 
conversor é basculado 
completamente para o lado de 
carregamento e a escória é vazada no 
pote, pela sua boca, e ele volta à 
posição inicial de carregamento, 
reiniciando o ciclo.
 A panela de aço, após medição 
de temperatura, é encaminhada para 
as máquinas de lingotamento 
contínuo ou para o lingotamento 
convencional.
Processo L.D. - Noções do Controle de Processo
 A finalidade do controle de processo é a obtenção, no final do 
sopro, do peso de aço visado, na temperatura e com a composição 
química desejadas. 
 Para isso são utilizadas várias técnicas, com distintos graus de 
refinamento, dependendo das condições locais e opções técnico-
econômicas.
 Controle mais simples: é efetuado pelo soprador, que se apoia 
apenas na sua experiência pessoal, e na observação visual da 
chama para a avaliação do teor de C e temperatura, e a definição 
das medidas a serem adotadas para a interrupção do sopro no 
momento adequado.
Processo L.D. - Noções do Controle de Processo
 Mais comumente utiliza-se um modelo matemático que pode ser 
mais ou menos complexo, abrangendo número variável de 
parâmetros, e que fornece ao soprador subsídios para a condução 
do sopro. 
 Esses modelos são classificados genericamente em estáticos, 
quando os cálculos são realizados a partir de dados levantados do 
início do sopro; e dinâmicos, quando utilizam informações 
colhidas durante o sopro e determinam ações corretivas.
Esquema de uma sublança para controle dinâmico
Filosofia do controle dinâmico por sublança
Metalurgia secundária do aço 
ou Refino Secundário
➢O tratamento do aço na panela é uma prática comum nas aciarias.
➢Reduz custos ao utilizar o forno elétrico como equipamento de fusão 
rápida.
➢O ajuste final de composição química e de temperatura feito na panela.
 
➢Algumas reações metalúrgicas ocorrem de maneira mais eficiente na 
panela.
➢ Principais equipamentos de metalurgia secundária: 
➢ Forno panela
➢ Desgaseificadores
 
Refino secundário
➢ O tratamento secundário do 
aço líquido é feito em 
panelas de manutenção e 
transporte. 
➢ Nessas operações pode-se 
tirar a escória, aquecer 
eletricamente ou através de 
tochas de plasma, resfriar o 
banho através da adição de 
sucata fria, injetar pó ou 
arame metálico ou ainda 
promover agitação pelo 
borbulhamento de gás ou 
agitação magnética.
A maneira mais simples de 
Refino secundário
Equipamentos especiais transformam o aço bruto naquele especificado pelo 
cliente
Metalurgia secundária e inclusões 
➢ O oxigênio, o enxofre, o fósforo e o nitrogênio formam 
compostos como óxidos, sulfetos, fosfatos e nitretos, 
denominados inclusões, que podem permanecer 
dentro dos aços, e que quase sempre são prejudiciais 
para as propriedades mecânicas do aço
➢ As inclusões diminuem a plasticidade e a tenacidade, 
favorecendo a formação de trincas e de defeitos 
superficiais. 
➢ O hidrogênio,pode em certas condições causar o 
aparecimento de trincas internas no aço.
➢ Daí a importância da eliminação das impurezas 
oxigênio (O), enxofre (S), nitrogênio (N), hidrogênio (H) 
e o fósforo (P). 
➢O lingotamento contínuo consiste no vazamento do 
aço líquido em um pequeno molde vertical de cobre 
refrigerado e na extração simultânea da casca 
solidificada que contém aço líquido em seu interior. 
Lingotamento contínuo de aço
➢O molde é feito de cobre - metal de alta 
condutividade térmica – refrigerado com 
água e oscila verticalmente para evitar 
adesão da casca solidificada ao molde. 
➢O tarugo é suportado por vários rolos guia 
em seu movimento de descida para evitar 
que a pressão ferrostática do líquido dobre a 
casca. 
➢Dependendo da seção transversal da placa 
ou do tarugo e da velocidade de 
lingotamento, a zona de resfriamento 
secundário pode ter de 10 a 40 metros de 
extensão. 
➢Ao passar pelo último rolo de sustentação o 
tarugo entra em uma mesa de saída e é 
cortada, ainda em movimento, por tochas 
oxi-acetilênicas.
Lingotamento contínuo
Perfís obtidos por lingotamento contínuo
Placas de Aço
Obtenção de Ferro e Aço
em usinas semi-integradas
- Redução direta de minério de ferro seguida de 
fusão em fornos elétricos
-
A partir de sucata de ferro e aço: 
Usinas semi integradas (mini mills):fusão de sucata 
em forno elétrico 
Usinas semi-integradas
Forno elétrico
➢25% da produção mundial de aço 
é feita em forno elétrico. 
➢Arco elétrico de elevada corrente 
para fundir e obter aço líquido.
 
➢Controle mais acurado da 
temperatura do banho, 
➢A maior parte da carga dos 
fornos elétricos é constituída de 
sucata de aço. A qualidade da 
sucata tem influência direta na 
qualidade do aço produzido. 
Forno Elétrico (fusão)
Fluxograma da Metalurgia Primária
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5: Produtos do Alto-Forno
	Slide 6: Reações
	Slide 7: Carregamento
	Slide 8: Topo- Duplo cone
	Slide 9: Topo sem cone- calha rotativa-Paul Wurth
	Slide 10: Sistema de gases
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13: Arranjo das ventaneiras no interior do forno e detalhes internos. 
	Slide 14: Ventaneira com lança de injeção
	Slide 15: Operação de abertura e fechamento do furo de gusa 
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18: Avaliação da Performance do Alto-Forno 
	Slide 19: Vida Útil Elevada
	Slide 20: produtividade
	Slide 21: consumo de combustível
	Slide 22: Qualidade Adequada
	Slide 23: operação do alto-forno
	Slide 24: Fabricação de aço
	Slide 25: Processos de produção de aço 
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28: Pré-tratamento do gusa
	Slide 29: Processo LD (BOF) 
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36: Processo LD (BOF)
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42: Reação carbono-oxigênio
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47
	Slide 48
	Slide 49: Esquema de uma sublança para controle dinâmico
	Slide 50: Filosofia do controle dinâmico por sublança
	Slide 51
	Slide 52
	Slide 53
	Slide 54: Refino secundário Equipamentos especiais transformam o aço bruto naquele especificado pelo cliente
	Slide 55
	Slide 56
	Slide 57
	Slide 58
	Slide 59
	Slide 60
	Slide 61
	Slide 62
	Slide 63
	Slide 64: Usinas semi-integradas
	Slide 65
	Slide 66
	Slide 67: Fluxograma da Metalurgia Primária