CAP.1 EVOLUÇÃO DA SIDERURGIA (1)

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CAPÍTULO -1: EVOLUÇÃO DA SIDERURGIA
1.1- Introdução:
Não se sabe bem ao certo a origem da Siderurgia, juntamente com a invenção das primeiras armas e implementos agrícolas. Muitos defendem a hipótese de que o homem descobriu o ferro no Período Neolítico (Idade da Pedra Polida), por volta de 6.000 a 4.000 anos A.C, e isto teria surgido por acaso. Talvez, o primeiro metal tenha surgido, quando as pedras de minério de ferro que circundavam as fogueiras para aquecer as cavernas do período Neolítico, foram reduzidas a metal pelo calor e em contato com a madeira carbonizada. Vários vestígios do ferro foram encontrados ao longo dos anos, como por exemplo:
a) Na Groelândia, descobriram facas primitivas feitas de pedaços de meteoritos.
b) No Egito, foram encontradas ferro nas Tumbas de El-Gezirah ( 4000 a.c ).
c) Na Assíria, foram encontrados restos de barras de ferro, nas ruínas de Ur, que confirmam a existência de Comércio do metal na época.
d) No século VI, antes de cristo, Nabucodonosor fez construir os portões da Babilônia com pilares e vigas cobertas de cobre e reforçadas com ferro.
1.2- Os Primeiros Fornos Siderúrgicos:
a) Fornos Fechado ou tipo Lupa
Dentre todos os modelos de fornos mais primitivos, os fornos de lupa são considerados os mais importantes. Estes fornos surgiram por volta do século quatro antes de Cristo. Restos de fornos de lupa para o processo direto de obtenção de ferro, datando de 400 a.C., foram encontrados em Kestor, na Inglaterra. Estes pequenos fornos mediam 38 cm de comprimento, 25 cm de largura e 15 cm de altura. 
Figura 1.1 - Figura 1 - Forno tipo Lupa ou Fechado.
 Fonte: Chiaverini (1986)
Nestes fornos rudimentares, o monóxido de carvão formado durante a combustão do carvão de madeira retirava o oxigênio do minério e deixava o ferro ligado a um pouco de carbono. Como a temperatura raramente atingia 1200-1300°C fundiam-se as escórias formadas com a ganga do minério, porém, o produto metálico, que era obtido em estado pastoso e que o fundidor, com uma vara metálica, ia juntando no fundo do cadinho. 
b) Forja Catalã
Após a queda do Império Romano, desenvolveu-se na Espanha a Forja Catalã, que veio a dominar todo o processo de obtenção de ferro e aço durante a Idade Média, espalhando-se notadamente pela Alemanha, Inglaterra e França. Desde o século VI ao século X, em pequena escala, depois sobretudo do século XI ao século XIII, a obra de "colonização" agrícola e de aproveitamento da terra foi sendo realizada. Contudo, esses esforços só conseguem um fraco rendimento, pois a técnica continua ainda sendo primitiva. 
 
A forja Catalã foi o processo intermediário entre os fornos de lupa e os alto-fornos que são utilizados até hoje, conforme apresentado na figura 1.2. A forja catalã diferencia basicamente pela inovação baseada na “coelheira moderna”, uma invenção do século X, onde o cavalo tem a garganta completamente livre e pode com toda a liberdade tomar a posição mais favorável ao seu esforço. Esta técnica, de extraordinária importância, foi acompanhada por uma série de aperfeiçoamentos ou de inovações que melhoraram e aumentaram os seus efeitos, figura 1.3.
Figura 1.2 - Reconstituição de uma Forja Catalã.
 Fonte: Chiaverini (1986)
Figura 1.3 - Forja catalã acionada por foles manuais. (idade média)
 Fonte: Chiaverini (1986).
O primeiro passo importante, para obtenção de quantidades maiores de aço, resultou do aparecimento dos foles acionados mecanicamente por servos ou por juntas de cavalos. Os primeiros fornos responsáveis por este avanços foram os Stueckofen (Alemanha) e os Steiermark (Áustria) por volta do ano de 1400 D.C. Estes Fornos eram construídos em alvenaria e com a forma de dois troncos de cone justapostos pela base, conforme apresentado na figura 1.4.
Figura 1.4 - Stueckofen, em alvenaria de pedra, 1440.
 Fonte: Chiaverini (1986)
1.3 - Mudança do Processo Direto x Processo Indireto (Gusa)
Por volta de 1444, houve uma importante mudança tecnológica, ou seja, transição do processo direto para o processo indireto de obtenção do aço. As temperaturas mais elevadas permitiram que ferro absorvesse mais carbono do carvão-de-madeira, transformando em gusa e saindo do forno em estado líquido.
Depois da obtenção do Ferro gusa, tornou-se possível transforma-lo em aço, e portanto, torna-lo capaz de ser forjado, ao refundi-lo em forno de soleira. (similar à forja Catalã).
 
Processo: Com o excesso do oxigênio quando o ferro gotejava através das camadas de carvão de madeira em contra-corrente com o ar soprado. Assim, o carbono, o manganês e o silício eram removidos pela oxidação. O ferro purificado, juntamente com a escória, era coletado no fundo do forno e a massa esponjosa resultante era martelada para compactá-la e expelir escória. (nasce a técnica da fundição)
Outras inovações surgiram, melhorando assim a produção do ferro, como por exemplo, o uso da roda d’água (acionamento hidráulico) para movimentação dos foles e os fornos passaram a ser construídos junto a um buraco, facilitando assim o seu carregamento (carrinho de mão) o que contribuiu ainda mais para um aumento na produção do ferro gusa, conforme representação esquemática na figura 1.5.
Figura 1.5 - Alto forno de 1640, com acionamento hidráulico.
 
Na América foi construído o primeiro alto forno em 1621, mas infelizmente não chegou a ser operado devido aos inúmeros ataques dos índios que destruíram o alto forno e mataram John Berkeley e seus ajudantes. 
Somente em 1646, as margens do Rio Saugus perto de Lynn (Massachussets) é que correu finalmente o gusa em terras americanas, de um alto forno, com foles acionados por roda d’água, conforme ilustrado na figura 1.6.
Figura 1.6 - Alto- Forno Americano do Século XVII. Acionados por uma Roda d’água.
 
1.3.1 - As Primeiras Fábricas de Ferro
A escolha ideal para se construir uma fábrica de Ferro naquela época, dependia de vários fatores:
1ª - Obtenção do Minério;
2ª - Combustível (madeira);
3ª - Rios e Riachos (Foles, Martelos e Fieiras)
 1.3.2 - Os Primeiros Problemas
a) Demanda de madeiras (devastação das florestas - Grã Bretanha -1543);
b) Proibição do corte em 1558 (Restrições ao corte);
c) Preço da madeira triplicou entre 1558 e 1630 (importar ferro da Suécia e Rússia).
1.4 - O Primeiro Gusa Fabricado com Coque
A utilização de coque como combustível deu-se no início do século XVIII com o inglês Abraham Darby, que após alugar um alto-forno a carvão vegetal em 1708, começou a produzir o ferro-gusa a partir do coque em 1709. Durante 10 anos, coque era misturado a carvão vegetal, numa proporção crescente, até que em 1718 o gusa era totalmente produzido a partir do coque como combustível. 
O coque (carvão desidratado, na coqueria) é o material resultante do processo de coqueificação do carvão, que consiste basicamente no aquecimento à altas temperaturas, em ausência de ar, de uma massa de carvão com características aglutinantes, liberando assim um certo número de produtos voláteis e gerando um resíduo sólido, poroso, carbonoso e de alta resistência mecânica. Inicialmente, o uso de coque como combustível não se difundiu significativamente por dois motivos: 
1º - Devido ao alto enxofre (o ferro produzido era quebradiço);
2º - Não publicação por Darby de seu uso durante muitos anos.
O uso de coque permitiu aumentos significativos de produção. Por ser mais resistente, o coque permitia carregar maior quantidade de minério, resultando na construção de fornos maiores, além do que o leito formado pelo coque otimizou a permeabilidade do leito para os gases, permitindo-se soprar mais e melhorar os índices de produção.
A partir de 1784, graças aos bons resultados dos trabalhosde pudlagem feitos por Henry Cort, houve uma ampla difusão da utilização do coque.
* Ferro Pudlado: é um produto siderúrgico obtido no estado pastoso com numerosas partículas de escória em virtude de seu processo particular de fabricação: vazado em moldes e depois "pudlado", quer dizer, agitado ao ar por meio de barras, para a redução do teor de carbono, com consequente formação do aço.
 
Somente a disseminação do processo de pudlagem, já conhecido há muito tempo e que adquiriu novo impulso (Henry Cort em 1874) permitiu mudança nesta convicção, teve o mérito haver contribuído com dois importantes melhoramentos:
1º Ter desenvolvido comercialmente o forno de Pudlagem;
2º Ter inventado a laminação de ferro de pacote, em pequenos pedaços de sucata. 
Em 1783, Henry Cort tirou patente dos primeiros laminadores, usando cilindros com entalhes (caneluras) para produção de redondos e barras.
1.5 - Evolução dos Processos Siderúrgicos
A partir das primeiras utilizações com sucesso dos altos-fornos à coque, as maiores evoluções, que resultaram em saltos de escala de produção, economia de combustível, índices de produtividade, outras técnicas melhoraram ainda mais os processos Siderúrgicos: 
* 1780 - Os foles passaram a ser acionados por engrenagens movidas a vapor; 
* 1828 - Uso de ar pré-aquecido nas ventaneiras; 
* 1832 - Aproveitamento do poder calorífico dos gases de topo no pré-aquecimento do ar; 
* 1857 - Desenvolvimento dos trocadores de calor tipo Cowpers; 
* 1870 - Otimização dos sistemas de carregamento através do uso de elevadores à água, skips, etc;
* 1880 - Difusão de técnicas para proteção do revestimento interno dos fornos (refratários, tubos de refrigeração, painéis refrigerados, etc.);
* 1910 - Utilização de sopradores tipo turbo, ao invés de foles;
* 1910 - Primeira máquina de sinterização;
* 1917 - Primeira máquina para construção de tijolos refratário de qualidade;
* 1944 - Primeira patente para a injeção de finos pelas ventaneiras;
* 1950 - Otimização do sistema de controle dos fornos;
* 1951 - Enriquecimento de ar com oxigênio puro.
1.6 - Principais Avanços da Siderurgia
a) Descoberta do uso industrial do Vapor - Thomas Newcomen em 1711 (Máquinas para bombeamento nas minas de carvão)
 b) Máquina a vapor de dupla ação - James Wat em 1769 (mais tarde em 1780, sopradores acionados a vapor e em seguida o 1º laminador acionado por máquina a vapor).
 c) Preaquecimento do ar soprado - James Beaumont em 1828 (por meio de recuperadores tubulares) 
 
d) Regeneradores cheios de tijolos refratários e queimando o gás do próprio alto forno para elevar a temperatura do sopro.
 
e) O Processo Bessemer: O processo se caracteriza pela descarbonetação do gusa em um vaso em forma de pêra (muito semelhante aos fornos de cadinho) com uma tampa através da qual passava um tubo central de argila, para soprar o ar através do metal líquido.
f) O Forno Elétrico, descoberto por Wilhelm Siemens em 1878, teve que aguardar a possibilidade de geração de energia a preço mais baixo e desenvolvimento dos equipamentos elétricos.
g) A laminação de Chapas de Ferro - John Hanbury em 1728, na Inglaterra e em 1820 também na Inglaterra, laminaram-se pela primeira vez trilhos e pequenos perfilados,
i) Já em 1848 Zorès na França, projetou as primeiras vigas em I e em T, criando assim a indústria de estruturas de aço.
1.7 - Breve Histórico da Siderurgia no Brasil
No Brasil, a metalurgia do ferro foi iniciada logo após o descobrimento. O Padre Anchieta, já em 1554, relatava à corte de Portugal, as ocorrências de ferro e prata.
 
- A 1ª indústria do metal foi iniciada em 1587, por Afonso Sardinha, na serra de Cubatão, no Rio Jeribatuba, afluente do Rio Pinheiros, na antiga freguesia de Santo Amaro, perto de São Paulo.
- Em 1589, em Araçoiaba foram construídos dois pequenos fornos para produção de ferro com nosso minério.
- Já entre 1700 e 1756, nas missões Jesuítas, em Santo Ângelo, Rio Grande do Sul, fundadas pelo Padre Austríaco Antônio Sepp, fabricaram-se cravos, ferraduras e utensílios.
- Mas em 5 de Janeiro de 1785, um alvará de D. Maria (a louca) proibia, de modo terminante, a existência de fábricas na Colônia.
- Em 17 de dezembro de 1812 (congonhas do Campo, na fazenda da fábrica) em um baixo forno tipo Sueco, fez a primeira corrida de gusa no Brasil. Esta fábrica chegou a contar com 8 fornos com 1,5 m de altura, produzindo “Ferro Coado”, conforme ilustrado na figura 1.7.
Figura 7 - Forno Sueco Osmud do tipo usado por Eschwege, em 1812.
 
Apenas em 1809, foi construído o primeiro alto forno, no país e que fundiu gusa líquido em dezembro de 1813. E Somente em 01 de novembro de 1818, ocorreu a primeira corrido do Gusa na “Real Fábrica de Ferro de São João de Ipanema ”, em Sorocaba-SP, conforme figura 1.8. 
 Figura 8 - Conjunto dos Altos-Fornos da Real Fábrica de Ferro de São João de Ipanema.
Além dos altos fornos da Real Fábrica de Ferro, havia também um baixo-forno em Caeté e em seguida 1825, uma forja do tipo catalã, na fábrica de ferro de S. Miguel de Piracicaba. Após a declaração da independência os fornos da Fazenda da Fábrica, do Morro do Pilar e de Ipanema, foram-se extinguindo, deixando de funcionar definitivamente em 1860.
- Devido à política econômica dos governos de Rio Branco e Conselheiro Saraiva, de 1874 a 1884, as indústrias metalúrgicas e mecânicas regrediam, não podendo lutar contra a concorrência dos produtos importados.
- Em 1888, foi fundada a Usina Esperança, perto de Itabira do Campo, sendo instalado um alto forno para 6 toneladas em 24 horas, e em seguida construíram outro pequeno alto forno de 15 toneladas de gusa por dia.
- Em 1892, a Cia. Forjas e Estaleiros, adquiria a Fábrica de Monlevade e a completou com martelos-pistões, produzindo em poucos anos, de 3 a 5 toneladas de ferro por dia
- Em 1905, a situação siderúrgica no Brasil era a seguinte:
* 2 Altos Fornos (somente um em atividade, produzindo 2100 toneladas anuais de gusa)
* 100 Forjas, produzindo 2000 toneladas anuais de ferro em barra
- Somente entre 1917 e 1930 é que se iniciou novo surto industrial. Em Sabará foi criada Cia. Siderúrgica Brasileira, com um alto forno moderno e que mais tarde (1922), com a cooperação com outros órgãos, se transformou-se na Companhia Siderúrgica Belgo-Mineira, instalando um forno Siemens-Martin e laminadores para perfilados e arames.
- Em 1942 (Volta Redonda), foi iniciada a construção da primeira usina siderúrgica a coque no Brasil, sendo que 1946 ocorreu a primeira corrida de gusa em alto forno a coque no Brasil.
- Em seguida, foram implantadas a Mannesmann em 1957, da COSIPA, Usiminas, Ferro e aço de vitória, e outros tantos marcos memoráveis na história do desenvolvimento da siderurgia no Brasil
1.7.1 - O Grande Progresso da Siderurgia no Brasil
Nas décadas de 70 e 80, progressos consideráveis foram conseguidos na preparação e beneficiamento de minérios:
* Peneiramento;
* Sínter auto-fluxante;
* Pelotização 
Ex: 1946: consumia-se cerca de 900 a 1000kg de coque / tonelada de gusa;
 1980: Consumia-se cerca de 550kg de coque/tonelada de gusa.
- Auto Forno:
* Injeção de óleo; 
* Injeção de Gás Natural ou de Carvão; 
* Pressão elevada; 
* Preaquecimento do ar; 
* Umidade controlada
 
- Uso do Oxigênio: 
* Conversor a oxigênio, LD-AC, 
* Kaldo; ( fornos rotativos )
* Rotor; (fornos rotativos )
* Fornos Siemens-Martin (básicos com lanças suspensas, resfriadas a água, para converter o gusa líquido em aço)
- Técnica de Vazamento:
* Lingotamento contínuo; (obtendo-se placas de 1500 mm de largura e 200 mm de espessura, além de outras máquinas para tarugos pequenos esboços de perfilados, molde curvo e etc...).
* Tratamento sob Vácuo; (Proporcionou a produçãode aços mais limpos e com menor consumo de desoxidantes, que são os principais causadores de inclusões, ao reagir com o oxigênio dissolvido no aço.)
* Lingotamento sob pressão (Permitiu-se obter placas mais uniformes com vazão e turbulência bem controladas ao forçar o metal líquido, através de um tubo, para a parte inferior de um molde de grafite, com o formato da placa desejável.)
- Automação:
* Seqüências de Laminação programadas; (laminador planetário, onde cada cilindro está em contato com o material pouco mais de um centésimo de segundo, e outras inovações). 
* Computadores;
* Uso de raio Gama e raio X, (verificação de possíveis defeitos – qualidade do produto acabado.)
* Tensiômetros Controladores (Automação em geral)
 
1.7 - Alguns indicadores da Siderúrgia Mundial e do Brasil
Tabela 1.1 - Maiores Produtores de aço Bruto – 2003-2013
	Discriminação
	AÇO BRUTO (milhões ton)
	Países
	2003
	2012
	2013
	1º - China
	220.000
	779.000
	731.000
	2º - Japão
	111.000
	107.000
	110.600
	3º - Estados Unidos
	93.700
	88.700
	86.900
	4 - India
	31.800 (8º)
	77.300
	81.200
	5º - Rússia
	62.700
	70.400
	68.700
	6º - Coréia do Sul
	46.300
	42.700
	42.600
	7º - Alemanha
	-
	42.700
	42.600
	8º - Turquia
	-
	35.900
	34.700
	9º - Brasil
	31.150
	34.500
	34.200
	10º - Ucrânia
	-
	33.000
	32.800
	Outros:
	173.450
	-
	-
	TOTAL:
	962.000
	1.548.184
	1.660.000
Fonte: Produção mundial: USGS-United States Geological Survey (Mineral Commodity Summaries – 2005) e Word Steel: (Fonte: 2013)
Tabela 1.2 - Produção Nacional-2004
	Discriminação
	AÇO BRUTO 103 t (p)
	Empresas
	2004
	%
	Gerdau-Açominas
	7.285,5 
	22,1%
	CSN
	5.518,1 
	16,8%
	CST
	4.957,9 
	15,1%
	Usiminas
	4.737,6 
	14,4%
	Cosipa
	4.214,7 
	12,8%
	Belgo-Mineira
	3.253,5 
	9,9%
	Acesita
	835,8 
	2,5%
	Açoa Vilares
	815,9 
	2,5%
	V&M Do Brasil
	610,6 
	1,9%
	Outras
	2.000 
	2,0%
	TOTAL:
	32.918,4 
	100%
	*Estado de MG
	12.179,81 
	37,0 %
	*Estado do RJ
	7.406,64 
	22,5 %
	*Outros Estados
	13.331,95 
	40,5 %
	TOTAL: 
	32.918,4 
	100%
Fonte: Produção brasileira: Secretaria de Minas e Metalurgia–SMM/Ministério de Minas e Energia-MME e IBS-Instituto Brasileiro de Siderurgia
Tabela 1.3 - Maiores Produtores de Ferro-Gusa - 2004
	Discriminação
	FERRO-GUSA103 t (p)
	Países
	2003
	2004
	%
	1-China
	202.000
	242.000
	34,4
	2-União Européia
	89.600
	111.000
	15,8
	3-Japão
	82.100
	82.800
	11,8
	4-Rússia
	48.400
	50.200
	7,1
	5-Estados Unidos
	40.600
	40.800
	5,8
	6-Brasil 
	32.036
	34.579
	4,9
	7-Ucrânia
	29.600
	30.800
	4,4
	8-República da Coreia
	29.500
	27.500
	3,9
	9-India
	25.000
	25.100
	3,6
	Outros Países
	68.164
	58.221
	8,3
	TOTAL:
	647.000
	703.000
	100,0 %
Fonte: Produção mundial: USGS-United States Geological Survey (Mineral Commodity Summaries – 2005) 
Produção brasileira: Secretaria de Minas e Metalurgia–SMM/Ministério de Minas e Energia-MME e IBS-Instituto Brasileiro de Siderurgia ( p) - dados preliminares
Produção de Aço Bruto = Aço em Lingotes + Produtos de Lingotamento Contínuo + Aço para Fundição.
Tabela 1.4 - Maiores Produtores de Ferro-Gusa no Brasil - 2016
IBRAM – Estimativa - 2012
Tabela 1.5 - Produção Siderúrgica Brasileira 2015/2016.
Tabela 1.6 - Produção de Aço Bruto por processo no Brasil 2012/2013.
Tabela 1.7 - Produção Regional - Brasil 2013.
Tabela 1.8 - Produção Mundial Aço Bruto 2012/2013.
Tabela 1.9 - Produção de Aço Bruto da América Latina 2012/2013.