O documento descreve os processos de produção de ferro e aço, incluindo: (1) a coqueificação para produzir coque para o alto-forno; (2) o alto-forno, que usa coque para produzir ferro gusa a partir de minério de ferro; (3) o tratamento do gusa e a produção de aço no conversor LD ou forno elétrico. O aço é então lingotado e laminado em chapas ou perfis.

1. Ferro Primário
Fontes de Ferro
5mm<Pelotas<18mm 5mm<Sinter<50mm 6mm< Minério <40mm
granulado
Em detalhe

2. Coqueria
 O coque é o produto sólido da destilação de uma
mistura de carvões realizada em torno de 1100oC
em fornos chamados coquerias.
 A destilação dá origem aos produtos carbo-
químicos (gases, vapores condensáveis, benzol,
alcatrão, etc) que são comercializados pelas
siderúrgicas. O gás de coqueria é um importante
insumo para a própria usina.
 O processo de coqueificação consiste no
aquecimento do carvão mineral na ausência da ar.

3. Coqueria
O Papel do Coque no Alto Forno
 Fornecer o calor necessário às necessidades
térmicas do processo;
 Produzir e "regenerar" os gases redutores;
 Carburar o ferro gusa;
 Fornecer o meio permeável nas regiões inferiores
do forno onde o restante da carga está fundida ou
em fusão.

4. Coqueria
Detalhes do processo
Típica Bateria de coqueificação
Coque incandescente
pronto para ser descarregado

5. Produção de ferro primário
ALTO FORNO é um processo de redução em
forno de cuba para a produção de metal líquido
(gusa) a partir de pelotas, sinter, minério
granulado e coque.

6. Alto Forno
O alto forno é um forno de cuba que é operado em
regime de contra corrente.
No topo do forno o coque, calcário, e o material
portador de ferro (sinter, pelotas e minério granulado)
são carregado em diferentes camadas.
A carga sólida, alimentada pelo topo, desce por
gravidade reagindo com o gás que sobe.
Na parte inferior do forno o ar quente (vindo dos
regeneradores) é injetado através das ventaneiras.
Em frente as ventaneiras o O2, presente no ar, reage
com o coque formando monóxido de carbono (CO)
que ascende no forno e reduz o óxido de ferro
presente na carga que desce em contra corrente.

7. Alto Forno
John A. Ricketts, Ispat Inland, Inc.

8. Alto Forno
Minério
Coque
Zona
Granular
Zona
de Amolecimento
e Fusão
Zona
de Coque Ativa
Camada
em Amolecimento
Zona
e Fusão
de Coque
Estagnado Zona
de Combustão
Cadinho
Zona de
Gotejamento

9. Alto Forno
A matéria prima requer de 6 a 8 horas para alcançar
o fundo do forno (cadinho) na forma do produto final
de metal fundido (gusa) e escória líquida (mistura
de óxidos não reduzidos). Estes produtos líquidos
são vazados em intervalos regulares de tempo.
Os produtos do alto forno são o gusa (que segue
para o processo de refino do aço), a escória
(matéria-prima para a indústria de cimento), gases
de topo e material particulado.
Uma vez iniciada a campanha de um alto forno ele
será operado continuamente de 4 a 10 anos com
paradas curtas para manutenções planejadas.

10. Alto Forno
Reações químicas típicas do Alto Forno
Processo Temperatura (°C) H (kJ/Kmol)
Evaporação da umidade 100 + 6,490
Remoção da água de hidratação 120 - 300 + 7,955
Remoção do CO2: 3 MnCO3  Mn3O4+CO2+CO > 525 + 363,791
3 FeCO3  Fe3O4+CO2+CO 380 - 570 + 236,973
FeCO3  FeO+CO2 > 570 + 112,206
Redução do Fe2O3 a Fe3O4: 3Fe2O3+CO  Fe3O4+CO2 400 - 550 - 52,854
Remoção do CO2: MgCO3  MgO+CO2 400 - 500 + 114,718
. .
MgCO3 CaCO3  MgO CaO+CO2 400 - 750 + 304,380
Decomposição do CO: 2CO  CO2+C 450 - 600 - 172,467
Redução do Fe3O4 a FeO: Fe3O4+CO  3FeO+CO2 570 - 800 + 36,463
Remoção do CO2: CaCO3  CaO+CO2 850 - 950 + 177,939
Redução do FeO a Fe: FeO+CO  Fe+CO2 650 - Ts - 17,128
Reação de Boudouard: CO2+C  2CO > 900 + 172,467
Fusão da escória primária 1100 + 921,1 (kg slag)
Dissolução do CaO na escória primária 1250 + 1046,7 (kg Fe)
Combustão do Ccoque: Ccoque+O2  CO 1800 - 2000 - 406,120
2Ccoque+CO2  2CO 2000 - 1450 + 172,467
Ccoque+0.5O2  CO 1550 - 116,83

11. Pré-tratamento do gusa
De forma a maximizar a produtividade do Conversor
LD ou Forno Elétrico a Arco (FEA) e minimizar os
custos de refino é importante executar um pré-
tratamento do gusa antes da fase de refino.
O pré-tratamento do gusa inclui:
- remoção de enxofre
- remoção de Silício
- remoção de fósforo
- processos para redução do teor de Va, Cr, Ti e Mn

12. Produção do Aço Líquido
A produção do aço líquido se dá através da oxidação
controlada das impurezas presentes no gusa líquido
e na sucata.
Este processo é denominado refino do aço e é
realizado em uma instalação conhecida como
aciaria.
O refino do aço normalmente é realizado em
batelada:
- Aciaria a oxigênio – Conversor LD (carga
predominantemente líquida).

13. Conversor LD
Responsável por cerca 60% da produção de aço
líquido mundial.
Processo industrial teve início em 1952, quando o
oxigênio tornou-se industrialmente barato.
Permite elaborar uma enorme gama de tipos de
aços, desde o baixo carbono aos média-liga.

14. Conversor LD

15. Conversor LD

16. Aciaria Elétrica
 Processo industrial começou no início do século XX.
 Inicialmente, o forno elétrico era considerado
sobretudo como um aparelho para a fabricação de
aços especiais, inoxidáveis e de alta liga.
 Atualmente, ele tem sido cada vez mais utilizado na
fabricação de aço carbono.
 Processo reciclador de sucata por excelência; não
há restrição para proporção de sucata na carga.
 A participação do aço elétrico no mundo vem
crescendo substancialmente nas últimas décadas.

17. Aciaria Elétrica

18. Metalurgia de Panela
Após o refino, o aço ainda não se encontra em
condições de ser lingotado. O tratamento a ser feito
visa os acertos finais na composição química e na
temperatura. Portanto, situa-se entre o refino e o
lingotamento contínuo na cadeia de produção de
aço carbono.
Desta forma o FEA ou o conversor LD pode ser
liberado, maximizando a produção de aço.
- Forno de panela
- Desgaseificação

19. Forno Panela
As seguintes operações podem ser executadas:
- Homogeneização do calor;
- Ajuste da composição;
- Ajuste da temperatura do aço;
- Desoxidação – remoção do oxigênio residual do aço
e cria condições termodinâmicas para a adição de
elementos de liga (os desoxidantes mais comuns são
ferro-ligas, escolhidos em função do aço a ser
fabricado (FeMn, FeSiMn) e Alumínio.
- Desulfuração;
- Desfoforação

20. Forno de Panela
Forno na metalurgia de panela

21. Lingotamento
Toda a etapa de refino do aço se dá no estado
líquido. É necessário, pois, solidificá-lo de forma
adequada em função da sua utilização posterior.
O lingotamento do aço pode ser realizado de três
maneiras distintas:
- DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
- INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira pela sua base;
- CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para
um molde de cobre refrigerado à água.

22. Lingotamento Contínuo

23. Lingotamento Contínuo
 O lingotamento contínuo é um processo pelo qual o
aço fundido é solidificado em um produto semi-
acabado, tarugo, perfis ou placas para subseqüente
laminação.
 Antes da introdução do lingotamento contínuo, nos
anos 50, o aço era vazado em moldes estacionário
(lingoteiras).
Seções possíveis
no lingotamento
contínuo (mm)

24. Conformação
 A grande importância dos metais na tecnologia
moderna deve-se, em grande parte, à facilidade com
que eles podem ser produzidos nas mais variadas
formas, para atender a diferentes usos.
 Os processos de fabricação de peças a partir dos
metais no estado sólido podem ser classificados em:
- Conformação Mecânica: volume e massa são
conservados;
- Remoção Metálica ou Usinagem: retira-se material
para se obter a forma desejada;

25. Conformação
 Os processos de conformação mecânica podem ser
classificados de acordo com o tipo de força aplicada
ao material:
- Compressão direta: Forjamento, Laminação;
- Compressão indireta: Trefilação, Extrusão,
- Trativo: Estiramento;
- Dobramento: Dobramento;
- Cisalhamento: Corte.

26. Tipos de Conformação
 Extrusão: Processo no qual um bloco de metal tem
reduzida sua seção transversal pela aplicação de
pressões elevadas, forçando-o a escoar através do
orifício de uma matriz.
 Trefilação: Processo que consiste em puxar o metal
através de uma matriz, por meio de uma força de
tração a ele aplicada na saída dessa mesma matriz.

27. Tipos de Conformação
Forjamento: Processo de transformação de metais por
prensagem ou martelamento (é a mais antiga forma de
conformação existente).
 Laminação: Processo de deformação plástica no qual
o metal tem sua forma alterada ao passar entre rolos e
rotação. É o de maior uso em função de sua alta
produtividade e precisão dimensional. Pode ser a quente
ou a frio.

28. Tipos de Conformação
Forjamento
Laminação
Dobramento
Extrusão
Trefilação
Matriz 
Embutimento
Estiramento Profundo Cisalhamento

29. Lingotamento e Laminação