A fabricação do aço

Um pouco sobre o ferro

Os principais minérios de ferro são: hematita (Fe2O3), limonita (Fe2O3.2H2O), magnetita (Fe3O4), dentre outros. Os sulfetos de ferro, como a pirita (FeS2), são abundantes na natureza, mas não servem para a extração e produção do ferro, pois o enxofre é um dos elementos mais prejudiciais às propriedades do ferro e do aço.

A extração ou metalurgia do ferro e de suas ligas recebe o nome de siderurgia. Os principais produtos siderúrgicos são:

ferro gusa: liga de ferro com 2% a 5% de carbono, além de impurezas como Mn, Si, P, dentre outros;
ferro fundido: liga de ferro com de 2% a 5% de carbono, mas com quantidades de impurezas menores que o gusa;
aço, aço comum, aço-carbono: liga de ferro com de o,2% a 1% de carbono e baixa concentração de impurezas (Mn, Si, P, S, dentre outros);
aço doce: aço que contém menos de 0,2% de carbono;
aços-liga: aços que contém outros elementos químicos e que apresentam quantidades especiais.

A produção do ferro e suas ligas começou na pré-história (Idade do Ferro) e cresceu muito a partir de 1750, quando teve início a era da industrialização. Atualmente o processo siderúrgico começa, via de regra, pela produção do gusa, nos chamados altos-fornos.

Um pouco de história

O ferro se combina tão fortemente com o oxigênio, que é preciso temperaturas muito altas – mais de 1.000 °C – para separá-lo do minério de ferro. Na pré-história (período que os historiadores definem como sendo anterior à escrita), com fogueiras e fornos comuns, tais temperaturas eram muito difíceis de serem alcançadas.

O bronze – liga de cobre e estanho – já era obtido há cerca de 5.300 anos, mas o ferro só pôde ser obtido mais tarde, com o aperfeiçoamento de fornos com os quais se obtinham temperaturas mais altas (basicamente com mecanismos, como o fole, que sopravam o ar no meio do fogo).

Melhorias subseqüentes possibilitaram a produção de pequenas quantidades de aço. Com a invenção do alto-forno na Idade Média, uma quantidade maior de aço pôde ser fabricada e utilizada principalmente em armas, como espadas, e em armaduras e escudos. O processo industrial de obtenção do aço ocorreu no século XIX, aumentando enormemente a quantidade fabricada e barateando o produto final.

Etapas da produção do aço

PREPARAÇÃO DA CARGA

A carga é levada por caçambas e introduzida na parte superior do alto-forno e é formanda fundamentalmente por: minério de ferro, carvão coque (queima produzindo o calor necessário ao funcionamento do forno, e produz também o CO que é o principal redutor do minério de ferro), fundente (considerando que as impurezas do minério de ferro são, em geral, sílica (SiO2) e silicatos de difícil fusão, usa-se como fundente o calcário (CaCO3). O produto da reação, o CaSiO3, irá formar a escória, que será retirada na parte inferior do forno.

ALTO-FORNO

As impurezas presentes no minério de ferro são removidas com seu
aquecimento -juntamente com carvão mineral e outras substâncias – em altoforno. O alto-forno é um forno especial com revestimento para resistir a altas
temperaturas – a mais de 1200 °C Desse processo de aquecimento resulta o ferro-gusa – usado na produção do aço – e a escória, constituída de impurezas que são removidas (podendo ser usadas na fabricação de cimento).

REFINO: FERRO GUSA

Pela parte inferior, são escoados, a cada 4 ou 5 horas, em primeiro lugar a escória (que é utilizada para pavimentação ou fabricação de cimento) e, em segundo lugar o ferro-gusa. O ferro-gusa é aquecido em um forno chamado conversor. A injeção de oxigênio ajuda a eliminar
as impurezas restantes. Outras substâncias são acrescentadas para conferir propriedades. Ao fim do processo é produzido o aço na forma líquida.

LINGOTE

O aço refinado é transportado à unidade de lingotamento contínuo e ali vazado em um distribuidor com diversos veios. Em cada veio, o aço líquido passa por moldes de resfriamento para solidificar-se no formato conveniente para a laminação.

LAMINAÇAO

Na laminação o lingote de aço passa por entre dois cilindros que o comprimem para reduzira espessura da peça de modo semelhante ao que ocorre nas máquinas de preparo de massa para pastéis.

USOS DO AÇO

Diversas indústrias transformam os produtos das
siderúrgicas para ser aplicados na construção civil
ou em objetos presentes no nosso dia-a-dia.

As características do aço comum

Porcentagem do carbono – aços com teores baixos de carbono são mais maleáveis e dúcteis; aços com mais carbono são mais duros e tenazes.
Tratamento térmico – é o aquecimento seguido de resfriamento do aço, com intensidades e velocidades variáveis; isso altera as propriedades do aço, pois modifica sua estrutura cristalina.

Dois exemplos de tratamento térmico importantes são:

têmpera: é o aquecimento seguido de resfriamento rápido do aço, com esse tratamento, o aço fica mais “duro”, porém mais “quebradiço”.
recozimento: é o aquecimento seguido de resfriamento mais lento do aço, com isso ele fica mais elástico, porém menos “duro”.