Marco Antônio de Morais Alcantara
Como produtos siderúrgicos compreendemos aqueles que são obtidos da metalurgia do Ferro e as suas ligas. Dentre os materiais nós podemos compreender o aço doce, o aço, e o ferro fundido. Estes são marcados pelos seus teores de carbono e de suas propriedades, as quais são conferidas ainda pelos tratamentos que eles recebem.
Na Figura 1 apresentamos uma visão geral da trajetória do material até que ele se torne um produto siderúrgico, privilegiando-se o caso do aço.
Figura 1: Trajetória da produção do produto siderúrgico
A fabricação dos produtos siderúrgicos inicia-se na extração e na preparação da matéria prima, a qual passa pela concentração, classificação pelo tamanho, lavagem com jato d'água e sinterização. A última justifica-se pela concentração, aglutinação, com a formação de "pelotas" dentro de uma granulometria adequada.
No alto forno, ilustrado na Figura 2, são iniciadas as ações que conduzirão a formação do produto de ferro, com a sua separação das impurezas. O minério é disposto com material combustível (carvão) e fundente (cal); é levado a fusão em temperaturas de aproximadamente 12000C.
No alto forno ocorre a marcha de aquecimento, a entrada de material, pela "boca" ou "goela", a redução do ferro e a saída de materiais. Como produtos iniciais no alto forno, têm-se o ferro-gusa, e a escória sobrenadante. A escória é recolhida para outras formas de aproveitamento, como por exemplo, na fabricação de cimentos, e o ferro-gusa é recolhido do cadinho para posterior refinamento.
Figura 2: O alto-forno siderúrgico
No processo ocorre a formação de gases, os quais normalmente são recolhidos, regenerados e retornam ao ao alto forno por meio dos "algaravizes", de modo a manter o alto forno aquecido e de se economizar combustível.
No interior do alto forno ocorre a redução do ferro inicialmente através da equação apresentada a seguir.
Posteriormente esta reação se completa da seguinte forma:
A reação é influenciada pelo ar quente vindo dos algaravizes, o qual reage com o coque, produzindo:
As reações importantes que seguem desde a passagem pela goela é a calcinação dos carbonetos e a redução do minério liberando o ferro.
O “ferro-gusa” é rico em impurezas, pois apresenta elevado teor de carbono; é ainda impróprio para o trabalho. O ferro-gusa deve retornar à fundição, de modo a se tornar trabalhável. São produzidos lingotes.
Os produtos siderúrgicos e a fabricação
Dos produtos finais da indústria siderúrgica, tem-se os aços e o ferro-fundido. O ferro-fundido apresenta teor de carbono variando entre 1.7 a 6.7%. O aço têm este teor variando entre 1.7 a 0.2%. Se o teor de carbono for abaixo de 0.1%, ter-se-á o aço doce.
A produção de aço consiste basicamente na “descarbonetação” do ferro-fundido através do sopro de oxigênio, ou através da adição de material pobre em carbono, sucata, refundindo-se junto com o material que se quer "descarbonetar".
O processo de fabricação consiste na sequencia “Forno-lingotes-moldagem”.
A moldagem pode ser dada por :
Extrusão - É o caso de fabricação de fios, barras e chapas. O lingote é refundido e forçado a passar sob pressão por orifícios com a forma desejada, de modo a se dar a configuração desejada.
Laminação- O metal é levado ao rubro, e forçado a passar entre cilindros, conforme a Figura 3, de modo a se ter a forma desejada. Este é o caso da produção dos perfis (T,U,H,I, etc).
Figura 3: Processo de moldagem por Laminação
Trefilamento- Neste processo o metal é forçado a passar por orifícios, e sofrer estiramentos (a frio).
Fundição- o metal é vertido em moldes próprios, de modo a se obter a conformação.
Forjamento- É o processo onde o metal é submetido à quente, à ação de martelos ou prensas.
Constituição dos produtos siderúrgicos
De modo a poder entender os tratamentos, é conveniente entender sobre se dá a dissolução do carbono no ferro.
Nos materiais de ferro, conforme o teor de carbono, os elementos ferro e carbono podem estar associados de diferentes formas, sob diferentes condições. As associações que podem existir, resultam, em geral, em alguns tipos conhecidos de cristais, pelos metalurgistas, que são dados por:
Cristais de ferro puro: Ferrita. Esta é forma é variável com relação à estrutura cristalina, condições de magnetismo, e são determinadas pela temperatura.
Cementita: É o carboneto de ferro Fe3C, resultante da combinação da grafita (carbono), com os cristais de ferro
Perlita: Cada grão de ferrita só aceita 0.9% de carbono, no caso de não ir à grandes temperaturas. O grão nessas condições particulares se chama Perlita.
Ledeburita: A partir de 0.9% de carbono total, passa a se encontrar cementita livre, sem combinar-se com a ferrita, depositando-se no espaço intercristalino. A este tipo de cristal dá-se o nome de Ledeburita.
Carbono puro: Convive com os cristais de perlita e ledeburita, quando o limite de solubilidade do carbono é ultrapassado.
Austenita: É resultante da dissolução da cementita no ferro circunvizinho, quando a temperatura é elevada a aproximadamente 7230C. Esta temperatura é necessária para tal dissolução, e é conhecida pela literatura como “temperatura crítica”.
Tratamentos
Conforme a literatura, as propriedades dos materiais metálicos de ferro podem ser induzidas também pelos tratamentos, de modo que estes possam se adequar ao desempenho previsto, ou corrigir defeitos. Estes podem ser vistos como:
a) Tratamentos térmicos
Têmpera: O metal é levado até a temperatura crítica, e ao resfriamento brusco. Como consequências, têm-se a modificação no tipo dos grãos, com diferentes propriedades. O processo varia conforme o tempo de resfriamento e a temperatura final. A têmpera pode aumentar a dureza, o limite de elasticidade, a resistência a tração, e diminuir o alongamento na ruptura.
Revenido: Consiste em um aquecimento até temperatura abaixo da crítica, e posterior resfriamento em banhos(lento). Têm por fim corrigir defeitos ou tensões provocadas na têmpera,
Normalização: Serve para eliminar tensões que surgem durante a laminação ou outras formas de moldagem. Leva-se a temperatura acima da crítica, e deixa-se esfriar ao ar livre.
Recozimento: Consiste no aquecimento de um material e na sua permanência por algum tempo, com o subsequente resfriamento lento. Têm por fim a eliminação de tensões que se originaram durante a fundição, e contribui para a elevação dos índices tecnológicos do material.
b) Tratamentos químicos
Têm por fim enriquecer a camada superficial do aço com uma capa protetora onde apareçam outros elementos, como o carbono, o nitrogênio, o alumínio, e o cromo. As vantagens de tal tratamento são a resistência à corrosão, desgaste, e abrasão.
c ) Tratamento à frio
O encruamento é o tratamento à frio. A deformação resulta em aumento da resistência à tração, dureza, mas diminuem a ductilidade e o alongamento de ruptura.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
BAUER, L.A.F Materiais de construção, São Paulo, 1992, Livros Técnicos e Científicos, 2, p.526-554.
PINHO, F.O; PANONNI.F.D. Produtos metálicos estruturais In: Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e de Engenharia de Materiais. São Paulo, 2017, Geraldo Isaia/IBRACON, pp.1148-1178 .
Marco Antônio de Morais Alcantara é Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal de São Carlos-BR, com ênfase em Engenharia Urbana (1986); Mestre em Engenharia Civil, área de concentração em Geotecnia, pela Universidade Federal de Viçosa-BR (1995); Master Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2001); Docteur Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2004); tem pós-doutorado em Estruturas pela Universidade do Porto-PT (2012). É docente da FEIS/UNESP desde 1987.
