Siderurgia

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Planta siderúrgica.

Denomina-se siderurgia (do grego σίδερος, síderos, "ferro") à técnica do tratamento do mineral de ferro para obter diferentes tipos deste ou de suas ligas. O processo de transformação do mineral de ferro começa desde sua extracção nas minas. O ferro encontra-se presente à natureza em forma de óxidos , hidróxidos, carbonatos, silicatos e sulfuros. Os mais utilizados pela siderurgia são os óxidos, hidróxidos e carbonatos. Os processos básicos de transformação são os seguintes:

Óxidos -> hematita (Fé₂Ou₃) e a magnetita (Fé₃0₄)

Hidróxidos -> Limonita

Carbonatos -> Siderita ou carbonato de ferro (FeCO₃)

Estes minerales encontram-se combinados em rochas, as quais contêm elementos indeseados denominados gangas. Parte da ganga pode ser separada do mineral de ferro dantes de seu envio à siderurgia, existindo principalmente dois métodos de separação:

Imantación: consiste em fazer passar as rochas por um cilindro imantado de modo que aquelas que contenham mineral de ferro se adiram ao cilindro e caiam separadas das outras rochas, que precipitam em um sector aparte. O inconveniente deste processo reside em que a maioria das reservas de minerales de ferro se encontram em forma de hematita, a qual não é magnética.

Separação por densidade: submergem-se todas as rochas em água, a qual tem uma densidade intermediária entre a ganga e o mineral de ferro. O inconveniente deste método é que o mineral se humedece sendo isto perjudicial no processo siderúrgico.

Uma vez realizada a separação, o mineral de ferro é levado à planta siderúrgica onde será processado para o converter primeiramente em arrabio e posteriormente em aço.

Produção do aço

Siderurgias integrales e acerías

Denomina-se siderurgia ou siderurgia integral a uma planta industrial dedicada ao processo completo de produzir aço a partir do mineral de ferro, enquanto denomina-se acería a uma planta industrial dedicada exclusivamente à produção e elaboração de aço partindo de outro aço ou de ferro.

Processo de produção

O aço é uma liga de ferro e carbono. Produz-se em um processo de duas fases. Primeiro o mineral de ferro é reduzido ou fundido com coque e pedra caliza, produzindo ferro fundido que é moldado como arrabio ou conduzido à seguinte fase como ferro fundido e a lana de obeja negra .A segunda fase, a de acería, tem por objectivo reduzir o alto conteúdo de carbono introduzido ao fundir o mineral e eliminar as impurezas tais como azufre e fósforo, ao mesmo tempo que alguns elementos como manganês, níquel, cromo ou vanadio são acrescentados em forma de ferro-ligas para produzir o tipo de aço demandado.

Nas instalações de colada e laminación converte-se o aço bruto fundido em lingotes ou em laminados; desbastes quadrados (gangas) ou planos (flog) e posteriormente em perfis ou chapas, laminadas em quente ou em frio.

Em princípio, são três os tipos de instalações dedicadas a produzir peças de aço fundidas muito grandes ou laminados de aço:

Processos em plantas integrales

Uma planta integral tem todas as instalações necessárias para a produção de aço em diferentes formatos.

Fornos de coque: obter do carvão coque e gás.
Altos Fornos : converter o mineral em ferro fundido
Acería: conversão do ferro fundido ou o arrabio em aço
Moldado: produzir grandes lingotes (tochos ou grandes peças de fundição de aço)
Comboios de laminación desbastadores: reduzir o tamanho dos lingotes produzindo bloms e slabs
Comboios de laminación de acabamento: estruturas e chapas em quente
Comboios de laminación em frio: chapas e flejes

As matérias primas para uma planta integral são mineral de ferro, caliza e coque. Estes materiais são carregados em capas sucessivas e contínuas em um alto forno onde a combustão do carvão ajudada por soprado de ar e a presença de caliza funde o ferro contido no mineral, que se transforma em ferro líquido com um alto conteúdo em carbono.

A intervalos, o ferro líquido acumulado no alto forno é transformado em lingotes de arrabio ou levado líquido directamente em contêiners refractarios às acerías. Historicamente o processo desenvolvido por Henry Bessemer tem sido a estrela na produção económica de aço, mas actualmente tem sido superado em eficácia pelos processos com soprado de oxigénio, especialmente os processos conhecidos como Acerías LD.

O aço fundido pode seguir dois caminhos: a colada contínua ou a colada clássica. Na colada contínua o aço fundido é colado em grandes blocos de aço conhecidos como tochos. Durante o processo de colada contínua pode melhorar-se a qualidade do aço mediante adições como, por exemplo, alumínio, para que as impurezas “flutuem” e saiam ao final da colada se podendo cortar o final do último lingote que contém as impurezas. A colada clássica passa por uma fase intermediária que verte o aço líquido em lingoteras quadradas ou retangulares (petacas) segundo seja o aço se destine a produzir perfis ou chapas. Estes lingotes devem ser recalentados em fornos dantes de ser laminados em comboios desbastadores para obter blocos quadrados (bloms) para laminar perfis ou planos retangulares (slabs) para laminar chapas planas ou em bobinas pesadas.

Devido ao custo de energia e aos esforços estruturais sócios com o aquecimento e coladas de um alto forno, estas instalações primárias devem operar em campanhas de produção contínua de vários anos de duração. Inclusive durante períodos de queda da demanda de aço não é possível deixar que um alto forno se enfríe, ainda que são possíveis certos ajustes da produção.

As siderúrgicas integrales são rentables com uma capacidade de produção superior aos 2.000.000 de toneladas anuais e seus produtos finais são, geralmente, grandes secções estruturais, chapa pesada, redondos pesados, guias de caminho-de-ferro e, em alguns casos, palanquillas e encanamento pesado.

Um grave inconveniente ambiental sócio às siderúrgicas integrales é a contaminação produzida por seus fornos de coque , elemento essencial para a redução do mineral de ferro no alto forno.

Por outra parte, com o fim de reduzir custos de produção as plantas integrales podem ter instalações complementares características das acerías especializadas: fornos eléctricos, coladas contínuas, comboios de laminación comerciais ou laminación em frio.

A capacidade mundial de produção de aço em plantas integrales está cerca da demanda global, assim a concorrência entre produtores faz que só sejam viables os mais eficazes. No entanto, devido ao alto nível de emprego destas instalações, os governos com frequência ajudam-nas financeiramente dantes de correr o risco de enfrentar-se a milhares de parados. Estas medidas levam, internacionalmente, a acusações de práticas comerciais incorretas (dumping) e a conflitos entre países.

Processos em acerías especializadas

Esta planta é produtora secundária de aços comerciais ou plantas de produção de aços especiais. Geralmente obtêm o ferro do processo de chatarra de aço, especialmente de automóveis, e de subproductos como sinterizados ou pellets de ferro (DRI). Estes últimos são de maior custo e menor rentabilidad que a chatarra de aço pelo que seu emprego se trata sempre de reduzir a quando seja estritamente necessário para conseguir o tipo de produto a conseguir por razões técnicas. Uma acería especializada deve ter um forno eléctrico e “colheres” ou fornos ao vazio (conversores) para controlar a composição química do aço. O aço líquido passa a lingoteras ligeiras ou a coladas contínuas para dar forma sólida ao aço fundido. Também são necessários fornos para recalentar os lingotes e poder laminarlos.

Originalmente estas acerías foram adoptadas para a produção de grandes peças fundidas (cigüeñas, grandes eixos, cilindros de motores náuticos, etc.) que posteriormente se mecanizan, e para produtos laminados estruturais ligeiros, tais como ferros redondos de hormigonar, vigas, angulares, encanamento, guias ligeiras, etc. A partir dos anos 1980 o sucesso no moldado directo de barras em colada contínua tem feito produtiva esta modalidade. Actualmente estas plantas tendem a reduzir seu tamanho e especializar-se. Com frequência, com o fim de ter vantagens nos menores custos trabalhistas, começam-se a construir acerías especializadas em áreas que não têm outras plantas de processo de aços, orientando à fabricação de peças para transportes, construção, estruturas metálicas, maquinaria, etc.

As capacidades destas plantas podem atingir ao redor do milhão de toneladas anuais, sendo suas dimensões mais correntes em aços comerciais ou de baixas ligas da faixa 200.000 a 400.000 toneladas anuais. As plantas mais antigas e as de produção de aços com ligas especiais para ferramentas e similares podem ter capacidades da ordem de 50.000 toneladas anuais ou menores.

Dadas suas características técnicas, os fornos eléctricos podem arrancar-se ou parar com certa facilidade o que lhes permite trabalhar 24 horas ao dia com alta demanda ou cortar a produção quando a demanda cai.

Laminadoras

As laminadoras são maquina-las encarregadas de laminar, isto é; de aplainar o aço surgido do processo de metalurgia e fundição para criar matéria prima de aço em forma de ferros ou lâminas, que podem ser espampadas, troqueladas e/ou enchapadas para obter produtos secundários do aço como automóveis ou autopartes, ferrajes entreotros.

Estas só compreendem as seguintes classes de maquinas para o processo: comboios de laminación , comboio de alambrón, de perfis comerciais ou chapa fria. Para satisfazer as necessidades do processo, esta classe de aço usado neste processo contém uma baixa percentagem de carbono, para lhe dar maior maleabilidade.