O processo de trabalho na indústria siderúrgica *

A fabricação do aço nas usinas siderúrgicas modernas obedece a lógica produtiva que caracteriza as chamadas indústrias de processo, tais como a química, vidro, petroquímica, cimento e energia nuclear. Estas indústrias guardam entre si alguns traços em comum que as distinguem das demais no que tange ao processo de produção. O lay out delas assume uma forma particular, uma vez que as várias fábricas, que aparentemente estão dispostas de modo desorganizado e estanque dentro das usinas, na verdade correspondem a etapas interdependentes que se sucedem umas às outras ou que “trabalham” em simultâneo, conformando assim um processo de produção único. Ao contrário dos processos produtivos discretos (do tipo montagem-usinagem), é inerente às indústrias de processo o emprego de recursos tecnológicos de automatização, devido às condições hostis ao homem e à própria natureza da elaboração dos produtos. O ambiente com altos níveis de temperatura e pressão requerido pelas reações físico-químicas torna necessário a automatização, por meio de aparelhos eletrônicos de medida, controle e comando à distância, a fim de oferecer aos trabalhadores a possibilidade de operação dos equipamentos.

Diferentemente das usinas não-integradas e semi-integradas, que como sugerem seus nomes, contêm apenas algumas etapas da produção, nas siderúrgicas integradas a integração das várias “fábricas” representam as partes coordenadas e conexas de um universo mais complexo de operações que compreende toda a extensão do processo produtivo e, por isso mesmo, são tidas como as indústrias mais modernas do ramo siderúrgico. A produção de aço nelas envolve basicamente a sucessão de quatro etapas de operação, a saber nesta ordem: (i) o tratamento e a preparação de matérias-primas nas sinterizações e na coqueria para facilitar a operação subsequente; (ii) a produção do ferro-gusa por meio da redução do minério de ferro nos altos-fornos; (iii) a transformação do ferro- gusa em aço propriamente dito em outros fornos (aciarias); e, por fim, (iv) a laminação dos lingotes de aço, que permite a obtenção de uma gama variada de subprodutos finais no que se refere aos tipos e dimensões dos itens produzidos.

Os mecanismos automáticos introduzidos progressivamente no desenvolvimento histórico da siderurgia, cuja função é assegurar a precisão das reações físico-químicas que devem ocorrer conforme a programação definida inicialmente e tornar cada vez mais contínuo o fluxo da produção, visam buscar a maior integração possível entre as distintas seqüências produtivas mediante a

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Para descrever as principais etapas do processo produtivo na siderurgia e as principais inovações embutidas na sua evolução tecnológica, baseamo-nos em Bedeschi Costa (1995), Baer (1970), Ferreira (1989 e 1997), Morandi (1996), Borges (1983), Batista (1988), Maciel (1988) e Moreira (2000).

eliminação de uma série de porosidades presentes ao longo do processo produtivo, que são preenchidas pelas intervenções humanas. Não obstante a sua natureza automatizada, mesmo considerando os esforços de pesquisa tecnológica empregados nessa direção, na siderurgia continua a subsistir importantes pontos de descontinuidade no fluxo de produção12. Figuram entre os pontos mais importantes, o vazamento do alto-forno, a transferência do ferro-gusa dos altos-fornos para a aciaria, o processo de lingotamento e a transferência dos lingotes de aço da aciaria para a laminação.

Assim sendo, pode-se resumir de forma estilizada as principais fases componentes do processo de produção do aço nas usinas integradas a coque e pontuar a evolução tecnológica de maior vulto por que passaram as principais áreas destas indústrias.

A primeira etapa consiste no tratamento das matérias-primas. Os insumos básicos para a fabricação do aço são a sucata, ferro-ligas, energia elétrica, fundentes, refratários, além de óleo combustível, gás natural, oxigênio e água. Porém, as matérias-primas mais importantes são o ferro e o carvão. Estes dois últimos insumos constituem os elementos centrais do processo de preparação inicial do aço. Submetido a sucessivas reações, o carvão transforma-se em coque, estando assim em condições apropriadas para converter o ferro em ferro-gusa na etapa de redução (alto-forno). Amiúde, o coque é obtido por meio de níveis elevados de aquecimento do carvão na coqueria, haja vista a propriedade que tem esse equipamento de retirar as impurezas e reduzir o teor de carbono desse minério. Ao contrário do carvão vegetal, o carvão mineral se adapta à produção nas grandes usinas porque é dotado de maior resistência para suportar os elevados níveis de pressão de carga presente nos altos-fornos de grandes escalas.

Com a finalidade de aumentar o rendimento da redução do ferro, as usinas integradas passaram a contar com sub-unidades industriais na ponta inicial do processo produtivo, que precede à etapa de produção do coque. Nesse sentido, os processos mais difundidos encontram-se na sinterização. O primeiro consiste na aglomeração dos finos de minério de ferro através de fusão. O sínter tem por função reduzir sensivelmente o consumo de coque nos altos-fornos. Quanto à tecnologia de aglomeração, que desempenha um dos papéis mais importantes na indústria siderúrgica moderna, a principal mudança introduzida consistiu na substituição quase por completa, dos processos descontínuos (Greenwalt, HIB, Smidth) pelas linhas de produção contínua Dwight- Lloyd, método que recebeu nas últimas décadas vários melhoramentos técnicos. Assim, a adoção

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“Descontinuidades” ou “pontos de descontinuidade” referem-se àqueles pontos em que as ligações entre diferentes operações, por não serem automatizadas, necessitam do trabalho humano para serem efetuadas, ou mesmo de alguns equipamentos que se interpõem no transcurso do fluxo produtivo.

destes equipamentos pelas empresas propiciaram avanços de suma importância no que tange ao tratamento prévio do minério de ferro.

As transformações descritas acima traduziram-se no desenvolvimento e na generalização do emprego de técnicas de enriquecimento das matérias-primas que, por sua vez, proveu melhorias significativas no rendimento dos altos-fornos em termos de ganhos de produtividade13. Neles, são carregados o coque, o minério de ferro e os fundentes, principalmente o calcário, sob níveis elevados de temperatura. Durante o processamento do ferro-gusa, o coque serve a um só tempo como combustível de fusão e agente redutor do minério de ferro, ou seja, quando dele se remove o oxigênio. Já os fundentes têm por função purificar o ferro, retirando dele as impurezas por meio de reações químicas. As empresas mais modernas se utilizam ainda de outros recursos para acelerar o processamento, como a injeção de oxigênio e óleo. Separado o ferro-gusa da escória, o primeiro é vazado do forno em direção à etapa de refino, onde fabricar-se-á o aço propriamente dito.

Afora a otimização da performance dos altos-fornos via melhorias na etapa de tratamento das matérias-primas, sua tecnologia conheceu desenvolvimentos importantes. A partir dos anos 50, as mudanças técnicas introduzidas nestes equipamentos foram orientadas principalmente no sentido do aumento da quantidade produzida, procurando ao mesmo tempo reduzir o custo de produção do gusa. Tais resultados foram obtidos com a elevação do rendimento das instalações através da ampliação das dimensões dos equipamentos e com o menor consumo das matérias-primas por tonelada de aço decorrente do tratamento prévio destas. No que concerne à elevação do rendimento dos equipamentos, numerosos aperfeiçoamentos foram introduzidos, tanto na tecnologia do equipamento propriamente dita, quanto nos métodos de operação dos altos-fornos. Dentre estes aperfeiçoamentos, pode-se destacar as melhorias no sistema de resfriamento e nos revestimentos refratários, adoção do funcionamento à contra-pressão elevada, injeção de combustíveis auxiliares e, mais importante, a automatização crescente do controle dos processos.

Nos altos-fornos mais modernos, a automatização, inclusive, permite a centralização do controle e comando das operações de carregamento do forno a partir de painéis instalados na cabine de operação, de acordo com a programação inicial da operação. Com efeito, a automatização nesta área dispensa parte do trabalho manual dedicado ao controle das operações relativas aos processos

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Embora tenha havido uma alteração tecnológica vultosa no que diz respeito à fabricação do ferro-gusa, a saber, o chamado processo de redução direta, a tecnologia de redução mais amplamente difundida continua sendo a dos altos- fornos, sobretudo nas usinas integradas, tendo em vista o fato de que as suas grandes dimensões garantem maiores níveis de produtividade.

físico-químicos. Os mecanismos automáticos existentes nesta área têm como função transmitir informações sobre a marcha do forno em termos de vazão de ar do mesmo, bem como a temperatura, a pressão, o volume e a altura da carga. Contudo, o grau de automatização presente neles não eliminou por completo as descontinuidades inerentes à etapa de redução. Na verdade, ainda persiste uma alta incidência de tarefas executadas manualmente com a finalidade de corresponder às exigências requeridas de composição química e temperatura, o que atesta a permanência de porosidades no fluxo produtivo do ferro-gusa.

A etapa seguinte consiste na produção do aço propriamente dito. O seu processo de fabricação é semelhante ao da produção do ferro-gusa, por se basear em cadeias de reações físico- químicas em ambientes de altíssima temperatura e pressão. Nesta etapa, o aço é obtido pelo refino do gusa oriundo do alto-forno, através da oxidação do carbono e de outros elementos misturados ao gusa dentro das chamadas aciarias, tais como o silício, o manganês, o enxofre e o fósforo. Isto é, o oxigênio e outros aditivos são inseridos no interior do forno e se encarregam de reduzir ainda mais o carbono e de remover as impurezas do ferro-gusa até o momento em que o aço é transportado para as lingoteiras (o aço é suspenso por pontes rolantes e levado para a plataforma, onde é despejado nas lingoteiras). A exemplo da etapa de redução, a de refino também se caracteriza como um processo semi-contínuo, cuja automação é restrita a algumas operações, havendo diferenças fundamentais entre os dois principais tipos de equipamentos nesta área da produção, quais sejam os fornos de aciaria e o lingotador.

Dois principais tipos de aciaria devem ser, em geral, considerados: o que elabora o aço por meio do sopro de oxigênio direto sobre o gusa em fusão – o processo “pneumático” – e aquele que opera o refino do gusa e da sucata fundida na soleira – processo de “sola” ou “aberto”. Nas indústrias siderúrgicas integradas emprega-se dominantemente o processo “pneumático”, segundo o sistema LD (as iniciais das cidades austríacas de Linz e de Donavitz, onde pela primeira vez foi usado esse processo em escala comercial). Já os processos de “sola”, notadamente o forno Siemens- Martin (SM), não obstante a sua aplicação também em grandes empresas, ao deixar gradativamente de ser utilizado na produção em massa do aço, teve o seu uso concentrado em pequenas e médias empresas siderúrgicas, dividindo espaço com os fornos elétricos.

Embora o princípio seja o mesmo para ambos os processos, o modo pelo qual o processamento do aço ocorre a partir de cada um deles distingue-se sobremaneira entre si. O processo SM difere radicalmente do processo LD. O primeiro utiliza um princípio regenerativo para

aquecimento do ar, o qual se destina a aquecer o forno e propiciar a ocorrência das reações químicas e físicas necessárias. Já o segundo é baseado no sopro direto do oxigênio puro na carga do forno (ou convertor), constituindo um processo de produção mais rápido, uniforme e contínuo. O processo SM caracteriza-se portanto pela maior descontinuidade das operações (quase total inexistência de mecanismos automáticos no fluxo produtivo) e, por extensão, pela lentidão das seqüências produtivas. Ademais, as estimativas de investimento e de custo de operação desse processo corresponde ao dobro da aciaria LD.

Mais especificamente, no forno SM, a fusão e o refino da carga, formada por ferro-gusa e sucata, são realizados sobre uma soleira ácida ou básica, utilizando-se como fonte de calor uma chama de elevada temperatura. Esta é alimentada pelo ar injetado nas laterais (queimadores). Na aciaria LD, o oxigênio puro é injetado diretamente no banho através da lança de oxigênio, sendo portanto um processo de fabricação de aço muito mais rápido e eficiente, pois o processo SM utiliza-se tão-somente do ar como fonte de suprimento de oxigênio, para alimentar a combustão do forno. Pelo fato do processo de fabricação na aciaria SM ser lento, o calor gerado pelas reações de oxidação das impurezas é insuficiente para manter a marcha do refino (na aciaria LD este calor é suficiente), tornando necessária a utilização de fontes auxiliares de combustível, tais como gases de alto-forno, natural ou de coqueria.

A inovação tecnológica representada pela introdução do conversor LD representou, com isso, um avanço sem precedentes para a indústria siderúrgica em termos de ganhos de produtividade. Seus resultados revolucionaram a produção siderúrgica no mundo: a substituição do sopro de ar pelo de oxigênio e o desenvolvimento de controles automatizados desse sopro permitiram reduzir o tempo de uma “corrida” de aço para níveis bastante reduzidos. Desde a preparação da carga recebida pela aciaria até o vazamento do aço produzido nas lingoteiras, que no processo SM compreende um grande conjunto de operações com duração de cinco a seis horas, no forno LD o ciclo de operações varia em média entre 20 e 30 minutos, suprimindo deste modo inúmeros pontos de descontinuidade que residiam nesta etapa do processo de produção das usinas. Além disso, tal inovação proporcionou ao aço maior soldabilidade e resistência ao envelhecimento.

A segunda sub-etapa presente na área de refino é o setor de lingotamento. Ele constitui a fase intermediária entre a etapa de fabricação do aço propriamente dito na aciaria e a etapa final do processo produtivo: a laminação. No processo de lingotamento convencional exige-se uma série de operações que, por sua vez, encerram um grande número de descontinuidades ao longo do seu fluxo

produtivo. Nesse método, grosso modo, depois de produzido o aço nos fornos SM ou LD, o objetivo é prepará-lo para sua conformação mecânica nas laminações. Ou seja, na área de lingotamento, o aço é colocado em lingoteiras (espécie de moldes) para ser solidificado. As lingoteiras serão a seguir carregadas para o setor de laminação, onde será feita a retirada (“estripamento”) dos lingotes de aço e o posterior reaquecimento dos mesmos, para estarem em condições físicas passíveis de serem conformados mecanicamente de acordo com o tipo de empresa.

A exemplo da aciaria, o sistema de lingotamento viveu uma das inovações mais importantes no campo da siderurgia. A sua difusão durante o após-guerra consistiu no desenvolvimento da tecnologia do chamado lingotamento contínuo. Este método permitiu a produção a partir do aço bruto líquido sem a intermitência típica da técnica convencional: semi-produtos, como placas, blocos e tarugos, em todas as dimensões adequadas às etapas posteriores de laminação; o que representou um aumento sem precedentes da flexibilidade do método em relação à gama de tipos de subprodutos do aço que podem ser elaborados. Pode-se resumir de forma simplificada a operação de lingotamento contínuo no seguinte: o sistema consiste em despejar uma “corrida” de aço numa máquina de lingotamento até alcançar o molde que lhe dará a forma de barra (ou placa), eliminando- se portanto a necessidade da operação de desbaste do material. Este já sai da lingoteira sólido em sua parte externa, sendo resfriado na etapa final por chuveiros de água. Em seguida, as lingoteiras são colocadas em carros que se movem por trilhos. Após o tempo de acalmação, são enviadas para o setor de laminação, onde os lingotes serão “estripados” e, por conseguinte, laminados.

O lingotamento contínuo substitui todas as operações que integram o ciclo do lingotamento convencional (desbaste, solidificação, aquecimento e transporte dos lingotes para os fornos PIT’s). Sua introdução significou, em primeiro lugar, a eliminação de boa parte dos pontos de descontinuidade nesta etapa da produção, reforçando ainda mais a integração das várias “fábricas” da usina como um todo e, especificamente, estreitando o nexo entre a aciaria e a laminação. Em segundo lugar, as inovações implantadas na etapa de lingotamento contínuo trouxeram consigo uma redução pronunciada dos custos econômicos embutidos no método convencional. A supressão de várias descontinuidades no curso da produção potencializaram os ganhos de produtividade das usinas, uma vez que a diminuição do número de operações antes necessárias permitiu uma economia considerável de tempo de fabricação, de energia e de mão-de-obra.

Na laminação, última etapa do processo produtivo, os lingotes de aço sofrem transformações mecânicas e químicas que acabam resultando em diversos subprodutos “semi-acabados” (blocos,

tarugos, placas e as platinas) os quais poderão doravante passar para a etapa de acabamento. O processo de laminação, na verdade, reúne dois processos seqüenciados com a finalidade de produzir artigos siderúrgicos específicos conforme as necessidades do mercado. A laminação a quente, como indica o termo, ocorre com a conformação do aço sob altíssimas temperaturas, quando o material lingotado é reaquecido e depois toma a forma desejada pela empresa. Já a laminação a frio, realiza- se em temperatura-ambiente por meio de incursões de natureza química e mecânica que modificam algumas das propriedades do aço, aumentando sua dureza e resistência e conferindo-lhe maior diversidade de aplicação em outras indústrias.

Os chamados produtos “acabados”, subdividem-se entre os laminados planos (chapas, fitas, tiras etc.) e os não-planos (perfis estruturais, trilhos, barras redondas e quadradas, cantoneiras, fio- máquina, tubos sem costura etc.). Os produtos laminados podem ser subdivididos, de acordo com a sua utilização principal, em chapas grossas que são destinadas às indústrias pesadas como construção naval, vagões ferroviários e estruturas metálicas; bobinas e chapas finas a quente, utilizadas principalmente pela indústria automobilística; bobinas e chapas finas a frio, consumidas na indústria automobilística, na fabricação de eletrodomésticos e na confecção de móveis de aço; chapas revestidas com camadas protetoras de zinco ou galvanizadas – mais resistentes à corrosão – e outros revestimentos (cromadas, chumbadas), destinadas a aplicações na indústria automobilística, de implementos agrícolas, de utilidades domésticas; e folhas de flanders, com uma camada protetora de estanho, cuja utilização dirige-se à fabricação de embalagens, como as latas de refrigerante.

As maiores inovações neste campo referem-se, decerto, à produção de laminados planos. Face ao aumento progressivo da demanda por estes produtos, sobretudo da indústria automobilística norte-americana, a incapacidade das siderúrgicas de então para responder a contento tal procura traduziu-se, a princípio, na difusão da tecnologia de trens contínuos para a laminação de chapas grossas a quente de produtos planos de aço (hot strip mill), adaptados em seguida também à laminação a frio (cold strip mill). O emprego do laminador “contínuo” permite um aumento considerável das velocidades de laminação e, ademais, reduz as necessidades de reaquecimento dos semi-produtos no transcorrer do processo de laminação, entre os trens desbastadores e os trens acabadores, determinando aumentos da margem de produtividade também consideráveis.

Paralelamente à difusão mundial do laminador contínuo, deve-se ressaltar a introdução progressiva da informática (controle da laminação por computador) nos equipamentos mais modernos. O laminador automatizado desenvolve as vantagens do sistema de laminação “em

contínuo”, notadamente no tocante à velocidade de fabricação, à confiabilidade do equipamento e às economias de mão-de-obra e energia. Mais do que isso, aos incrementos de produtividade auferidos com as inovações da base técnica do equipamento central de laminação, somaram-se melhorias na periferia do equipamento (fornos de aquecimento dos lingotes e semi-produtos, bobinadeiras, sistemas de resfriamento, dispositivos de controle de qualidade etc.) e nos processos de tratamento/revestimento dos produtos laminados (estanhagem, galvanização, zincagem etc.).