Processo de produção do aço

Siderurgia é a indústria produtora de aço, a qual engloba os processos de obtenção de produtos à base de ferro (gusa, ferro-esponja, semi-acabados e laminados de aços). O aço é apresentado em grande diversidade de formas e especificações, objetivando atender à demanda de variados setores, como a indústria automobilística, construção civil, bens de capital, máquinas e equipamentos, eletrodomésticos, utilidades domésticas, embalagens, recipientes, entre outros.

O consumo de energia e a porcentagem de material reciclado utilizado na produção de aço dependem do respectivo processo de produção. Atualmente o aço é produzido por meio de dois processos básicos, a produção em alto-forno (Basic Oxygen Furnace), também chamado de processo Integrado e a produção em forno de arco elétrico (Electric Arc

Furnace) ou processo Semi-integrado.

Por exemplo, para a produção de 1 kg de aço a energia primária total no processo integrado (produção em alto-forno) é de 28,97 MJ, enquanto no processo semi-integrado (produção em forno de arco elétrico) a energia necessária é 9,50 MJ (GERVÁSIO, 2008b).

Segundo Gervásio e Silva (2005) cerca de 60% do aço produzido atualmente é feito pelo processo integrado a partir de matérias-primas (minério de ferro, calcário e coque) em alto-forno. A produção do aço em alto-forno utiliza entre 25% a 35% de aço reciclado, enquanto na produção do aço em forno de arco elétrico essa porcentagem é aproximadamente de 95%.

5.6.1. Processo integrado

No processo integrado, o aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, carvão e cal. A fabricação pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação.

A primeira parte da produção, denominada preparação da carga, tem lugar na instalação de sinterização, onde os minérios de ferro são recebidos sob a forma de rochas e preparados para a produção de sínter, um aglomerado de partículas sólidas. O oxigênio presente nos minérios de ferro deve ser retirado junto às outras impurezas por meio de um processo chamado redução. Nesta etapa, o sínter é conduzido ao alto-forno, onde é adicionado ao coque (substância combustível que resulta da destilação de carvão no forno de coque) em camadas alternativas. Em fornos menores utiliza-se o carvão vegetal ao invés do

84 coque. Ainda durante a redução outras matérias-primas são acrescentadas, tais como o minério de manganês, o carvão mineral e o calcário (USIMINAS, 2009).

O coque é basicamente um combustível composto de altos teores de carbono, com elevada resistência mecânica e alto ponto de fusão que, uma vez no alto-forno, fornece os gases necessários para a fundição dos minérios de ferro, funcionando como agente redutor. Assim, no alto-forno o ferro é extraído dos minérios de ferro. Enquanto que os minérios sólidos e o coque são introduzidos no forno pelo topo, uma corrente de ar muito quente (1200°C) é introduzida pela parte de baixo provocando a combustão do coque. Desta combustão resulta o óxido de carbono, o qual reduz o óxido de ferro, separando o ferro e libertando dióxido de carbono. O calor criado pela combustão funde o ferro e os minérios, dando origem a um material líquido designado “ferro gusa”. Deste processo resulta um resíduo, a escória (GERDAU, 2010).

Após o processo de redução, o ferro gusa é levado a uma panela de transporte e até o misturador. O misturador é um equipamento intermediário com função de estocar e levar o ferro-gusa até o conversor sem permitir que ele esfrie. O conversor é responsável pelo refino do ferro-gusa e sua transformação em aço. Nesta etapa, o ferro-gusa líquido misturado a ligas metálicas específicas, recebe uma injeção de oxigênio, que funciona como catalizador na elaboração do aço. Posteriormente o aço passa por uma etapa de refino secundário realizada em forno panela para ajustar sua composição química e temperatura. O processo integrado está esquematizado na figura 5.6 até a etapa de refino (GERDAU, 2009).

O aço refinado é transportado ao lingotamento contínuo e ali vazado em um distribuidor com diversos veios. A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo para produzir semi-acabados, lingotes e blocos. Em cada veio o aço líquido passa por moldes de resfriamento para solidificar-se no formato conveniente para a

Figura 5.6: Esquema do processo integrado de fabricação do aço. Fonte: GERDAU, 2009.

85 laminação. Os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos, cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química (USIMINAS, 2009). As etapas de lingotamento e laminação são apresentadas na figura 5.7.

As usinas de aço que utilizam o processo integrado são chamadas de Usinas Integradas e produzem os produtos Semi-acabados, oriundos de processo de lingotamento contínuo ou de laminação de desbaste, destinados a posterior processamento de laminação ou forjamento a quente (Placas, Blocos e Tarugos), Laminados longos (barras, perfis, fio- máquina, vergalhões, arames e tubos sem costura) e Laminados planos (chapas e bobinas).

5.6.2. Processo semi-integrado

No caso da produção de aço pelo processo semi-integrado (processo em forno elétrico de arco) o principal insumo é a sucata proveniente de desperdícios de aço, materiais de construção, maquinaria, veículos ou aço recuperado do processo de produção. As usinas semi-integradas operam em duas fases do processo: refino e laminação. O aço é obtido a partir da fusão de metálicos (sucata, gusa e/ ou ferro-esponja) e refinado em forno elétrico.

A sucata, após ser prensada, cortada e triturada, é fundida no forno elétrico para ser utilizada como matéria-prima no processo de fusão e refinamento do aço. Neste forno a fundição da matéria-prima é obtida pelo calor fornecido pelo arco voltaico que se forma entre

Figura 5.7: Esquema das etapas de laminação. Fonte: GERDAU, 2009.

86 os três elétrodos verticais, geralmente de grafite. Durante este processo é comum a injeção de oxigênio de forma a acelerar a fundição e a queimar o carbono. O aço líquido assim produzido passa posteriormente pelas mesmas fases de refinação e lingotamento e laminação que o processo anterior (GERDAU, 2009). O esquema do processo semi-integrado está indicado na figura 5.8.

As usinas semi-integradas produzem apenas produtos semi-acabados e laminados longos (barras, perfis, fio-máquina, vergalhões, arames e tubos sem costura).

Além das Usinas integradas e semi-integradas, existem ainda as Unidades produtoras não-integradas, que não produzem o aço, operando apenas uma fase do processo: processamento (laminação ou trefilas) ou redução. Neste caso, entre as unidades não- integradas que trabalham a fase de laminação, estão os relaminadores de placas e tarugos, adquiridos de usinas integradas ou semi-integradas e os que relaminam material sucatado. As trefilarias são as unidades que dispõem apenas de trefilas, em que produtores de arames e barras utilizam o fio-máquina como matéria-prima. As unidades que trabalham apenas a fase de redução são as produtoras de ferro-gusa, também chamados de guseiros, que têm como característica comum o emprego de carvão vegetal em altos fornos para redução do minério (IAB, 2009b).

5.6.3. Comparação dos processos

De acordo com SPOT35 (2002, apud GERVÁSIO; SILVA, 2005), em cada tonelada de aço reciclado são poupadas 1,25 toneladas de minério de ferro, 630 kg de carvão e 54 kg de calcário. O processo Semi-integrado requer menos energia, conforme apresentado na figura 5.9, cria menos resíduos e emite menores quantidades de partículas poluentes do que a produção da mesma quantidade de aço a partir de matérias-primas.

35 _{SPOT, M. de. The application of structural steel to single-family residential construction. Node Engineering}

Corp., Surrey, B.C., 2002.

Figura 5.8: Esquema do processo semi-integrado de fabricação do aço. Fonte: GERDAU, 2009.

87 Além disso,36comparando-se o consumo de materiais e de energia dos dois processos, como apresentada a figura 5.10, conclui-se que o processo que envolve maior gasto de recursos é o Integrado.

Na figura 5.11 apresentam-se os impactos ambientais associados à produção de aço. Comparam-se alguns dos principais impactos ambientais provocados pela produção de uma tonelada de aço de acordo com cada um dos processos descritos anteriormente. Observa-se pela análise dos dados, o melhor desempenho ambiental do processo semi-integrado.

36 _{INTERNATIONAL IRON AND STEEL INSTITUTE (IISI). World Steel Life Cycle Inventory: Methodology}

Report 1999/2000. Committee on Environmental Affairs, 2002.

Figura 5.10: Consumo de materiais e energia consumida por processo de produção de aço. Fonte: INSTITUTO AÇO BRASIL, 2009b.

Figura 5.9: Energia consumida por processo de produção de aço. Fonte: IISI36_{, 2002 apud GERVÁSIO, 2008a.}

88 Em conseqüência das diferentes percentagens de aço reciclado utilizadas nos processos de produção de aço descritos anteriormente, facilmente se pode constatar que as correspondentes emissões de carbono e de outras partículas são também consideravelmente inferiores para o processo semi-integrado, tornando este um processo mais eficiente em termos ambientais.

No caso das emissões de partículas poluentes, destaca-se a comparação da emissão de CO2: a produção de 1 kg de aço no processo semi-integrado produz cerca de 460 g de

equivalentes de CO2, enquanto que no processo integrado a produção de igual quantidade de

aço produz cerca de 2490 g de equivalentes de CO2 (IISI36, 2002 apud GERVÁSIO, SILVA,

2005).