Tema: Aciaria Elétrica Situação Atual e Tendência 2025

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Ciência, Tecnologia e Inovação

TR-24 - Aciaria Elétrica – Situação Atual e Tendência 2025

Fase I – Panorama Setorial TR - 24

Tema: Aciaria Elétrica – Situação Atual e

Tendência 2025

Rio de Janeiro 17/11/2008 Contrato nº 236/2008

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Sumário

Item Assunto Página

Resumo executivo 3

Desenvolvimento

1 Perfil brasileiro da produção de aço atual e projetado 8 1.1 Distribuição da produção por processo – LD + EOF e FEA 9 1.2 Conseqüências desta distribuição de produção até 2025. 10 2.2 Distribuição dos Custos de uma Aciaria Elétrica 12

2.2.1 A carga metálica 13

2.2.1.1 Sucatas 13

2.2.1.2 O gusa sólido como componente da carga metálica 15 2.2.1.3 O Ferro Esponja como componente da carga metálica. 16

2.2.2 Energia Elétrica 16

2.2.3 Combustíveis fósseis para o FEA. 16

2.2.4 Eletrodos de Grafite. 16

3 Rotas de Produção via LD e via FEA. 17

Glossário 19

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Resumo Executivo

Conforme projetado a produção de aço deverá evoluir da capacidade instalada atual de 37 milhões de toneladas para cerca de 70 milhões em 2015. A distribuição entre os diversos processos produtivos mostra o processo LD + EOF (EOF – Energy Optmizing Furnace), responderá por 90% do total, contra 10% de FEA (FEA – Forno Elétrico a Arco). Atualmente temos ao longo dos anos aproximadamente 80% de LD + EOF.

Este fato acarreta uma situação muito interessante para o Brasil, pois permite uma continuidade tranqüila da produção de aços via FEA, sem a necessidade de se importar sucata para tal.

Esta acertiva se deve principalmente ao fato que o aumento da produção de aço cria uma maior industrialização do país, como a conseqüente geração de sucata. É este um dos pontos críticos no processo de fabricação de aços via FEA no Brasil, onde a geração de sucata, dentre outros é um aspecto crítico de sucesso do processo.

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No entanto considerando que em 2025 o Brasil venha a produzir 78 milhões de toneladas, a tabela mostra que os FEAs, teriam uma participação de 16%

CAPACIDADES DAS ACIARIAS ELÉTRICAS NO BRASIL ATÉ 2025

ESTA TABELA FOI OBTIDA DE DADOS DE ARQUIVO DO AUTOR E DE DADOS DE PUBLICAÇÕES DE ENTIDADES COMO A ABM E IBS, BEM COMO DE CONTATOS PESSOAIS. ASSIM NÃO TEM CARÁTER OFICIAL E DEVE SER

USADA COM AS DEVIDAS RESERVAS.

Capacidade Projeção Projeção Nominal para 2012 para 2015 # Controlador/Denominação

(1000 t/ano) (1000 t/ano) (1000 t/ano)

1 Grupo Gerdau - Cearense 140 140 140

2 Grupo Gerdau - Açonorte 350 350 350

3 Grupo Gerdau - Usiba 600 600 600

4 Grupo Gerdau - Cosígua 1.100 1400 1400

6 Grupo Gerdau - Vibasa 800 800 800

7 Grupo Gerdau – Villares Mogi 500 500 500

8 Grupo Gerdau – São Paulo 900 1100 1100

9 Grupo Gerdau – Guaíra 500 700 800

10 Grupo Gerdau – Riograndense 500 500 500

11 Grupo Gerdau – Piratini 500 500 500

Sub-Total Grupo Gerdau 5.890 6.590 6.690

(1000 t/ano) (1000 t/ano) (1000 t/ano)

12 ArcelorMittal – Juiz de Fora 1.100 1200 1200

13 ArcelorMittal – Cariacica 600 600 600

14 ArcelorMittal – Piracicaba 1.100 1.100 1.100

14 ArcelorMittal – Inox do Brasil 400 400 400

Sub-Total Grupo ArcelorMittal 3.200 3.300 3.300

15 Votorantim – Barra Mansa 700 700 700

16 Votorantim – Rezende 1.000 1000 1000

Sub-Total Grupo Votorantim 1.700 1700 1700

17 Sinobras – Marabá - PA 400 400 400

18 CSN – Volta Redonda 500 500 500

19 Villares Metals - 120 120 120

Fundições 500 500 500

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De tudo o que foi exposto nesta nota técnica, os seguintes pontos merecem destaque:

DISPONIBILIDADE DE SUCATA PARA FORNOS ELÉTRICOS.

A constante evolução do rendimento produto final/aço líquido das Usinas Siderúrgicas e também do usuário final, cria um quadro de carência de sucatas internas (gerada na Usina) e de sucata de indústria. Atualmente as necessidades das aciarias Elétricas e também as de LD+EOF, são cobertas e assim o serão por sucatas de obsolescência e ferro gusa produzidas principalmente por Altos Fornos a carvão vegetal.

O FERRO ESPONJA (DRI – DIRECT REDUED IRON) COMO COMPONENTE DA CARGA METÁLICA PARA FEAs.

Pelo menos no atual cenário, a disponibilidade/preço do gás natural não permite a produção econômica de Ferro Esponja, que é um produto metálico obtido diretamente da redução do minério de ferro, principalmente por meio de gás natural. Existem outros métodos de redução direta, mas o principal é através de gás natural. Além do mais, o consumo de energia elétrica com ferro esponja é substancialmente maior do que com sucata+gusa.

O FERRO GUSA PRODUZIDO COM CARVÃO VEGETAL COMO COMPONENTE DAS CARGAS DOS FEAs.

Neste particular, o Brasil desponta com avançada tecnologia de operação de FEAs com gusa sólido e agora também com gusa líquido. A problemática é que quase a totalidade deste gusa é produzida com carvão vegetal, e sem dúvida é esta uma das ameaças ao processo, pois;

• As florestas artificiais de eucalipto são insuficientes para ao Altos Fornos

• A frente de carvoejamento avança sobre a floresta nativa criando um passivo ambiental de difícil solução. Esta situação perdura por décadas.

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ENERGIA ELÉTRICA

O consumo de energia elétrica nos FEAs varia em função basicamente de: • Processo de fabricação

• Tipo de aço

• Participação de energias alternativas.

Em uma visão otimista, não faltará energia elétrica para os FEAs. No entanto a questão do flicker, que é a variação de tensão na rede, provocada por equipamentos como FEAs de corrente alternada é um fator crítico, pois limita a localização de FEAs perto de grandes centros.

PREÇO DAS MATÉRIAS PRIMAS – CARGA METÁLICA, LIGAS, ETC. • Os relevantes em termos de custo de matéria prima é em geral a

carga metálica com a sucata e o gusa, participando com 70-80 % do custo do aço líquido.

• As demais matérias primas, portanto não são significativas no custo. INVESTIMENTOS EM PLANTAS DE FEA E DE LD.

De uma maneira geral, podemos dizer que os investimentos em uma usina a base de LD outra a base de FEA, são significativamente diferentes. A diferença chega a ser de 3 vezes.

Por exemplo, de 800 USD/t ano para LD 300 USD/t ano

Uma aciaria LD, até a obtenção do aço líquido, significa a implantação dos seguintes equipamentos fundamentais:

Obtenção do gusa líquido

Sistema de recebimento de minério de ferro Pátio de minério e blendagem

Sistema de recebimento de carvão mineral Pátios de estocagem e blendagem

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TR-24 - Aciaria Elétrica – Situação Atual e Tendência 2025 Coqueria

Pátio de estocagem de sinter e coque Alto forno

Carro torpedo

Sistemas caros de controle do meio ambiente Obtenção do Aço Líquido

LD

Sistema de despoeiramento do LD Silos de estocagem de ligas e fundentes Pátio de ligas e fundentes

Pátio de sucata Fábrica de oxigênio Sistema de escória Panelas de aço Potes de escória Utilidades

Controle do meio ambiente.

Uma Aciaria Elétrica é muito mais simples, e para fins didáticos vamos usar a matriz do LD eliminando os equipamentos desnecessários:

Obtenção do gusa líquido

Sistema de recebimento de minério de ferro Pátio de minério e blendagem

Sistema de recebimento de carvão mineral Pátios de estocagem e blendagem

Sinterização Coqueria

Pátio de estocagem de sinter e coque Alto forno

Carro torpedo

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Obtenção do Aço Líquido FEA

Sistema de despoeiramento do FEA Silos de estocagem de ligas e fundentes Pátio de ligas e fundentes

Pátio de sucata Fábrica de oxigênio Sistema de escória Panelas de aço Potes de escoria Utilidades Sistemas de despoeiramento

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DESENVOLVIMENTO

1 – Perfil da Produção de Aço Atual e Projetado

Novamente nos referimos à tabela de dados dos FEAs no Brasil.

CAPACIDADES DAS ACIARIAS ELÉTRICAS NO BRASIL ATÉ 2025

ESTA TABELA FOI OBTIDA DE DADOS DE ARQUIVO DO AUTOR E DE DADOS DE PUBLICAÇÕES DE ENTIDADES COMO A ABM E IBS, BEM COMO DE CONTATOS PESSOAIS. ASSIM NÃO TEM CARÁTER OFICIAL E DEVE SER

USADA COM AS DEVIDAS RESERVAS.

(1000 t/ano) (1000 t/ano) (1000 t/ano)

1 Grupo Gerdau - Cearense 140 140 140

2 Grupo Gerdau - Açonorte 350 350 350

3 Grupo Gerdau - Usiba 600 600 600

4 Grupo Gerdau - Cosígua 1.100 1400 1400

6 Grupo Gerdau - Vibasa 800 800 800

7 Grupo Gerdau – Villares Mogi 500 500 500

8 Grupo Gerdau – São Paulo 900 1100 1100

9 Grupo Gerdau – Guaíra 500 700 800

10 Grupo Gerdau – Riograndense 500 500 500

11 Grupo Gerdau – Piratini 500 500 500

Sub-Total Grupo Gerdau 5.890 6.590 6.690

(1000 t/ano) (1000 t/ano) (1000 t/ano)

12 ArcelorMittal – Juiz de Fora 1.100 1200 1200

13 ArcelorMittal – Cariacica 600 600 600

14 ArcelorMittal – Piracicaba 1.100 1.100 1.100

14 ArcelorMittal – Inox do Brasil 400 400 400

Sub-Total Grupo ArcelorMittal 3.200 3.300 3.300

15 Votorantim – Barra Mansa 700 700 700

16 Votorantim – Rezende 1.000 1000 1000

Sub-Total Grupo Votorantim 1.700 1700 1700

17 Sinobras – Marabá - PA 400 400 400

18 CSN – Volta Redonda 500 500 500

19 Villares Metals - 120 120 120

Fundições 500 500 500

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1.1 – Produção por Processo – LD + EOF e FEA

Em 2007, para a capacidade instalada de produção de aço bruto de 37 milhões de toneladas aproximadamente, produzimos:

• Aço Líquido Bruto – 33,782 milhões de toneladas

o Aço Líquido via LD + EOF – 80% aproximadamente o Aço Líquido Bruto via FEA – 20% aproximadamente • Produtos Laminados Planos – 15,7 milhões de toneladas = 61% • Produtos Laminados Não Planos – 9,85 milhões de toneladas = 31%

Esta proporção de 80% de produção via LD, para 20% da produção via FEA, vem se mantendo desde os anos 80 aproximadamente, mas mudará substancialmente com as projeções da evolução da produção de aços no Brasil

Assim, para a previsão da capacidade instalada de 78 milhões de toneladas de aço líquido em 2015, teremos 90% de LD + EOF e 10% de FEA. Esta projeção é fundamental para a geração de sucatas no mercado nacional necessárias para a produção dos FEAs.

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Da análise deste quadro, sob o ponto de vista da distribuição da produção por LD e FEA, projetado para 2025, inclusive para o Brasil podemos dizer:

O Brasil e China seguem e seguirão a mesma tendência de tecnologias de produção com o LD representando 90% da produção de aço líquido, devido aos seus fatores característicos:

Disponibilidade de energia elétrica Disponibilidade de sucata

O Brasil não é mostrado no quadro, devido ao seu atual nível de produção. Se observarmos os USA, veremos a forte migração para a produção via

FEA, por:

Os USA geram sucata em quantidades exportáveis Tem boa estrutura de energia elétrica

Problemas ambientais são críticos, na produção via LD. O observado nos USA, é válido para os chamados países desenvolvidos. 1.2 – Conseqüências desta Distribuição de Produção até 2025.

Devido à abundância de minério de ferro de alta qualidade, localizadas principalmente em Minas Gerais e na Amazônia, parece lógica a tendência de crescimento da produção brasileira pela rota Alto-Forno, apesar da inexistência de carvão mineral coqueificável. Além do mais, possuímos uma das melhores tecnologias do mundo na operação de Altos-Fornos a coque e a melhor na operação com carvão vegetal.

A tendência dos países desenvolvidos como USA é migrar a produção para FEAs substituindo os LDs por razões ambientais. Isto se deve a que:

- a operação de Alto Forno a coque exige a existência da coqueria, que é uma atividade poluidora na maioria dos casos. A não ser as coquerias chamadas de “non recovery” como a SOL instalada na CST – Serra – ES. - a produção pela rota Alto Forno – LD, gera cerca de 1.800 kg de CO2 /t da

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Este fato está criando uma escassez de sucata no mercado mundial, aumentando o seu preço. Vamos ver que de certa forma isto também afeta o Brasil, mas não muito, pelo nosso perfil particular de metálicos para FEA.

O forno elétrico apresentou e apresenta ao longo do tempo uma excepcional evolução tecnológica saindo de um tempo de corrida de denominada “Tap to Tap” na linguagem dos aciaristas, de 180 minutos nos anos 60 para até cerca de 35 minutos quando os equipamentos são projetados pata tal.

Isto se deveu a uma série de tecnologias que foram desenvolvidas e disseminadas ao longo tempo, gerando muitas oportunidades de crescimento. O parque siderúrgico brasileiro rapidamente absorveu estas tecnologias. As mais importantes são:

1. Utilização de grandes volumes de oxigênio e suas tecnologias de uso avançadas por sistemas denominados jato coerente.

2. Metalurgia de panela

3. Uso de painéis refrigerados 4. Tecnologia de Ultra-Alta-Potência 5. Controle digita;l

6. Escória espumante

7. Queimadores a gás natural com oxigênio 8. O Forno Panela

9. O sistema EBT para vazamento do FEA

Poderíamos continuar, com outros, no entanto vamos destacar o uso de gusa líquido como uma das oportunidades que existe a longo tempo mas agora está se tornando muito mais industrial.

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2.2 – Distribuição dos Custos de uma Aciaria Elétrica

A tabela abaixo mostra como se comportam os custos percentuais em uma Aciaria Elétrica de alta desempenho.

Tabela de custos percentuais de um FEA de 100 t de alta performance – Julho/08

# Item Custo % Faixa de variação 1 Carga Metálica 83 75 - 90 2 Energia Elétrica 04 03 - 06 3 Eletrodos 01 01 - 03 Mão de Obra 01 01 - 02 Refratários 02 01 - 03 Manutenção 02 01 - 04 Combustíveis 01 0,50 – 1,50 Oxigênio 01 0,50 – 2,50 Outros 05 01 - 08 TOTAL 100

Como pode ser visto, dados reais de um FEA de alto desempenho mostram que a carga metálica responde por cerca de 80% do custo do aço líquido produzido no FEA.

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2.2.1 – A Carga Metálica

O Brasil pelo seu perfil de consumo de aço, em qualquer dos segmentos, consome pouco, ao longo dos anos entre 80/90 kg per capita.

Assim também geramos pouca sucata e nossa siderurgia elétrica está estruturada para consumidor a seguinte carga básica de metálicos:

• Gusa sólido – cerca de 25%

• Sucatas de aço e de ferro fundido – 75%

• Ferro esponja – DRI – não considerado. Somente a USIBA produz e consome cerca de 500.000 t/ano.

Desta maneira, o ferro gusa é e será um importante componente da carga metálica para as Aciaria Elétricas. A ArcelorMittal – unidade de Juiz de Fora, já opera carregando cerca de 30% de gusa líquido na carga de seu FEA de 110 t/corrida. Isto corresponde a um consumo da ordem de 1.200 t/gusa líquido por dia, produzidos por 2 modernos Altos-Fornos a carvão vegetal, fornecido principalmente por produção própria do grupo ArcelorMittal. Estes são Altos-Fornos de 250 m3 de volume, com capacidade nominal de 600 t/gusa/dia. Os efeitos no FEA são:

• Aumento da produção por redução no tempo de corrida

• Redução no consumo de energia de cerca de 2,2 kWh/1% de gusa líquido adicionado

2.2.1.1 – Sucatas

Como conseqüência, sobre a importante Carga Metálica para FEA, nossos cálculos indicam (Trabalho ABM – Carga Metálica – 2008 - 2020, a ser apresentado no 40º Seminário de Aciaria – Internacional, em Maio de 2009 – Autores Lauro Chevrand e Fernando Souza Cândido), fundamentalmente que:

1. Existe sucata de obsolescência acumulada no país para suportar o crescimento da produção de aço via FEA dos atuais 8 milhões de

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2. A projeção é feita em base científica em modelo semelhante ao desenvolvido pelo WSD nos anos 90. Assim a falta de sucatas industrializadas vai sendo coberta pela sucata de obsolescência existente.

3. Quanto mais se necessita de sucata de obsolescência maior a necessidade de se incentivar a “catação” desta por meio de aumento de preços.

4. Mesmo dentro das incertezas que acompanham as projeções de brasileiras de aumento de produção, esta considerações são verdadeiras

5. Não consideramos o Ferro Esponja – DRI em nenhum momento como componente da carga metálica de FEAs no Brasil, a menos das mencionados 500 mil t/ano da GERDAU – USIBA.

De uma maneira concisa, podemos dizer:

Tradicional preponderância da rota integrada, não fomentou condições para o desenvolvimento de um forte mercado sucateiro independente; Nos últimos 12 meses produziu 35,232 Mt de aço bruto, dos quais 8,392

Mt foram através do processo de Forno Elétrico, consumindo na ordem de 9,536 Mt de sucata.

Praticamente, toda a sucata consumida no país é proveniente do território nacional.

O Mercado é caracterizado por baixos níveis de organização e transparência.

Os sucateiros em geral são poucos capitalizados e apenas responsabilizam pela coleta. Atuando pouco no beneficiamento/industrialização;

Desde modo os maiores consumidores acabaram desenvolvendo redes de fornecimento e atuam diretamente no beneficiamento garantindo o suprimento necessário

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Crescimento da produção siderúrgica em conseqüência da recuperação econômica da Ásia e do Leste Europeu;

Prevê-se uma crescimento maior na Ásia e na América Latina;

Elevação da produção mundial de aço bruto para níveis próximos a 1,6 bilhões de toneladas / ano;

Confirmando a continuidade das Mini-mills. A 31 % da produção mundial está sendo alavancada por Aciarias Elétricas que crescem na ordem de 4% ao ano e de 2005 para 2006 cresceu 7%, chegando a 393,115 Mt/a que gerou uma necessidade de sucatas da ordem de 446 Mt/ano;

Crescimento da demanda do ferro-gusa, denominado substitutos, mas que na verdade atuam como complementares à sucata no FEA;

Enobrecimento dos produtos siderúrgicos ofertados pelas usinas simi-integradas;

Quanto ao ferro-gusa, observa que ganha maior atratividade na siderurgia FEA quando o preço da sucata fica elevado;

2.2.1.2 – O Gusa Sólido como Carga Metálica.

Diferentemente do que se passa em outros países, o gusa sólido é de fundamental importância na carga dos Fornos Elétricos brasileiros. Isto se deve à nossa história carência de sucatas, devido ao baixo consumo per capita de aço verificado ao longo de décadas, aonde não chegamos a 100 kg/por habitante. Assim desenvolvemos e aperfeiçoamos o uso do gusa sólido, como componente de cerca de 30% da carga dos FEAs e que apresenta muitas propriedades importantes para a produção de aços onde destacamos:

1. É um produto industrializado, com características físicas e químicas adequadas.

2. É um produto isento de elementos contaminantes, como o Cu, Cr, Sn, Ni, Mo, etc., que afetam a qualidade dos aços.

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4. Contem o Carbono sob a forma de Fe3C, o que é altamente positivo sob o

ponto de vista energético.

Sua produção no entanto é feita no Brasil fundamentalmente por meio de carvão vegetal, muitas vezes oriundo de florestas nativas. Atualmente, os produtores se conscientizam da necessidade de ter florestas artificiais de eucalipto como fonte de carvão vegetal. No entanto esta situação é uma ameaça para o sistema.

Tendência – No Brasil seguiremos utilizando o gusa líquido ou solido como parte importante da carga metálica.

2.2.1.3 - O Ferro Esponja como componente da Carga

Metálica.

A inexistência de gás natural (GN) em volume e preços competitivos, não permitiu o desenvolvimento desta tecnologia no Brasil. Apenas a Gerdau – USIBA na Bahia utiliza ferro esponja na carga.

Tendência/Oportunidade - A descoberta anunciada de grandes reservas de GN, pode mudar o quadro, fazendo com que o Brasil seja no futuro um produtor de ferro esponja.

2.2.2 – Energia Elétrica

Neste documento não vamos analisar a disponibilidade de energia elétrica para FEAs. Apesar de eletro-intensivo os FEAs representam pouco no consumo e demanda do país. Assim consideramos que a energia elétrica necessária para os FEAs, não constituem empecilho para seu crescimento.

2.2.3 – Combustíveis Fósseis para o FEA.

Dentre os combustíveis fósseis existentes, o gás natural interessa particularmente ao FEA, pois permite a operação adequada do FEA, melhorando a situação dos chamados “pontos frios” dentro do forno além de contribuir diretamente para substituição da energia elétrica por energia fóssil, com vantagens operacionais importantes. Atualmente a maioria dos FEAs no Brasil usam o GN no processo.

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TR-24 - Aciaria Elétrica – Situação Atual e Tendência 2025 2.2.4 – ELETRODOS DE GRAFITE.

Eletrodos são um item fundamental no processo de FEA. No Brasil existe fábrica e ainda facilidades de importação do produto.

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3 – Rotas de Produção – Via LD e Via FEA.

Plantas Integradas

Plantas semi-integradas

ROTA ALTO-FORNO - LD

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Flujograma de la Metalurgia Primaria

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GLOSSÁRIO

1 – LD – abreviatura, de Linz e Donavitz, cidades austríacas onde o processo foi desenvolvid0.

2 – FEA – abreviatura de Forno Elétrico a Arco.

3 – DRI/HBI – designação, em inglês, dos produtos da redução direta; DRI - direct reduced iron / HBI - hot briquetted iron.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1 – Dados de publicação mensal do IBS

2 – Dados da Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais, publicados na revista Metalurgia mensalmente.