3 Metalurgia do ferro e as ligas metálicas
José Donizetti de Melo
Introdução
Nesse capítulo 3, mostraremos as mais importantes ocorrências do metal ferro e suas diferentes formas de metalurgias, as quais recebem o nome especial de siderurgia.
Também exploraremos os principais equipamentos utilizados em siderurgia, bem como, as principais formas de comercialização do ferro em suas diversas composições.
Trabalharemos também a importância das ligas metálicas na indústria metalúrgica moderna que é de vital importância para a execução de materiais de consumo para o mundo atual. As ligas metálicas foram desenvolvidas para melhorar a resistência e as aplicabilidades de peças e equipamentos do mundo atual.
Objetivos
Ao final de seus estudos, esperamos que você seja capaz de:
• identificar as ocorrências do metal ferro e suas diferentes formas de siderurgias;
• utilizar os principais equipamentos utilizados na siderurgia;
• explicar as formas de comercialização do ferro, considerando suas diversas composições.
Esquema
3.1 Ocorrência do ferro na natureza
3.2 Obtenção do ferro bruto, ferro fundido ou ferro gusa 3.3 Obtenção do ferro doce ou do ferro forjado
3.3.1 Ferro forjado (processo de pudelagem, processo histórico) 3.4 Ligas Metálicas: união de elementos para aumentar a força 3.5 Aços especiais: ligas para melhorar a tecnologias
3.6 Tratamentos térmicos do aço 3.7 Outras ligas metálicas
3.8 Principais processos de produção de ligas metálicas, diversos dos aços 3.9 Considerações finais
3.1 - Ocorrências do Ferro na natureza
Existem duas formas de ocorrências do ferro na natureza, a primeira é livre, isto e, sem combinação química e a segunda é combinado com oxigênio, ou seja, nas formas de óxidos. Vejamos a seguir.
1º Livre - sem combinação química: Os meteoritos encontrados na superfície terrestre apresentam moléculas gigantes de ferro não combinado e isento de outros elementos.
2º Ferro combinado com oxigênio, ou seja, nas formas de óxidos:
a) Minério de Hematita: cujo princípio ativo é o óxido férrico (Fe2O3) com teor de ferro de até 65%.
b) Minério de Limonita: cujo princípio ativo é o óxido férrico hidratado (Fe2O3.1,5H2O ou 2Fe2O3.3H2O) com teor de ferro de até 55%.
c) Minério de Magnetita: cujo princípio ativo é o tetróxido de triferro (Fe3O4 ou FeO.Fe2O3) com teor de ferro de até 70%.
d) Minério de Siderita: cujo princípio ativo é o carbonato ferroso (FeCO3) com teor de ferro de até 40%.
e) Minério de Pirita: cujo princípio ativo é o bissulfeto ferroso (FeS2) com teor de ferro de até 45%.
A hematita é o minério de ferro mais abundante, porém, como se percebe pelas porcentagens, o de maior concentração é a magnetita. A limonita apresenta como inconveniente a ocorrência de fósforo, e a pirita a ocorrência de enxofre. Estes dois elementos (fósforo e enxofre) prejudicam a qualidade do aço tornando-o quebradiço.
As maiores jazidas de ferro ocorrem no Brasil, Estados Unidos, Rússia, França, Inglaterra, Alemanha, Canadá, Suécia, Venezuela, China, Índia e Espanha.
No Brasil, as principais jazidas ocorrem em Minas Gerais, Mato Grosso Amapá e Bahia.
As reservas brasileiras conhecidas atingem a 25 bilhões de toneladas de minério, de teor variável entre 50% e 69% em ferro.
3.2 Obtenção do ferro bruto, ferro fundido ou ferro gusa
O ferro é obtido em altos fornos, os quais possuem altura que ultrapassa a 30 metros, diâmetro que atinge até 10 metros. A forma geométrica do alto forno é tal que podemos dividi-lo em três partes: são dois troncos de cone e um cilindro. Os dois troncos de cone são unidos pela base maior, o conjunto se apoia sobre a base cilíndrica. O tronco de cone inferior é chamado cuba, e o superior é chamado corpo, enquanto que a base cilíndrica é chamada de cadinho. As paredes do alto forno são revestidas de tijolos refratários (tijolos de sílicas), cuja espessura atinge até 1,00 metro.
Figura 1- Alto Forno
Fonte: https://www.google.com.br/search?q=imagens+de+alto+forno+de+siderurgia.
O minério de ferro mais usado é a hematita, e sua ganga é constituída de sílica.
Pela parte superior do alto forno (uma abertura chamada boca ou goela), introduz-se uma mistura de minério, coque (resíduo da destilação da hulha), e calcário (carbonato de cálcio). Na parte inferior do alto forno (cuba), existem dispositivos de entrada de gases chamados ventaneiras. Por eles, se introduz ar quente sob pressão. O ar queima com o coque liberando calor, e a temperatura atinge até 1500ºC.
C + O2 CO2
A alta resistência mecânica dos fragmentos de coque permite a ocorrência de espaços vazios para a circulação do ar insuflado. No início da insuflação do ar, o oxigênio ocorre em excesso em relação ao coque, resultando gás carbônico. Mas durante a acessão, o dióxido de carbono entra em contato com o excesso de coque, reduzindo-se a monóxido de carbono.
CO2 + C 2 CO
∆
O monóxido de carbono é agente redutor poderoso, e reduz o óxido de ferro metálico, através das seguintes etapas:
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
∆
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
∆
FeO + CO Feº + CO2
∆
Obs.: As três conversões ocorrem num intervalo de temperatura entre 400ºC e 800ºC.
O ferro resulta no estado sólido, porém, na parte inferior do alto forno, ele sofre fusão depositando-se no cadinho.
Obs.: O ponto de fusão do ferro é da ordem de 1500ºC, mas a existência de impurezas diminui o seu ponto de fusão para a casa dos 1100ºC.
O cadinho e a cuba são resfriados para se obter ferro abaixo de 1500ºC, sem prejuízo para o processo.
O minério e a sílica (ganga), são introduzidos, mas a sílica possui ponto de fusão superior à temperatura do alto forno, pois a sílica tem ponto de fusão da ordem de 1600ºC. Por este motivo, introduz-se calcário a fim de formar silicato de cálcio, o qual é mais fusível que a sílica. Nesse caso, o calcário faz a função de fundente.
CaCO3 CaO + CO2
∆
CaO + SiO2 CaSiO3
∆
Obs.: As duas conversões ocorrem entre 800ºC e 1100ºC.
O silicato de cálcio recebe o nome de escória e deposita no cadinho, sobre o ferro, de onde é retirado ainda no estado líquido.
De hora em hora, retira-se o ferro líquido através de dispositivos na base do através de canaletas, sendo recolhido em recipientes chamados caçambas.
Obs.: O processo é espetacular e recebe o nome fantasia de "corrida do ferro".
O ferro obtido é chamado ferro bruto, ferro gusa ou ferro fundido. Veja a seguir suas composições.
• Gases do alto forno
O alto forno é um gigantesco equipamento de redução e conversão, então vamos dar algumas noções de seu funcionamento.
Pela parte superior do alto forno, recolhe-se uma mistura gasosa contendo: nitrogênio - 60%, monóxido de carbono - 30%, e outras quantidades menores de gás carbônico (CO2), hidrogênio (H2), etc.
Essa mistura gasosa sai do alto forno na temperatura de 250ºC e o seu calor é aproveitado para aquecer o ar insuflado no alto forno.
Obs.: A saída do alto forno é interligada a um túnel revestido com ladrilhos cerâmicos superaquecidos. Quando atravessados pelo ar, transfere calor, superaquecendo os gases de combustão. A mistura gasosa recolhida do alto forno é extremamente combustível, devido principalmente ao monóxido de carbono. O calor gerado é utilizado nas caldeiras, na fabricação do aço, e em inúmeras outras aplicações da indústria siderúrgica.
A escória resultante do processo, é utilizada na fabricação de cimento, argamassas e pedras de pavimentação. Mas falaremos sobre isso em outra oportunidade.
• Particularidades sobre o alto forno
a) A ganga do minério de ferro possui em menor quantidade silicato de alumínio e, como consequência, a escoria apresenta aluminato de cálcio (Ca(AlO2)2).
b) A forma do corpo do alto forno facilita a queda do minério, coque e fundente, e o contrário se verifica na cuba.
c) A queda de temperatura no interior do alto forno, provoca a ascensão dos gases como em uma chaminé.
d) O combustível prioritário para os altos fornos é o coque, na falta dele ou se a distância de transporte inviabilizar o seu uso, ele pode ser substituído por carvão vegetal, porém, nestes casos os fornos são bem menores. O procedimento é necessário devido a menor resistência mecânica do carvão vegetal. Sendo assim, ele não suporta a altas tonelagens de minério e fundente, sem ser esmagado e isso impediria a circulação de ar insuflado. Na Suécia, país rico em florestas, obtém-se o ferro com carvão vegetal. No Brasil, a Companhia Siderúrgica da Guanabara (COSIGUA), também produz ferro gusa com carvão vegetal (mais de 10.000 toneladas anualmente).
e) Antes do minério de ferro ser introduzido no alto forno, ele é submetido a aquecimento prévio para eliminar água, decompor carbonatos e oxidar sulfetos, resultando os respectivos óxidos.
f) Quando a ganga do minério de ferro for calcário, durante o aquecimento produz cal viva, cujo ponto de fusão é 2600ºC. Sendo assim, utiliza-se sílica como fundente a fim de resultar escória líquida. Conforme já comentamos, quando a ganga é sílica o fundente é o calcário para a mesma finalidade. Resumindo: Se a ganga for ácida (sílica),
o fundente será básico (calcário), e vice versa, resultando produto fusível em ambos os casos.
g) No interior do alto forno, ocorre reação entre uma pequena quantidade de ferro e carbono, resultando carbeto de ferro chamado cementita (Fe3C).
Fe
3 Feº + Cº Fe3C Fe==C
Fe
A cementita é um composto muito duro, porém quebradiço (nota-se pelas anormalidades das valências do ferro e do carbono na cementita).
Volume de produção: A capacidade de um alto forno é da ordem de 1000 toneladas de ferro por dia (dia de 24 horas, pois o alto forno não pode ser desligado, a não ser em casos emergentes de reparos). Na produção de 1000 toneladas de ferro, há consumo de 2000 toneladas de minério, 1000 toneladas de coque e 500 toneladas de calcário. O volume de ar insuflado é de 4 milhões de metros cúbicos, e o volume de água necessário para resfriar o cadinho é de 30 mil metros cúbicos. A quantidade de escória resultante é a metade da quantidade de ferro produzido, ou seja, 500 toneladas/dia, e quantidade de ar recolhido na tragagem é de 5 milhões de metros cúbicos.
Composição do ferro bruto: O ferro resultante do alto forno contém 4% de carbono na forma de cementita, 2% de silício, e menores quantidades de fósforo, enxofre e manganês. O fósforo e o enxofre são provenientes do coque.
Se o ferro gusa líquido resfriar lentamente, o carbono cristaliza-se na forma de grafite.
Fe3C 3 Feº + Cº Resfriamento lent
Obtém-se assim o chamado ferro gusa cinzento ou ferro fundido de primeira fusão.
Se o ferro gusa de primeira fusão for novamente fundido e resfriado bruscamente, a cementita não se decompõe, obtendo-se o ferro gusa branco ou ferro de segunda fusão (o resfriamento é feito em recipientes de ferro).
O ferro de segunda fusão é mais duro, porém mais quebradiço que o de primeira fusão.
Ambos são pouco resistentes, e por isso, são empregados na confecção de peças submetidas à pequenos esforços, tais como: estufas, fogões, carenagens, etc. A grande vantagem do ferro fundido é a de ser mais barato.
3.3 Obtenção do ferro doce ou ferro forjado:
3.3.1 Ferro forjado (processo de pudelagem, processo histórico)
O ferro doce é o ferro que contém uma porcentagem de carbono inferior a 0,2% e é praticamente isento de outras impurezas do ferro bruto. A sua obtenção consiste em aquecer o ferro de primeira fusão (ferro gusa cinzento), sobre o leito de óxido férrico, num forno especial chamado forno de revérbero. Nesse forno, o ferro é aquecido por reflexão da chama, através de uma abóboda achatada. O procedimento é chamado
"reverberação da chama".
Figura 2 - Forno de reverbero
Fonte: https://www.google.com.br/search?q=imagens+do+forno+de+revérbero.
No aquecimento, o ferro bruto sofre fusão e suas impurezas são oxidadas pelo óxido de ferro. O carbono é oxidado a monóxido de carbono, o qual é queimado na chaminé, resultando gás carbônico.
Que tal relembrarmos alguns termos?
Pudelagem é o Método de obtenção de ferro doce pelo forno de revérbero.
Revérbero: Forno de fundição de óxido férrico e ou sucata através de inclinação lateral da chama.
Relembrando!
3 Cº + Fe2O3 2 Feº + 3 CO 2 CO + O2 2 CO2
Os elementos silício, fósforo e enxofre são oxidados, formando seus respectivos óxidos de acordo com as seguintes equações:
Siº + 2 Fe2O3 4 FeO + SiO2
2 Pº + 5 Fe2O3 10 FeO + P2O5
Sº + 3 Fe2O3 6 FeO + SO3
Os óxidos formados são em seguida salificados pelo óxido ferroso.
SiO2 + FeO FeSiO3
P2O5 + 3 FeO Fe3(PO4)2
SO3 + FeO FeSO4
Finalmente, o manganês é oxidado a óxido manganoso, o qual também é salificado pelo óxido de silício (esse, ocorre em maior quantidade que os outros dois óxidos ácidos).
2 Mnº + Fe2O3 2 MnO + FeO MnO + SiO2 MnSiO3
Os quatro sais resultantes dão origem à escória, a qual sobrenada o ferro "puro". Esse processo de obtenção de ferro puro (utilizando o forno de revérbero) recebe o nome de pudelagem.
A retirada de ferro consiste em mergulhar a extremidade de uma barra de ferro, obtendo- se por adesão bolas de ferro que chegam a pesar 100 kg. Essas bolas apresentam incrustações de escória, e, por este motivo, são submetidas a martelagem (utiliza-se o equipamento chamado martelo a vapor). Por meio desta forja, as partículas de escória se destacam, obtendo-se o ferro doce (também chamado ferro forjado).
O ferro doce possui ponto de fusão da ordem de 1500ºC, enquanto que os pontos de fusão dos ferros cinzento e branco, são respectivamente, 1200ºC e 1100ºC.
O ferro doce é muito mais resistente e maleável que os dois ferros brutos. Por esse motivo, é empregado na confecção de objetos que são submetidos a esforços bruscos, tais como: correntes, eixos, tubos de caldeiras, âncoras, parafusos pregos, rebites, substâncias refratárias, entre outros.
A presença de traços de fósforo no ferro doce, torna-o quebradiço à frio, e a presença de traços de enxofre torna-o quebradiço à quente.
No forno de revérbero, o leito de óxido férrico pode receber uma alimentação suplementar de ferro enferrujado, ferro velho reciclável (sucata). A ferrugem nada mais é que óxido férrico, isSo gera economia e agrega valor de reciclagem, pois favorece a viabilidade ambiental do processo.
O ferro doce está sendo substituído gradativamente, pelo chamado aço doce, que será estudado em outra oportunidade.
3.4 Ligas metálicas: união de elementos para aumentar a força O que são as ligas metálicas e para que servem?
As ligas metálicas surgiram a cerca de 5000 anos atrás, os registros indicam que provavelmente a primeira liga de sucesso tenha sido o bronze. Uma liga metálica nada mais é do que a união homogênea de dois ou mais elementos, onde pelo menos um é um metal.
Vamos entender como funciona uma liga metálica. Os metais individualmente apresentam suas propriedades particulares. Mas a ciência química descobriu, com o passar dos anos, que, unindo-se forças diferentes de elementos, era possível criar condições melhores de sua utilização. Sendo assim, a evolução da tecnologia mostrou que os resultados são satisfatórios a cada dia. A ciência química não obteve todas as
repostas, mas conforme a ciência é desafiada, novas respostas são obtidas.
Vamos começar abordando o aço.
1 - Aço - Ligas de Ferro/Carbono:
A liga de ferro que contém de 0,2 a 1,7% de carbono recebe o nome de aço comum.
Portanto, é o aço utilizado em construções civis e na construção de trilhos ferroviários, é ferro com uma proporção de carbono, intermediária entre o ferro doce e o ferro fundido.
O aço leva a vantagem sobre o ferro doce pelo fato de ser mais duro e de maior resistência mecânica à tração, à compressão, à flexão, à torção, enfim, à tenacidade.
Leva também a vantagem sobre o ferro fundido, por ser maleável e dúctil.
• Obtenção dos aços
Os antigos processos de obtenção do aço consistiam em preparar inicialmente o ferro doce (pudelagem), e em seguida adicionar a quantidade necessária de carvão. Este
Importante!
processo nunca foi econômico, por isso foi abandonado. Os processos mais famosos utilizados são os processos Bessemer e o Siemens Martin.
• Processo Bessemer
O nome do processo foi dado em homenagem ao seu inventor Henry Bessemer ainda no século XIX.
Figura 3 – Forno piriforme
Fonte: https://www.google.com.br/search?q=imagens+do+converssor+Bessemer.
Neste processo utiliza-se um forno piriforme (formato ovóide), chamado conversor Bessemer. O conversor é móvel, podendo sofrer rotação em torno de seu eixo.
O conversor é carregado com cerca de 30 toneladas de ferro bruto líquido (proveniente do alto forno). Pela base do conversor, insufla-se ar sob pressão de duas atmosferas como mostram as equações a seguir:
2 Cº + O2º 2 CO Siº + O2º
SiO2
4 Pº + 5 O2º 2 P2O5
2 Sº + 3 O2º 2 SO3
2 Mnº + O2º 2 MnO
As reações são bastante exotérmicas, e o calor liberado é suficiente para aquecer o ar insuflado e manter o ferro puro em estado de fusão (ponto de fusão do ferro 1500ºC). O monóxido de carbono resultante, queima, na boca do conversor, produzindo uma chama
branca e muito brilhante de cerca de três metros de altura, acompanhada de um ruído semelhante ao barulho de um Trovão.
2 CO + O2º 2 CO2
Mais de 10% do ferro é oxidado a óxido ferroso pelo ar insuflado.
2 Feº + O2º 2 FeO
Parte deste óxido ferroso resultante, e o óxido de manganês, são salificados pelos óxidos ácidos, resultando em escória.
FeO + SiO2 FeSiO3
FeO + SiO3 FeSO4 3 FeO + P2O5 Fe3(PO4)2
MnO + SiO2 MnSiO3
Após 20 minutos, o conversor é colocado na posição horizontal a fim de decantar a escória, permanecendo ferro e óxido ferroso. Para se obter o aço, junta-se uma liga de ferro, manganês e carbono, chamada ferro especular (Spiegeleison). O manganês desta liga, tem por finalidade reduzir o óxido ferroso a ferro metálico.
FeO + Mnº Feº + MnO escória Resulta-se assim aço e escória, os quais são separados por decantação.
O inglês Bessemer era balístico, e a fim de conseguir canhões de maior alcance, teve a ideia de substituir, pela primeira vez, os canhões de bronze pelos canhões de aço, o que levou ao processo já citado. Entretanto, como em geral acontece, a sua formalização foi difícil, e Bessemer, que era um homem rico, gastou toda sua fortuna, até atingir o fim desejado. Mas, após a implementação de sua invenção, conseguiu fortuna ainda maior. E o que é mais importante, conseguiu a imortalidade.
Curiosidade!
• Processo Siemens Martin
Este processo siderúrgico se deve ao Francês Pierre Martin e ao Engenheiro Wilhelm Siemens. O processo Siemens-Martin surgiu em 1865, e veio numa época de incertezas contra o processo de Bessemer. O processo facilitou a possibilidade de reciclagem real de sucata de ferro (50%), o que agregou valor financeiro ao processo.
Figura 4 – Processo siderúrgico
Fonte: https://www.google.com.br/search?q=imagens+do+reator+Siemens+Martin.
A carga proveniente do alto forno é aquecida com uma mistura gasosa, em mistura com ar recuperado em altas temperaturas. Quando a temperatura atinge a 1650º C, as reações de conversão se iniciam. Reforçando, o ferro gusa líquido ou sólido e a sucata sólida são submetidos às reações de conversão.
O processo resulta em um processo de um forno regenerativo a gás. A grande vantagem do processo é a reciclagem de sucata (ferro velho).
O mundo moderno necessita muito da reutilização de materiais! Hoje temos que pensar em uma sociedade ambientalmente correta!!!
Ponto chave!
Vários outros processos de fabricação de aço, são implementados, porém eles são baseados nas técnicas anteriores, então temos que entender que por melhor que seja a tecnologia atual, nada pode ignorar as descobertas do passado.
3.5 Aços especiais: ligas para melhorar a tecnologia
Os aços especiais, são ligas metálicas cujo objetivo é melhorar a resistência, a estabilidade e a eficiência do material a ser aplicado.
Os chamados aços especiais são utilizados na confecção de eixos, ferramentas cortantes, engrenagens, instrumentos cirúrgicos, blindagens, cabos, peças para automóveis, entre outros.
Esses aços são constituídos de ferro carbono, e pelo menos um dos seguintes elementos: manganês, cromo, tungstênio, vanádio, cobalto, molibdênio, níquel, cobre e silício. Nesses aços especiais, as porcentagens de manganês, cromo ou tungstênio (wolfrâmio) podem atingir a 20%; as porcentagens de níquel ou cobalto atingem até 40%; já a porcentagem de silício pode atingir a 15 %, e a porcentagem de carbono varia entre 0,08% e 1,7%.
Na modernidade tivemos a descoberta do nióbio, o qual levou a composição de um aço extremamente resistente, chamado aço nióbio, empregado na construção de super petroleiros, e de cápsulas espaciais, por ser um aço de alta resistência ao atrito e a temperatura. Ele não pega fogo quando a cápsula entra na atmosfera terrestre acerca de 40 mil quilômetros horários.
Então, a seguir, vamos a um resumo para entendermos como são.
• Aço Manganês: É um aço extremamente duro e resistente ao desgaste. É utilizado na confecção de cofres, blindagens, couraças, máquinas de moagem, etc. Este aço apresenta até 15% de manganês.
• Aço Níquel: É muito resistente à tração e a corrosão. É também chamado aço ínvar, contém 36% de níquel e possui baixo coeficiente de dilatação. Sua utilização é principalmente em instrumentos de precisão, como réguas, balanças, pêndulos e peças de relógios.
• Aço Cromo: É uma liga de aço muito resistente à compressão, à torção e à tração. É tenaz, sendo utilizado na confecção de eixos e peças de automóveis.
Este aço apresenta até 15% de cromo.
• Aço Tungstênio ou aço wolfrâmio: A fusão da mistura de alimentação conserva a têmpera em altas temperaturas, sendo utilizado em ferramentas cortantes, peças para tornos, e peças submetidas a alta rotação. Este aço apresenta até 20% de tungstênio.
• Aço Molibdênio: Tem características e propriedades semelhantes às do aço tungstênio. Esta variedade apresenta até 5% de molibdênio.
• Aço Silício: É uma variedade muito importante para o mundo moderno. É muito duro e tenaz. É também resistente à ação corrosiva dos ácidos e empregado na confecção de transformadores elétricos. Este aço apresenta até 15% de silício.
3.6 Tratamentos térmicos do aço
A qualidade do aço pode ser melhorada por meio de processos chamados tratamentos térmicos. Os principais são: Têmpera, Revenido, Recozimento e Sinterização.
1º) Têmpera: Consiste no aquecimento do aço até a incandescência, com posterior resfriamento brusco em água ou óleo. Resulta-se, assim, um aço muito duro e quebradiço, sendo utilizado na fabricação de instrumentos cirúrgicos e de navalhas.
2º) Revenido: O aço temperado é aquecido até 300ºC, depois deixado resfriar lentamente. Obtém-se um aço com a mesma dureza do temperado, porém menos quebradiço.
3º) Recozimento: O aço bruto é aquecido até a incandescência e deixado resfriar lentamente. O aço recozido é brando (mole) e maleável.
4º) Sinterização: Submete-se o aço bruto a aquecimento intenso, em presença de atmosfera de nitrogênio. Verifica-se a formação de nitreto de ferro (Fe3N2) na superfície da peça de aço. O nitreto de ferro, aderente na superfície, com o resfriamento, aumenta a dureza e a resistência da peça de aço. A sinterização é também muito aplicada a aços especiais.
3.7 Outras ligas metálicas
Vamos começar a exemplificar algumas ligas metálicas tradicionais na história dessas ligas.
Vejamos os exemplos:
a) Latão: liga de cobre e zinco.
b) Bronze: liga de cobre e estanho.
c) Duralumínio: Liga de alumínio e zinco, podendo conter ferro nas formulações mais pobres.
d) Aços: Liga de ferro e carbono para o aço comum, podendo conter outros elementos, conforme estudado no item anterior.
e) Amalgama: Liga de mercúrio com outros metais, tais como: prata, ouro, platina, sódio, entre outros.
f) Ferro/Nióbio: Liga moderna extremamente resistente e cara. Contém a proporção atômica 4Fe.6Nb.
A liga ferro/nióbio é considerada por muitos, uma variedade de aço. Porém sua fabricação possui detalhes especiais.
• Obtenção da liga ferro - nióbio
A Aluminotermia é também usada para a produção da liga ferro – nióbio.
Figura 5 – Liga de ferro/nióbio
Fonte: https://www.google.com.br/search?q=imagens+da+liga+ferro+nióbio.
Inicialmente prepara-se um leito de areia, e sobre ele coloca-se um reator (cadinho) de ferro revestido de sílica refratária. O reator é carregado com uma mistura de pentóxido de nióbio (Nb2O5), óxido de ferro e alumínio em pó.
O pentóxido de nióbio (Nb2O5) é proveniente da purificação do minério pirocloro, e o óxido férrico (Fe2O3) vem da purificação da hematita.
Na superfície da mistura é introduzida uma fita de magnésio, que é acesa para dar início à combustão. Durante a combustão, o alumínio queima com o oxigênio do óxido e do pentóxido. Haverá redução dos 02 (dois) metais (nióbio e ferro), enquanto o alumínio se oxida resultando Alumina (Al2O3) como escória.
3 Nb2O5 + 2 Fe2O3 + 14 Al 4 Fe . 6 Nb + 7 Al2 O3
A temperatura do sistema sobe rapidamente e atinge cerca de 3000ºC. Como consequência, a Liga Ferro – Nióbio, resulta no estado líquido acomodada sobre o leito de areia. A escória, por ser menos densa, permanece sobre a liga.
Depois de algumas horas um guindaste retira o reator (cadinho), e a liga é transportada para um britador, em que as mandíbulas gigantes trituram o material em pedaços pequenos (menor que 5,00 ou 6,00 cm).
A liga obtida é conhecida como minério de ferro – nióbio, e tem grande aplicação na fabricação de aços especiais, cujas finalidades são muito variadas no mundo moderno, tais como: construção de oleodutos, gasodutos e minerodutos; em navios superpetroleiros, em naves espaciais; em máquinas modernas de precisão, entre outros.
3.8 Principais processos de produção de ligas metálicas, diversos dos aços Em geral, a maioria das ligas metálicas são obtidas por três processos: por fusão dos metais constituintes; por compressão dos metais constituintes homogeneizados em pó;
por fusão dos metais constituintes homogeneizados em pó.
Vejamos cada um deles.
1) Por fusão dos metais constituintes:
Neste processo, os metais são aquecidos até a fusão, e, em seguida, a mistura é homogeneizada e deixada resfriar, onde resulta a liga. Este processo é muito empregado, pois geralmente os metais são miscíveis no estado líquido.
Obs.: Constituem exceção o chumbo e o zinco, que não são miscíveis no estado líquido.
2) Por Compressão dos metais constituintes homogeneizados em pó: Consiste em submeter a mistura dos metais, depois de reduzidos a um fino pó, a forte compressão em prensas de alta capacidade, e forte aquecimento.
Este processo apresenta as seguintes vantagens:
a) Obtenção de ligas metálicas, cujos metais não são miscíveis no estado líquido.
b) Obtenção de ligas de metais de altos pontos de fusão, tais como: Tungstênio, prata, cobalto, molibdênio, cobre, ferro, níquel, entre outros. Nesse caso, devido à delimitação das prensas, o processo de compressão só é utilizado para a obtenção de pequenas quantidades, enquanto que o método da fusão possui a vantagem de produção em larga escala.
c) O processo permite obter ligas de diferentes graus de porosidade, o que é muito importante nas construções, por exemplo de: mancais onde os poros têm a função de reter o lubrificante.
Obs.: Os metais que sofrem contração durante a fusão, como é o caso do ferro, quando submetidos à compressão, tem o seu ponto de fusão diminuído (o mesmo acontece com o gelo). Por este motivo, existe também o processo de fusão por compressão, como já descrito anteriormente.
Primeiro link sugerido
No vídeo a seguir, intitulado “Como se faz o aço?”, da série “Como se faz?”, disponibilizado no canal “Baú do Conhecimento”, você pode ver, passo a passo, a produção do aço. Para isso, acesse:
https://www.youtube.com/watch?v=hJfuCvdtnCA
Pesquisando na Web!
Segundo link sugerido
No vídeo a seguir, “Fluxo de produção do aço – Usiminas”, disponibilizado no canal da empresa, ela mostra como realiza o seu processo de produção do aço.
Para assistir, acesse:
https://www.youtube.com/watch?v=mdLwjRpZucM
Os vídeos são interessantes pois trazem o processo no dia a dia, com os detalhes da siderurgia.
Vale a pena assistir!
