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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
O ferro
Elemento Metálico
Projeto FEUP 2015/2016 - Mestrado Integrado em Engenharia Metalúrgica e
Materiais/ Licenciatura em Engenharia de Minas e Geoambiente
Coordenadores Gerais - Armando Sousa, Manuel Firmino e Sara Ferreira
Coordenadores de Curso - Sónia Simões e Alexandre Leite
Equipa EMM17:
Supervisor: Alexandre Leite Monitor: Alberto Barros
Estudantes & Autores:
Bruno Pereira [email protected] João Pedro [email protected]
Filipa Castro [email protected] Inês Casas [email protected]
Filipe Lopes [email protected] Igor Sousa [email protected]
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Resumo
No âmbito da unidade curricular “Projeto FEUP”, este relatório visa dar a
conhecer o processo extração mineira do ferro (como se extrai e se transporta) e
visa também os processo que o ferro sofre do seu estado natural até chegar às
aplicações do quotidiano. Abordar-se-á uma mina no Brasil e uma em Portugal, os
diferentes tipos de processo de separar o ferro, os processos de obtenção de ferro
e as suas aplicações.
Palavras-Chave: Minérios, Separação Magnética, Altos-Fornos, Aço, Ferro Fundido,
Agradecimentos Queríamos desde já agradecer a todas as pessoas envolvidas no Projeto FEUP
que, através do seu trabalho e dedicação constante, permitiram uma excelente
adaptação dos alunos na Faculdade de Engenharia.
Agradecimento especial ao orientador do Projeto FEUP, professor Alexandre
Leite, e claro, ao monitor Alberto Barros.
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Índice
Lista de figuras 4
Lista de tabelas 4
1-Introdução 5
2-Exploração mineira 7
2.1-Em Portugal 7
2.2-No Brasil 9
3-Separação dos minérios 10
3.1-Separação magnética por via seca 11
3.2- Separação magnética via húmida 11
4-Processo da obtenção da gusa 11
4.1-Preparação para o Alto-forno 12
4.2-Combustíveis 13
4.3- Constituição do Alto-Forno 14
4.3.1-Funcionamento do Alto-Forno 15
4.4-Produto Final 16
5-Ligas metálicas 17
5.1-Ligas ferrosas 18
5.1.1-Aços 19
5.1.2-Ferro fundido 23
6-Conclusões 26
8-Referências bibliográficas 27
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Lista de figuras
Figura nº1- Mineral Magnetite
(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d4/Magnetite-usa51d.jpg)
Figura nº 2- Mineral Siderite
(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Siderite-65651.jpg)
Figura nº3- Mineral Hematite
(http://whataearth.com/wp-content/uploads/2013/11/Hematite-270153.jpg)
Figura nº 4- Mineral Limonite
(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2e/LimoniteUSGOV.jpg)
Figura nº 5- Localização de Moncorvo no mapa
(https://www.google.pt/maps/place/Torre+de+Moncorvo/@39.5642957,-7.425688
9,7z/data=!4m2!3m1!1s0xd3b824d0b643b2f:0xcf46a6a2f6b3b922)
Figura nº 6- Mina de Moncorvo
(http://ondalivrefm.net/wp-content/uploads/2012/06/minas-torre-de-moncorvo.j
pg)
Figura nº 7- Mina de Carajás
(http://noticiasdeparauapebas.com/news/wp-content/uploads/2014/11/carajas.j
peg)
Figura nº 8- Exterior de um Alto-Forno
(http://assets3.exame.abril.com.br/assets/images/2011/1/23095/size_810_16_9_
Hyundai_Steel.jpg)
Figura nº 9- Esquema do Interior de um Alto-Forno
(http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAAMtIAH-1.jpg)
Figura nº 10- - Varões de Aços Calibrados
(http://www.sideracos.pt/images/a%C3%A7o_gde.JPG)
Figura nº 11- Material de aço de baixo carbono
(http://www.mecanicaindustrial.com.br/wp-content/uploads/2015/06/aco-com-b
aixo-teor-de-carbono.jpg)
Figura nº 12- Peça industrial em aço de médio carbono
(http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/imagens/pecas-industriais-de-aco-
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de-carbono-medio.jpg)
Figura nº 13- Bobine em aço de alto carbono
(http://syntex.com.br/wp-content/uploads/2012/07/aco-bobinas-alto-carbono1.jp
g)
Figura nº 14- Panela em ferro fundido
(http://mlb-s1-p.mlstatic.com/panela-parmegiana-de-ferro-fundido-fumil-panela-
mineira-14227-MLB2769650808_062012-O.jpg)
Lista de tabelas
Tabela 1 - Percentagens dos elementos de acordo com o tipo de Ferro Fundido
1.Introdução
O ferro é usado há mais de 5000 e tem vindo a sofrer grandes evoluções ao longo do tempo. Assim, desde o fabrico de ferramentas e armas medievais, até ao armamento da Época Moderna e às inúmeras edificações dos últimos dois séculos, a presença do ferro no ambiente que nos rodeia tem sido uma constante. Os materiais de ferro descobertos em explorações arqueológicas na pirâmide de Gizé, no Egipto, são hoje uma das provas da grande importância que este elemento tem tido ao longo da história.
Encontrar naturalmente o ferro que conhecemos não é possível, uma vez que este é unicamente acessível através dos seus minérios. Isto é, através de minerais que contém ferro, sendo os principais a hematite (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), pirite (FeS2), limonite (Fe2O3.H2O) e siderite (FeCO3). Como tal, é necessário recorrer a certos processos para extraí-lo do mineral. Esses processos ocorrem essencialmente sujeitando os minérios a um processo de separação magnética, seguindo-se depois as transformações nos Altos-Fornos.
❏ Magnetite - Este mineral é dos mais importantes na industria siderúrgica.
Tem uma cor, normalmente, negra e um brilho metálico. É um material quebradiço e muito magnético.É constituído por 72,4 % de Fe e 27,6% de O2.
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É encontrada normalmente em pequenos grãos de rochas metamórficas. Quando este mineral é aquecido a uma temperatura de 550ºC transformasse em hematite.(Fig.1)
Figura 1 - Mineral Magnetite
❏ Siderite - Pertence ao grupo dos carbonatos. É constituída por 62,1% de Fe e 37,9% de CO2, tem um brilho vítreo, é castanha clara ou escura. Na natureza aparece misturado com outros carbonatos (magnésio; etc.). Este mineral aflora à superfície por ação do oxigénio e da humidade do ar e lentamente vai se transformando em limonite.(Fig.2)
Figura 2 - Mineral Siderite
❏ Hematite - A Hematite é constituída por 70% de Fe e 30% de O2. É uma
rocha avermelhada, preta ou cinza metálica. Este mineral é comum, ocorre em rochas metamórficas e encontram-se em locais onde existe água, como o fundo de um lago, em fontes de água mineral quente e ainda na em zonas sem água como resultado de atividade vulcânica.(Fig.3)
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Figura 3 - Mineral Hematite
❏ Limonite - A limonite(Fig.4) pertence ao grupo dos óxidos de ferro hidratado. Estes podem estar presentes em zonas com água (lagos; pântanos). Tem uma cor alaranjada e são constituídos por 60 % Fe e 40% O2.
Figura 4 - Mineral Limonite
2. Exploração Mineira
2.1 Em Portugal
As Minas de Ferro de Moncorvo(Fig.5) situam-se no Distrito de Bragança,
Concelho de Torre de Moncorvo, e são consideradas as maiores jazidas de minério
de ferro da Europa.
Estas minas foram objecto de exploração até ao fim do século XVIII. A primeira
experiência de exploração decorreu na década de 1790 e, a partir dos anos 70 do
século XIX, renovou-se o interesse pelas concessões mineiras de Moncorvo,
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chegando-se a registar 35 concessões. Entre 1951 e 1976 foram exportadas mais de
1.700.000 toneladas de minério de ferro de Moncorvo. Entre os minérios de ferro
mais comuns estão a hematite (Fe2O3), a magnetite (Fe3O4), a limonite (Fe2O3 .
H2O) e a siderite (FeCO3).
Figura 5 - Localização Geográfica de Moncorvo
Na mina de Torre de Moncorvo(Fig.6) são frequentes os xistos,grauvaques e
quartzitos, salientando-se ainda a presença de extensos depósitos de vertente.
Existem também extensas áreas de granitos, no sector noroeste. Os únicos
impactos a assinalar na geologia como consequência desta exploração
consistem nas alterações na geomorfologia resultantes da escavação. Uma das
vantagens da exploração do ferro em Moncorvo reside no facto dos minérios
possuírem lítio, matéria prima que vai quadruplicar na procura nos próximos 10
anos,e que é utilizada por exemplo nas baterias para automóveis elétricos.
As minas de Moncorvo vão ser ,segundo as perspetivas, novamente exploradas
no final de 2016, uma vez que foram identificadas 558 milhões de toneladas de
reservas provadas e prováveis e 254 milhões de toneladas de reservas possíveis
deste minério.
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Figura 6 - Mina de Moncorvo
2.2 No Brasil
O Brasil é um dos maiores produtores de ferro do mundo, com cerca de 235
milhões de toneladas. Localizada no Sudeste do Pará, a mina de Carajás(Fig.7), é
considerada uma das maiores jazidas de ferro do mundo, e começou a ser
explorada em 1967.
Esta mina possui grandes reservas de ferro e manganês, sendo que, em média,
há uma produção mineral de 50 milhões de toneladas anuais. O minério de ferro de
Carajás é importante não apenas pela quantidade em que se encontra,mas também
pela qualidade: é o melhor minério de ferro do mundo, ou seja, o que possui maior
teor de ferro já encontrado.
A exploração do minério de ferro representa a principal fonte de recursos do
município empregando cerca de 8 mil pessoas diretamente e revelando também
uma larga importância no setor metalúrgico.
A extração do minério de ferro é feita diariamente e, só metade do que é
retirado do solo diz respeito a minério, sendo que o restante é estéril. No que diz
respeito ao transporte, circulam, nesta mina, 24 horas por dia camiões cuja
capacidade de transporte varia dos 240 a 400 toneladas de minério.
De seguida, o minério é transportado para o britador primário, que se localiza
no interior da mina, onde é reduzido a partículas muito pequenas com cerca de 20
milímetros. Estas partículas são conduzidas por correias transportadoras de 85
quilómetros até à zona de peneiramento. Este processo de peneiramento consiste,
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portanto, na redução das partículas até três tamanhos diferentes: granulado (0,6 e
0,5 cm de diâmetro), sinter-feed ( até 0,6 cm de diâmetro) e Pellet-feed (pó de
minério de ferro).
Após este processo, o minério segue pelas correias transportadoras para ser
depositado em empilhadoras. As pilhas de minério são movidas até aos silos
(reservatórios cilíndricos) onde é novamente carregado iniciando um percurso de
30 horas de viagem até São Luís, Maranhão.
Assim, quando o minério termina o seu longo percurso é descarregado por
equipamentos que chegam a atingir os 180 graus, sendo posteriormente levado ate
aos locais de armazenamento do porto de Maranhão.
Porém, ao mesmo tempo em que a descoberta da mina de Carajás trouxe
enormes benefícios económicos para a região, a extração mineral também causa
uma série de impactos ambientais significativos, como por exemplo a níveis
paisagísticos.
Figura 7 - Mina de Carajás
3. Separação dos minérios
A separação dos minérios que contêm ferro é realizada através de um processo chamado Separação Magnética que consiste na separação de misturas heterogêneas de componentes sólidos, mais especificamente na separação de misturas contendo ferro magnético .
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3.1 Separação magnética por via seca
Esta técnica tem uma alta taxa de recuperação do minério de ferro, devido a sua
alta intensidade no campo magnético e distribuição uniforme no campo magnético
bem com permeabilidade magnética elevada. Este tipo de separação é utilizado em
partículas pequenas, com o máximo de 12mm.
3.2 Separação magnética via húmida
Esta separação é utilizada em minérios com tamanho inferior a 1mm e existe a
presença de um liquido como um diluente.
O processo começa pelo “ alimento “ do minério por uma caixa de alimentação
que é finalizada na zona de separação magnética. Os minérios são separados por
sustentabilidade magnética. O separador magnético via húmida termina o seu
processo de separação.
4. Processo de Obtenção da Gusa
O ferro é obtido a partir de uma matéria prima denominada Ferro-gusa ou
simplesmente gusa. A gusa é uma liga de ferro e carbono, que contêm entre 3,5 a
4,5% de carbono e outros elementos residuais como silício, manganês, fósforo,
enxofre, entre outros.
Para o obter são depositados nos Alto-forno(Fig.8) o minério de ferro, o
combustível (carvão vegetal, por exemplo) e o agente de fundição (geralmente o
calcário), na qual uma grande quantidade de ar aquecido ativa a combustão, dando
origem a reações químicas que resultarão na redução do minério e sua
transformação em gusa.
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Figura 8 -Exterior de um Alto-Forno
4.1 Preparação para o Alto-Forno
Antes do minério ir para o alto-forno pode passar por uma preparação cuja
função é torná-lo adequado ao uso, pois o alto-forno só trabalha com pedaços que,
medem entre 10 e 30mm e grande parte do minério de ferro encontra-se em pó ou
em pedaços inferiores a 10mm. O aumento das necessidades mundiais de aço
trouxe condições económicas para se desenvolverem processos que permitem a
utilização desse tipo de minério, esses processos são a sintetização e a pelotização.
❏ Sintetização : Neste processo são obtidos blocos feitos com partículas de
minério de ferro, carvão moído, calcário e água. Esses blocos são misturados
até se obter um aglomerado. Depois, a mistura é colocada sobre uma grelha
e é levada a um tipo especial de equipamento que, com a queima de
carvão, atinge uma temperatura entre 1.000ºC e 1.300ºC. Com esse
aquecimento, as partículas de ferro derretem superficialmente, unem-se
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umas às outras e acabam formando um só bloco poroso, que ainda quente, é
quebrado em pedaços menores chamados sínter.
❏ Pelotização : : Neste processo, o minério de ferro é moído bem fino e depois
umedecido para formar um aglomerado. O aglomerado é, então, colocado
numa espécie de moinho em forma de tambor. Conforme esse tambor gira,
os aglomerados vão unindo-se até se transformarem em pelotas (daí o
nome: pelotização). Depois disso, essas pelotas são submetidas à secagem e
queima para endurecimento.
4.2 Combustíveis
Os combustíveis são muito importantes no fabrico do ferro-gusa, pois precisam
ter um alto poder calorífico. Isso quer dizer que têm de gerar muito calor e não
podem contaminar o metal obtido.
Dois tipos de combustíveis são usados: o carvão vegetal e o carvão mineral.
Devido ás suas propriedades e ao seu elevado grau de pureza, o carvão vegetal
é considerado um combustível de alta qualidade. Por exemplo, na indústria
siderúrgica brasileira, esse tipo de combustível participa, ainda, em cerca de 40%
da produção total de ferro fundido. As suas duas grandes desvantagens são o
prejuízo ao ambiente (desflorestação) e a baixa resistência mecânica, muito
importante no alto-forno,porque o combustível fica de baixo da carga e tem que
aguentar todo o seu peso.
O carvão mineral produz o coque, que é o outro tipo de combustível usado no
alto-forno. Para que ele tenha um bom rendimento, deve apresentar um elevado
teor calorífico e alto teor de carbono, além de apresentar grande resistência ao
esmagamento para resistir ao peso da coluna de carga.
Além de serem combustíveis, tanto o coque quanto o carvão vegetal têm mais
duas funções: gerar gás redutor ou agir diretamente na redução, e assegurar a
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permeabilidade da coluna de carga. Isso quer dizer que eles permitem que o calor
circule com facilidade através da carga.
Juntando-se essas matérias-primas dentro do alto-forno, obtém-se o ferro-gusa,
a partir do qual se fabrica o aço e o ferro fundido. Para poder fabricar o ferro
fundido e o aço, é preciso ferro-gusa. É um material duro e quebradiço, formado
por uma liga de ferro e carbono, com alto teor, ou seja, uma grande quantidade de
carbono e um pouco de silício, manganês, fósforo e enxofre.
4.3 Constituição do Alto-Forno
O alto-forno é construído por tijolos e envolvido por uma carcaça protetora de
aço. Todas as suas partes internas(Fig.9), sujeitas a altas temperaturas, são
revestidas com tijolos chamados “refratários” porque suportam essas temperaturas
sem derreter. O alto-forno é caracterizado por três zonas fundamentais : o fundo
chamado cadinho; a segunda secção chamada rampa; e a secção superior chamada
cuba.
O cadinho é o lugar onde a gusa líquido é depositado. A escória (conjunto de
impurezas que devem ser separadas do gusa), que se forma durante o processo,
flutua sobre o ferro que é mais pesado. No cadinho há dois furos: o furo de corrida,
aberto em intervalos de tempo para que o ferro líquido escoe, e o furo para o
escoamento da escória. Como a escória flutua, o furo para seu escoamento fica
acima do furo de corrida. Assim, sobra espaço para que uma quantidade razoável
de ferro seja acumulada entre as corridas.
Na rampa, acontecem a combustão e a fusão. Para facilitar esses
processos,entre o cadinho e a rampa ficam as ventaneiras, que são furos
distribuídos uniformemente por onde o ar pré-aquecido é soprado sob pressão.
A cuba ocupa mais ou menos dois terços da altura total do alto-forno. É nela
que é colocada, alternadamente e em camadas sucessivas, a carga, composta de
minério de ferro, carvão e os fundentes (cal, calcário).
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Figura 9 - Esquema do Interior de um Alto-Forno
4.3.1. Funcionamento do Alto-Forno
Quando o minério de ferro, o coque e os fundidores são introduzidos na parte
superior (goela) da rampa, os óxidos de ferro sofrem redução, ou seja, o oxigénio é
eliminado do minério de ferro; a ganga funde-se, isto é, as impurezas do minério
derretem-se; o gusa funde-se, quer dizer, o ferro de primeira fusão derrete-se; o
ferro sofre carburação, quer dizer, o carbono é incorporado ao ferro líquido;
certos elementos da ganga são parcialmente reduzidos, ou seja, algumas
impurezas são incorporadas ao gusa. Tudo isto deve-se ás reações químicas
provocadas pelas altas temperaturas obtidas lá dentro do forno que trabalham com
o princípio da contra- corrente. Isto quer dizer que enquanto o gás redutor,
resultante da combustão sobe, a carga sólida vai descendo.Por causa dessa
movimentação, três zonas aparecem dentro do alto-forno:
❏ A zona onde ocorre o pré- aquecimento da carga e a redução, ou eliminação
do oxigénio, dos óxidos de ferro;
❏ A zona de fusão dos materiais;
❏ A zona de combustão que alimenta as duas primeiras.
A redução dos óxidos de ferro acontece à medida que o minério, o agente redutor
(coque ou carvão vegetal) e os fundidores (calcário ou dolomita) descem em
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contra- corrente, em relação aos gases. Estes são o resultado da queima do coque
(basicamente, carbono) com o oxigénio do ar quente (em torno de 1.000ºC)
soprado pelas ventaneiras, e que escapam da zona de combustão, principalmente
para cima, e queimam os pedaços de coque que estão na abóbada (ou parte
superior) da zona de combustão.
Conforme o coque vai se queimando, a carga vai descendo para ocupar os espaços
vazios. Esse movimento de descida vai se espalhando lateralmente pela carga, até
atingir toda a largura da cuba.
Dentro do alto-forno tem-se a seguinte sequência :
❏ Introduz-se a carga, composta de minério de ferro, coque e fundidor.
❏ Entre 300ºC e 350ºC temos a dissecação, na qual o vapor de água contido na
carga é liberado.
❏ Entre 350ºC e 750ºC ocorre a redução,na qual o óxido de ferro perde o
oxigénio.
❏ Entre 750ºC e 1150ºC temos a carburação, na qual o ferro combina-se com o
carbono formando a gusa.
❏ Entre 1150ºC e 1800ºC ocorre a fusão,na qual a gusa passa para o estado
líquido
❏ Em torno dos 1600ºC ocorre a liquefação, na qual a gusa se separa da
escória.
4.4 Produto Final
As reações de redução, carburação e fusão descritas anteriormente geram dois
produtos líquidos: a escória e o ferro-gusa, que são empurrados para os lados,
pelos gases que sobem e escorrem para o cadinho, de onde saem pelo furo
decorrida (gusa) e pelo furo da escória.
A gusa que sai do alto-forno por uma abertura na sua parte inferior pode seguir
um, entre dois caminhos: pode ir para a fundição, para ser usado na fabricação de
peças de ferro fundido, ou pode ir para a aciaria, onde pode ser misturado com
sucata de aço ou, eventualmente, com outros metais, para se transformar em aço.
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O ferro-gusa obtido pode ser solidificado em blocos para servir de matéria
prima para processos posteriores como a obtenção de ferro fundido num forno
como o forno de cúpula ou ser transportado em grandes baldes apropriados ou em
vagões-tanques especiais, para os fornos de refinação ou então conversores, nos
quais é transformado em aço.
A escória resultante do processo tem um importante papel na industria
cimenteira pois é utilizada como matéria prima na produção de cimento.
5. Ligas Metálicas
As ligas metálicas são divididas em 2 grupos:
❏ Ligas ferrosas: Apresentam o elemento ferro como principal constituinte.
❏ Ligas não ferrosas: Não apresentam o elemento ferro como constituinte.
Uma liga baseia-se na união de dois ou mais elementos químicos havendo pelo
menos um metal e onde em todas as fases estão presentes propriedades metálicas.
São exemplos o latão (liga de cobre e zinco), o aço carbono (liga de ferro e
carbono), o bronze (liga de cobre e estanho), entre muitos outros. As ligas
metálicas podem ser fabricadas a partir dos seguintes processos:
❏ Fusão: Os materiais que formam a liga são sujeitos às temperaturas relativas
ao seu ponto de fusão e de seguida são resfriados;
❏ Compressão: Misturam-se os materiais que vão formar a liga a uma pressão
muito elevada.
❏ Processo Eletrolítico: É a mistura de sais de onde resulta a mistura de dois
ou mais metais sobre um elemento emissor de eletrões.
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5.1 Ligas Ferrosas
Sendo materiais bastante usados no ramo da engenharia, o seu uso deve-se,
principalmente, aos seguintes fatores.:
❏ Os elementos com ferro existem em grandes quantidades;
❏ Pode ser fabricado ferro metálico e ligas de aço através de refinação,
técnicas de extração e fabricação económicas;
❏ As ligas ferrosas são muito versáteis, possuindo grande variedade de
propriedades tanto mecânicas como físicas;
As ligas ferrosas dividem-se em aços e ferros fundidos, dependendo do teor de
carbono que cada uma contém.
❏ Aços: Teor de carbono inferior a 2,11% C;
❏ Ferros fundidos: Teor de carbono acima de 2,11%C.
5.1.1 Aços
“Ligas de ferro-carbono com teores de carbono de 0,08 a 2,11%, contendo outros
elementos secundários (como Silício, Manganês, Fósforo e Enxofre), presentes
devido aos processos de fabricação.”(Fig.10)
Figura 10 - Varões de Aços Calibrados
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Tipos de Aço para fundição:
❏ Aços de baixo carbono ( C inferior a 0,20% ) - As peças fundidas através
deste aço ou sofrem um tratamento térmico que tem por finalidade eliminar
a dureza da peça ou são normalizadas para refinar a estrutura e aliviar
tensões internas. Estas peças, com baixo teor de carbono, apresentam boa
soldabilidade, além disso, apresentam uma baixa resistência e dureza e alta
tenacidade e ductilidade. As peças fundidas deste aço são frequentemente
utilizadas em equipamentos ferroviários, para fazer vigas e perfis estruturais
de pontes e edifícios, portas de automóveis, equipamentos elétricos, entre
outras aplicações. Estas peças apresentam também um baixo custo de
produção e não são tratadas termicamente.(Fig.11)
Figura 11 - Material de aço de baixo carbono
❏ Aços de médio carbono ( C entre 0,20% e 0,50% ) - As peças fundidas destes
aços submetem-se a um alívio das tensões, com o propósito de refinar a
estrutura e melhorar a ductilidade. Em muitas peças é corrigida a
tenacidade e a dureza excessiva após o refinamento da granulação grosseira
das peças de aço. Os aços de médio carbono possuem maior resistência e
dureza e menor tenacidade e ductilidade em relação aos aços de baixo
carbono. Estes aços possuem também boa usinabilidade e soldabilidade. As
peças fundidas deste aço destinam-se maioritariamente a aplicações nas
indústrias naval, ferroviária, automobilística, entre outras. Apresentam um
médio custo de produção.(Fig.12)
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Figura 12 - Peça industrial em aço de médio carbono
❏ Aços de alto carbono ( C acima de 0,50% ) - Os aços alto carbono possuem
maior resistência e dureza e menor ductilidade em relação aos aços de
baixo e médio carbono. As peças fundidas são ocasionalmente submetidas
aos processos de normalização e de revenimento, possuindo características
de um bom fio de corte. São normalmente utilizadas em molas,
engrenagens, componentes agrícolas sujeitos ao desgaste, pequenas
ferramentas, etc. Apresentam, também, um médio custo de
produção.(Fig.13)
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Figura 13 -Bobina em Aço de Alto Carbono
❏ Aços-liga de baixo teor em liga ( teor total de liga inferior a 8% ) - São aços
que foram criados com o objetivo de suportarem um nível elevado de
pressões, tração, temperaturas tanto baixas como altas, maior dureza,
maior tenacidade, maior resistência ao desgaste e ao choque e maior
temperabilidade. A utilização destes aços passa pela indústria naval, de
papel, aeronáutica e química, turbinas de vapor, equipamentos de
transporte, etc. Dos elementos de liga utilizados, o Manganês é dos mais
utilizados, uma vez que é considerado um dos mais económicos e por ter um
efeito importante sobre o aumento da temperabilidade do aço. Outros
elementos comumente adicionados são: vanádio, titânio e alumínio, o
níquel, o cromo e o cobre.
❏ Aços-liga de alto teor em liga ( teor total de liga superior a 8% ) - Os
aços-liga de alto teor em liga podem ser classificados em três grupos:
1. Aços Inoxidáveis - são de alta liga (contendo mais de 10% de elementos de liga),
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mas em geral são de baixo teor de carbono, estando ligados principalmente a
elementos como o Crómio, Níquel e Molibdénio. A principal característica destes
aços é ser resistente à corrosão, em ambientes tanto de elevada temperatura
como de reduzida. Isto deve-se, principalmente, à presença do elemento Cromo.
2. Aços Refratários (resistentes ao calor) - são aqueles que quando, em meios
gasosos ou líquidos, à ação de temperaturas elevadas, apresentam capacidade de
suportarem essas condições. As principais aplicações destes materiais situam-se
nas indústrias de refinamento do petróleo e química, em equipamentos para
aquecimento (fornos, estufas, etc.), em turbinas a gás e a vapor, na indústria
automobilística, aeronáutica e semelhante. São materiais (Tungstênio, Molibdênio,
Nióbio, etc.) com o ponto de fusão situado acima de 1800ºC. Possuem elevadas
densidades e têm baixa ductilidade à temperatura ambiente.
3. Aços para Ferramentas - possuem elevada dureza, boa resistência mecânica e ao
desgaste, boa tenacidade e usinabilidade. Para selecionar um aço para ferramenta
deve-se considerar as aplicações para as quais as ferramentas são destinadas e,
para cada caso, as propriedades de maior ou menor importância. As aplicações
destes aços concentram-se principalmente para ferramentas de corte, ferramentas
para máquinas e ferramentas para moldes.
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5.1.2 Ferro Fundido
O ferro fundido é uma liga de ferro-carbono com teor de carbono entre 2,11% e
6,67%. São ligas Fe-C-Si onde, em geral, aparece na estrutura grafite livre.(Fig.14)
Figura 14 - Panela em Ferro Fundido
Composição química:
❏ Carbono - É o elemento de liga básico, determinando quanta grafite estará
presente;
❏ Silício – É o elemento que favorece a decomposição do carboneto de ferro e
que faz alterar o ferro fundido entre cinzento ou branco;
Propriedades:
❏ Baixo custo;
❏ Ponto de fusão mais baixo que o aço;
❏ Boa fluidez;
❏ Variabilidade de propriedades e aplicações;
Ferro - Elemento Metálico 23/28
C Si Mn S P
Branco 1,8 – 3,6 0,5 – 1,9 0,25 – 0,80 0,06 – 0,20 0,06 – 0,18
Maleável 2,0 – 2,6 1,1 – 1,6 0,20 – 1,0 0,04 – 0,18 0,18 máx.
Cinzento 2,5 – 4,0 1,0 – 3,0 0,25 – 1,0 0,02 – 0,25 0,05 – 1,0
Nodular 3,0 – 4,0 1,8 – 2,8 0,10 – 1,0 0,03 máx. 0,10 máx.
Grafite
Compactada
2,5 – 4,0 1,0 – 3,0 0,20 – 1,0 0,01 – 0,03 0,01 – 0,10
Tabela 1 - Percentagens dos elementos de acordo com o tipo de Ferro Fundido
❏ Ferro fundido branco – apresenta uma coloração clara (devido à ausência de
grafite, uma vez que quase todo o carbono está na forma de carboneto de
ferro) e é caracterizado por apresentar como elementos de liga
fundamentais o carbono e o silício. As suas propriedades básicas são a
elevada dureza e a resistência ao desgaste. Cilindros de laminação para
borracha, vidro, plásticos e metais, matrizes de estampagem, entre outros,
são algumas das suas principais aplicações.
❏ Ferro fundido maleável – é obtido a partir do ferro fundido branco, através
do processo de maleabilização, resultando numa transformação de
praticamente todo o ferro combinado em grafite. É caraterizado por
apresentar resistência ao desgaste e à corrosão e por elevada tenacidade e
ductilidade. O ferro fundido maleável é utilizado em conexões para
tubulação hidráulicas, conexões para linhas de transmissão elétrica, freios,
etc.
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❏ Ferro fundido cinzento – “liga ferro-carbono-silício, com teor de carbono
acima de 2,0% e silício presente em teores de 1,20% a 3,00%; a quantidade
de carbono é de tal ordem que, juntamente com o teor de silício, promove
a formação parcial de carbono livre, na forma de lamelas ou veios de
grafite”. Apresenta características como fácil fusão e moldagem e boa
resistência mecânica e ao desgaste. É aplicado em alguns materiais como
produtos sanitários, tampas de poços de inspeção, tubos, compressores,
cilindros hidráulicos, engrenagens e muitas outras peças utilizadas em
setores industriais.
❏ Ferro fundido nodular - é obtido por modificações químicas na composição do ferro quando está se encontra fundido, sendo a sua característica principal apresentar carbono livre na forma de grafite esferoidal. Possuí grande elastecidade e uma elevada resistência mecânica, sendo portador de boa ductilidade e de fácil fundição. É muito utilizado na indústria automóvel, onde o objetivo é a melhoria da produtividade com a redução do custo nas operações.
❏ Ferro fundido de grafite compactado – é um ferro fundido obtido pela adição do titânio na composição do ferro fundido nodular. Pode ser considerado um material intermediário entre o ferro fundido cinzento e o ferro nodular. É um material cada vez mais procurado, mas é relativamente recente no mercado industrial.
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6. Conclusões
Ao elaborar este trabalho no âmbito de Projeto FEUP, esperamos que todos os que
leram o nosso relatório tenham conseguido aumentar o seu conhecimento sobre o
elemento em questão, desde a sua existência na natureza, aos minérios em que este é
encontrado, ás suas formas de separação, bem como os locais mais importantes onde se
realiza a sua extração e as suas principais formas de utilização.
Em suma, este foi um projeto enriquecedor, uma vez que com as diversas pesquisas
que foram efetuadas todos ficamos a conhecer melhor todo o conjunto de etapas que
ocorrem até se obter o Ferro,um elemento tão importante e presente para o Ser Humano.
Ferro - Elemento Metálico 26/28
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