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 up201503657@fe.up.pt João Pedro up201504285@fe.up.pt

Filipa Castro up201504535@fe.up.pt Inês Casas up201506642@fe.up.pt

Filipe Lopes up201504030@fe.up.pt Igor Sousa   up201508743@fe.up.pt

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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-

 Ferro - Elemento Metálico 4/28

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.

 Ferro - Elemento Metálico 5/28

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,

 Ferro - Elemento Metálico 7/28

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.

 Ferro - Elemento Metálico 8/28

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,

 Ferro - Elemento Metálico 9/28

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

 Ferro - Elemento Metálico 12/28

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

 Ferro - Elemento Metálico 13/28

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

 Ferro - Elemento Metálico 15/28

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.

 Ferro - Elemento Metálico 16/28

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.

 Ferro - Elemento Metálico 17/28

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 

 Ferro - Elemento Metálico 18/28

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)

 Ferro - Elemento Metálico 19/28

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)

 Ferro - Elemento Metálico 20/28

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),

 Ferro - Elemento Metálico 21/28

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;

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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.

 

 

 

 

   

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