Companhia Nacional de Aço

No Brasil, a produção em quantidade de ferro gusa deu-se na segunda

guerra mundial (1938-45), quando foi criada a Companhia Siderúrgica Nacional

com o primeiro alto-forno, como incentivo norte-americano ao apoio de Getúlio

Vargas pró aliados. Hoje conta com grande parque industrial que busca

constante desenvolvimento frente à concorrência internacional.

A fundição se destaca dos outros métodos principais de processos de

fabricação não só por ser um dos mais antigos, mas porque é um dos mais

versáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e

tamanhos das peças que se pode produzir por esse processo. Pode ser

considerado tanto um processo inicial, produzindo lingotes para laminação e

forjamento, quanto intermediário, produzindo peças semi-acabadas que

sofrerão posterior usinagem.

As generalidades da fundição, bem como os principais processos e

noções sobre teoria da solidificação serão abordados nesta apostila. Somos

gratos aos autores das apostilas, livros e artigos os quais foram fundamentais

para esta apostila e que estão devidamente citados nas referências

bibliográficas.

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A Obtenção do Aço

É comum comparar-se as siderúrgicas a cozinhas gigantes. A imagem

procede – como na preparação de um prato, a fabricação do aço requer a

mistura dos ingredientes em um forno, do qual se retira um produto que é a

composição dos itens iniciais. A diferença principal entre os procedimentos está

na ordem de grandeza da temperatura de “cozimento”. Equanto o forno

doméstico se limita a poucas centenas de graus Celsius, os alto-fornos das

siderúrgicas rompem a fronteira dos milhares.

O aço é, basicamente, uma liga de ferro com carbono. Para preparar o

aço, são três os componentes básicos: minério de ferro, coque e calcário

(carbonato de cálcio). O coque é o resíduo resultante do aquecimento do

carvão em um equipamento chamado câmara de coqueificação, na ausência

de oxigênio. Os componentes mais voláteis do carvão (compostos orgânicos –

formados por cadeias de carbono – de peso molecular variável) evaporam e

sofrem decomposição térmica, separando-se da matéria original. O sólido que

resta é o coque.

No alto-forno, o coque tem duas funções importantes: é o combustível

(libera energia ao reagir com oxigênio) e “captura” o oxigênio que está

associado ao ferro no minério. Assim, obtém-se o ferro livre de oxigênio. Ao se

fornecer o aquecimento ao alto-forno, o carbono do coque reage com o

oxigênio, gerando monóxido de carbono e intenso calor. Este monóxido então,

reage com o oxigênio do minério de ferro. O resultado é o dióxido de carbono,

também conhecido como gás carbônico.

O calcário serve para facilitar a separação entre o ferro fundido e a

escória (componentes do minério de ferro que não interessam para a

fabricação do aço). Aquecido, o calcário se decompõe em cal e dióxido de

carbono. A cal se incorpora à escória (óxidos de silício e alumínio) e abaixa a

temperatura na qual a escória se funde. Ela sai do forno líquida e por cima do

ferro fundido, do qual é separada. Excessos de enxofre no carvão também são

retirados, em boa parte, pela reação com a cal (forma-se sulfeto de cálcio).

O ferro que sai do alto-forno, ainda impuro e com teor de carbono alto, é

chamado de ferro gusa. Esse ferro contém manganês, silício, enxofre e outros

contaminantes. Alguns são até desejáveis em certos tipos de aço, mas no gusa

estão em proporções descontroladas. O processo de refino mais usado hoje é

o de oxigênio básico, ou LD (Lintz-Donavitz, austríacos que o criaram na

década de 1950). Um carro-torpedo recolhe periodicamente o gusa do altoforno

e o leva a um equipamento chamado conversor, onde a temperatura

média é 1.600°C. Um sopro de oxigênio puro é injetado para dentro do

conversor, através de um tubo de aço.

Controlando rigidamente a quantidade de oxigênio, fixa-se o teor de

impurezas que se pretende eliminar. Os contaminantes reagem com o oxigênio

e formam compostos voláteis. As reações que acontecem dentro do conversor

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liberam muita energia. Por isso, o processo se auto-sustenta – é desnecessário

“alimentá-lo” com energia externa.

O processo do oxigênio básico é um aperfeiçoamento do refino

desenvolvido pelo engenheiro inglês Henry Bessemer (1812-1898). A diferença

fundamental é que Bessemer trabalhava com fluxos de ar, não de oxigênio

puro. Isso fazia aumentar a quantidade