Metalurgia

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Metalurgia é a ciência que estuda e gerencia os metais desde sua extração do subsolo até sua transformação em produtos adequados ao uso. Metalurgia designa um conjunto de procedimentos e técnicas para extração, fabricação, fundição e tratamento dos metais e suas ligas.
Desde muito cedo, o homem aproveitou os metais para fabricar utensílios, como o cobre, o chumbo, o bronze, o ferro, o ouro e a prata tiveram amplo uso na antiguidade.

Os primeiros altos-fornos apareceram no século XIII. A indústria metalúrgica teve novo impulso no século XVIII com a revolução industrial.

Siderurgia

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Siderurgia é o ramo da metalurgia que se dedica à fabricação e tratamento do aço. Antes de qualquer coisa, porém, é de suma importância definir o que é a metalurgia. A metalurgia é o conjunto de técnicas que o homem desenvolveu com o decorrer do tempo que lhe permitiu extrair e manipular metais e gerar ligas metálicas. Os primeiros metais a serem descobertos foram os metais nobres, que por não reagirem com outros elementos podiam ser encontrados na sua forma bruta na natureza. Esses metais passaram a ser trabalhados quando se descobriu que o calor poderia amolecê-los e trabalhá-los. Acredita-se que, por volta de 2500 a.C., surgiram as primeiras ligas metálicas, com a adição de estanho ao cobre, gerando o bronze - uma liga metálica que tinha propriedades superiores às do cobre. O ferro demorou um pouco mais para começar a ser trabalhado, pois não se acha ferro bruto na natureza. O aço é uma variante do ferro que tem em sua composição uma concentração levemente menor de carbono. A concentração de carbono gera uma liga de ferro com uma maleabilidade e dureza maiores do que o ferro puro. O ferro-gusa possui teores de carbono que variam entre 1,7% em peso a 6,67%. Abaixo de 1,7% de carbono, é conhecido como aço. O ferro é achado na natureza sob a forma de vários compostos, como a hematita (Fe₂O₃), magnetita (Fe₃O₄), limonita (FeO[OH]), siderita (FeCO₃), pirita (FeS₂) e ilmenita (FeTiO₃). Dentre todos esses compostos, a CSN (Companhia Siderúrgica Nacional) utiliza principalmente a hematita, por ser o mais abundante na natureza.O processo de produção do aço envolve um outro composto chamado coque. O coque é um combustível com altos teores de carbono. Ele chega à usina siderúrgica ainda com algumas impurezas e com uma concentração de carbono inferior à desejada. Portanto, faz-se na CSN uma purificação do coque para aumentar a concentração de carbono. Essa purificação é como destilar as impurezas do coque: ele é aquecido a 1300°C por 16 horas, removendo assim as impurezas, como alcatrão e outros, por volatilização e vaporização O coque é usado como combustível e agente redutor nos altos-fornos e é dele que provém o carbono adicionado ao ferro, gerando o aço.

O aço é produzido, basicamente, a partir de minério de ferro, coque e cal. A fabricação do aço pode ser dividida em quatro etapas: preparação da carga, redução, refino e laminação.

1. Preparação da carga ou sinterização: grande parte do minério de ferro (finos) é aglomerada utilizando-se cal e finos de coque. O produto resultante é chamado de sinter.

2. Redução: essas matérias-primas, agora preparadas, são carregadas no alto forno. O ar pré-aquecido a uma temperatura de 1000°C é soprado pela parte de baixo do alto forno. O coque, em contato com o oxigênio, produz calor que funde a carga metálica e dá início ao processo de redução do minério de ferro, transformando-o em um metal líquido: o ferro-gusa. O gusa é uma liga de ferro e carbono com um teor de carbono elevado.

3. Refino: aciarias a oxigênio ou elétricas são utilizadas para transformar o gusa líquido ou sólido e sucata de ferro e aço em aço líquido. Nesta etapa, parte do carbono contido no gusa é removida juntamente com impurezas. A maior parte do aço líquido é solidificada em equipamentos de lingotamento contínuo ou convencional (em desuso) para produzir semi-acabados, lingotes e blocos.

4. Laminação: os semi-acabados, lingotes e blocos são processados por equipamentos chamados laminadores e transformados em uma grande variedade de produtos siderúrgicos cuja nomenclatura depende de sua forma e/ou composição química.