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30/12/2008 10h24

A história do aço

O aço está presente em quase todos os ângulos de nosso espaço. Para onde quer que se olhe ou o que se utilize, o material está presente nem que seja numa partícula. Mas de onde ele surgiu?

                                                                                                          Criação: Marcelo de Souza

Quando falamos em aço, logo remetemos a palavra siderurgia, que segundo o Dicionário Aurélio é um substantivo feminino referente a metalurgia do ferro e do aço. Desta forma, é comum vermos empresas que associam seu nome com a palavra “sider”. Mas o verdadeiro significado de “sider” é estrela ou astro, pois o primeiro contato do homem com o ferro foi através dos meteoritos. Daí a etimologia da palavra siderurgia.

O ferro encontrado nos meteoritos tem em média 5 a 26% de níquel, enquanto o ferro produzido artesanalmente, continha pouca quantidade deste elemento. Tem-se registro de ferro a mais de 2900 a.C, vistos no Egito. Do céu para a terra, o homem descobriu como extrair o ferro do minério. Acredita-se que a fabricação teve início na Anatólia, cerca de 2000 a.C. Segundo arqueólogos escandinavos, após a Idade da Pedra, surgiu a do Bronze (4000 e 2000 a.C), seguida pela do Ferro, considerada como o último estágio tecnológico e cultural da pré-história.
 
A partir das fogueiras construídas a base de pedras de minério de ferro, os seres humanos descobriram como extrair o elemento. Com o contato de partículas suficientemente quentes de carbono com fragmentos de óxido de ferro, dava-se início ao processo de redução, resultando em uma massa escura, não fundida, mas em contrapartida, permitindo sua deformação plástica através de técnicas de forjamento, produzindo produtos de diferentes propriedades mecânicas. Para gerar 1 kg de ferro em barras, eram necessários 2 a 2,5 kg de minério pulverizado e 4 kg de carvão vegetal.A Europa e o Oriente Médio entraram para a nova Era por volta de 1200 a.C, e a China, somente em 600 a.C.
 
Como tudo que é novo sempre vem para o progresso, a sociedade da época evoluiu: as armas e utensílios feitos de bronze foram substituídos pelo ferro com produtos mais modernos e viabilizou-se a expansão territorial de diversos povos, o que mudou a face da Europa e de parte do mundo. A agricultura também deu um significativo passo devido as ferramentas fabricadas. O teor de carbono dos primeiros aços fabricados variava de 0,07% até 0,8%, sendo o último considerado aço de verdade. Vários processos de obtenção do aço foram desenvolvidos ao longo do tempo, como por exemplo, no século 18 a.C, o Império Hitita (região da Turquia), localizaram um grande depósito de ferro e desenvolveram as técnicas de forjamento. Os chineses, por volta do século 5 a.C começaram a fabricar o ferro carburado, mais tarde chamado de ferro-gusa. Na África, criaram o buraco de redução, usado em vários países do mediterrâneo.
 
O forno de exaustão natural e foi desenvolvido pelos gregos. Os egípcios faziam tratamentos térmicos nos aços para fabricação de espadas e facas. Quando o teor de carbono supera 0,3%, o material torna-se muito duro e frágil, caso seja temperado (resfriado bruscamente em água), em uma temperatura acima de 850 ºC a 900 ºC, eles utilizavam o tratamento denominado revenido, que consiste em diminuir a fragilidade, minimizando-a por reaquecimento do aço a uma temperatura entre 350 ºC e 500 ºC. As técnicas tornavam o ferro mais duro e resistente a corrosão, a exemplo da adição de calcário à mistura de minério de ferro e carvão, o que possibilitava melhor a absorção das impurezas do minério. Acompanhando esse progresso, métodos de aquecimento foram estudados, bem como a produção de materiais mais modernos para se trabalhar com o ferro já fundido.
 
No Brasil
Em 1587, o português Afonso Sardinha descobriu na região de Sorocaba, SP (no Morro de Araçoiaba), a magnetita (minério de ferro). Foi dele a primeira fábrica de ferro que se tem notícia no Brasil: no ano de 1591, instalou-se a usina siderurgia com dois fornos rústicos e uma forja para produção de ferro. O empreendimento não prosperou e encerrou atividade em meados de 1628, encerrando o ciclo de exploração na localidade.
 
Essa descoberta conferiu à Afonso Sardinha o título de “Fundador da Siderurgia Brasileira”. Outras forjarias foram construídas, mas com a atividade de exploração do ouro, houve total dedicação dos mineradores para a atividade aurífera. Esse quadro somente foi revertido 1812, através do geólogo e metalurgista Wilhelm von Eschwege, que construiu um baixo forno tipo sueco na “Fábrica de Ferro”, localizada perto da cidade de Congonhas do Campo, MG, de propriedade da Sociedade Patriótica, organizada pelo Conde de Palma, então Governador de Minas Gerais. Em 17 de dezembro deste mesmo ano, aconteceu a primeira corrida de ferro gusa (ou ferro coado, como era chamado na época) no País.
 
Aproximadamente 93 anos mais tarde, o Brasil possuía dois altos fornos, um deles inoperante devido a concorrência internacional, produzindo 2.100 toneladas anuais de gusa e cerca de 100 forjas fabricando mais de 2.000 mil toneladas de ferro em barras. Atualmente, o ferro gusa ultrapassa a ordem de 25 milhões de toneladas por ano, sendo 75% produzido pelas usinas integradas (70% via altos fornos à coque e 5% via altos fornos à carvão vegetal), e os 25% restantes feitos por usinas independentes à carvão vegetal. Nas décadas de 1950 e 1960, aconteceu o grande “salto” na produção do aço mundial. Neste período, a demanda do aço crescia em torno de 6% ao ano devido ao crescimento do consumo de eletrodomésticos, carros etc.
 
A melhor opção econômica e tecnológica para atender a demanda eram os “grandes” altos fornos, construídos com capacidade de produção em torno de 4 à 6 milhões de toneladas de ferro gusa líquido ao ano, para em seqüência proceder a etapa de refino do aço. As usinas que apresentavam todas as etapas de produção e beneficiamento do aço (redução do minério, refino do aço e laminação) eram e ainda são chamadas de “integradas”. O principal processo utilizado na época para refino do aço eram os fornos Siemens-Martin, desenvolvido por Karl Wilhelm Siemens, em 1868.
 
Porém, uma grande inovação aconteceu no início dos anos 50, quando a siderurgia austríaca, Voest- Alpine, desenvolveu conversores a oxigênio, também chamados de conversores LD (nome ligado a primeira planta que operou com este tipo de equipamento em 1952, a Linz e Donavitz, na Áustria). A carga dos fornos LD é basicamente constituída de gusa líquido, complementado por carga sólida (10 a 30%), como sucata ou gusa sólida. Com o aumento do market-share das aciarias a oxigênio, um excedente gradual de sucata foi sendo gerado, tendo em vista que os conversores a oxigênio aceitam menos carga sólida do que os antigos fornos Siemens-Martin, fazendo com que o preço da sucata tivesse quedas significativas.
 
Com isso, a sucata chegou à níveis em que o custo de refusão se mostrava muito mais atraente do que o custo da redução de minério de ferro via alto-forno. Este fator aliado a uma maior flexibilidade de produção dos fornos elétricos, menores custos de investimento, variáveis ambientais e, mais importante, margens achatadas de lucro, fizeram surgir o conceito das mini-usinas, que não apresentam a etapa de redução do minério de ferro, fabricando o aço a partir da rota forno elétrico-forno panela.
 
Credita-se o desenvolvimento dos fornos elétricos à Humphrey Davy, em 1800, mas é mais apropriado valorizar o feito a Willian Siemens, que em 1878 patenteou, construiu e operou e fornos de acordo com os princípios de arcos diretos e indiretos. Nesta época, a disponibilidade de energia elétrica era escassa, o custo elevado e a tecnologia dos eletrodos de carbono 23 estava apenas engatinhando. Assim, fornos elétricos acabaram sendo incubados por algumas décadas até que a indústria de energia, assim como a de eletrodos de carbono, evoluíssem o suficiente.
 
Atualmente, a produção de aço pelas mini-usinas continua crescendo em relação às aciarias a oxigênio, ainda que em países como o Brasil esta tendência não seja seguida. Como a quantidade de sucata disponível não é suficiente para atender a demanda de aço, estima-se que por mais 30 anos, a rota alto-forno/conversores LD deverá sobreviver. Outro aspecto importante, surgido devido ao voraz advento das mini-usinas, à oferta limitada de sucata de baixa contaminação química e à baixa atratividade econômica e ambiental dos altos-fornos, foi a busca de alternativas para a produção de ferro primário.
 
Neste contexto, pode-se evidenciar o desenvolvimento dos processos comercias de redução direta, como o HYL I e III, Midrex, SL-RN etc. Estes processos procedem a redução parcial do óxido de ferro, na forma de pelotas ou granulado, através da utilização de um redutor sólido ou gasoso. O produto final, conhecido como DRI (sigla em inglês para ferro diretamente reduzido ou Direct Reduced Iron) é disponibilizado aos fornos elétricos para a produção de aço de alta qualidade, como os produtos planos, com baixos teores de enxofre, nitrogênio e contaminantes, mas com perdas de produtividade, rendimento e aumento no consumo de eletricidade.
 
Fonte: Puc Rio
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