Resumo de O Processo Bessemer para a Produção de Aço
O Processo Bessemer: Produção de Aço para Estudantes
Introdução
O Conversor Bessemer é um processo metalúrgico utilizado historicamente para transformar ferro-gusa (ferro líquido com alto teor de carbono e impurezas) em ferro mais puro por meio da injeção de ar. Foi um avanço importante na produção em massa de aço porque permite oxidar rapidamente as impurezas do metal por meio da reação com o oxigênio do ar.
Definição: O Conversor Bessemer é um recipiente refratário onde se faz passar ar à temperatura ambiente através do ferro-gusa líquido para oxidar impurezas como o silício e o manganês.
Como funciona? (passos básicos)
- Carga: O ferro-gusa líquido é vertido no conversor, que tem formato de basculante ou de um grande recipiente.
- Injeção de ar: Pela parte inferior do conversor, há tubeiras que insuflam uma corrente de ar à temperatura ambiente.
- Oxidação: O oxigênio do ar oxida as impurezas do ferro-gusa. Essas reações geram calor e uma chama amarelada e marcante na parte superior.
- Controle: A velocidade de oxidação é controlada pela composição do ferro-gusa (por exemplo, o manganês regula a velocidade).
- Finalização: Quando as impurezas atingem os valores desejados, a injeção de ar é interrompida e o metal tratado é obtido.
Reações e efeito térmico
Definição: A oxidação é a reação química entre o oxigênio do ar e as impurezas do ferro-gusa, que transforma elementos como Si e Mn em seus óxidos e libera calor.
- A oxidação é muito energética a temperaturas próximas de $1300\ ^\circ\mathrm{C}$, o que mantém o metal líquido.
- O monóxido de carbono ( ce{CO} ) produzido em processos prévios é eliminado.
Componentes e design do conversor
- Vaso de grande capacidade com base provida de ventaneiras por onde o ar entra.
- Revestimento interno com materiais refratários para suportar temperaturas elevadas e as reações químicas.
- Não se adiciona cal neste processo porque o revestimento é à base de silício.
Definição: Refratário é um material resistente ao calor que reveste o interior do conversor para proteger sua estrutura e controlar reações indesejadas.
Composição Típica do Metal Após o Processo
- Silício: $1{,}5%$ a $2{,}5%$
- Enxofre: abaixo de $0{,}05%$
- Fósforo: abaixo de $0{,}08%$
- Manganês: $1%$ a $2%$
- Carbono: não mais que $3%$
Tabela comparativa: impurezas antes e depois (valores típicos após o processo)
| Impureza | Valor típico após (%) |
|---|---|
| Silício | $1{,}5$ - $2{,}5$ |
| Enxofre | < $0{,}05$ |
| Fósforo | < $0{,}08$ |
| Manganês | $1$ - $2$ |
| Carbono | ≤ $3$ |
Fatores que afetam o processo
- Composição do gusa: utilizam-se gusas cinzentos com baixo teor de fósforo e baixo teor de silício para evitar que o ferro "queime".
- Manganês: atua como regulador da velocidade de oxidação.
- Ausência de cal: o conversor possui revestimento à base de silício, portanto, não se adiciona cal para o seu funcionamento.
Exemplo prático (simplificado)
Imagine que você tem ferro-gusa com alto teor de silício e manganês. Ao insuflar ar através do metal líquido a $1300\ ^\circ\mathrm{C}$, o silício se oxida rapidamente formando óxidos de silício, liberando calor e diminuindo a quantidade de silício no metal final. O manganês, presente em menor proporção, também se oxida de forma mais lenta, ajudando a controlar a velocidade total de oxidação.
Para que o metal obtido é usado?
- Produção de peças de ferro e alguns aços com composições controladas.
- Na história industrial, permitiu fabricar grandes quantidades de aço a menor custo.
Limitações?
- O controle do fósforo e enxofre depende da qualidade do ferro-gusa, de modo que a matéria-prima deve ser adequada.
- Não permite adicionar cal durante o processo, o que condiciona a eliminação de certas impurezas.
Onde é aplicado hoje em dia?
- Embora o processo Bessemer tenha sido revolucionário, muitas instalações modernas usam processos mais controlados (por exemplo, fornos elétricos ou convertedores de oxigênio básico) para
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Conversor Bessemer
Klíčové pojmy: O Conversor Bessemer oxida as impurezas do ferro-gusa por meio de ar insuflado a partir de bicos inferiores., O processo opera em torno de $1300\ ^\circ\mathrm{C}$ e produz uma chama visível devido à oxidação., Silício e manganês são as principais impurezas que se oxidam; o silício se oxida mais rapidamente., Valores típicos após o processo: Si $1{,}5$–$2{,}5\%$, S < $0{,}05\%$, P < $0{,}08\%$, Mn $1$–$2\%$, C ≤ $3\%$., O revestimento interno é refratário e sua composição é à base de silício; não se adiciona cal., O manganês regula a velocidade de oxidação e ajuda a evitar que o ferro se queime., Utilizam-se ferros-gusa cinzentos pobres em fósforo e silício para um bom rendimento., Design: conversor basculante com bicos inferiores para injeção de ar e revestimento refratário.