Alto-forno

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Alto-forno em funcionamento

Alto-forno é como se chama a construção, na siderurgia, de tamanho variável, externamente revestido por metal e internamente com material refratário, onde é fundido o minério de ferro, a fim de transformá-lo em ferro-gusa.

Histórico[editar | editar código-fonte]

Antiguidade[editar | editar código-fonte]

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construídos no China da dinastia Han, no Século I a.C., embora os artefatos férreos encontrados neste país datem do Século V a.C. - o que torna possível acreditar-se que a história dos altos-fornos na China seja mais antigo do que atualmente se supõe. Estes fornos primitivos possuíam paredes de barro com grande quantidade de minerais fosfóricos[1]

Enquanto se acreditava por muito tempo que os chineses haviam desenvolvido o método de fundição do ferro, Donald Wagner (mesmo autor da referência anterior), publicou novo trabalho,[2] o que substitui algumas de suas afirmações de seu trabalho anterior. Nesta pesquisa mais recente o autor coloca a data dos primeiros artefatos de fundição entre os séculos IV e V a.C., mas também cogita de evidências de que o uso dos fornos de fundição tenha se difundido para o ocidente. Ele sugere, também, que os alto-fornos primitivos teriam se evoluído a partir dos fornos para derretimento do bronze.

Europa Antiga[editar | editar código-fonte]

O ferro foi fundido pelos gregos, celtas, romanos e cartagineses da Antiguidade. Foram encontrados vestígios variados na França (antiga Gália). Materiais encontrados na atual Tunísia sugerem seu uso por ali, como também na Antioquia durante o período helenístico. Embora seja pouco conhecido o seu uso durante a Idade Média, o processo provavelmente continuou em uso. A fundição aperfeiçoada recebeu o nome de forja catalã, e foi inventada na Catalunha, na atual Espanha, durante o século VIII. Em vez de usar a estrutura de ventilação natural, adicionou o sistema de foles para bombear o ar no interior. Isso permitiu a um tempo produzir um ferro de melhor qualidade, como aumentou-lhe a capacidade. É reconhecido que os monges cistercianos, que eram bons engenheiros e qualificados metalúrgicos, tinham conseguido produzir um verdadeiro aço, sendo considerados os inventores do alto-forno na Europa.

Idade Média[editar | editar código-fonte]

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construídos na Suécia ocidental, em Lapphyttan, e o complexo esteve ativo entre os anos de 1150 a 1350. Em Noraskog, no município sueco de Järnboås foram encontrados restos de alto-fornos datados de antes desse período, provavelmente por volta de 1100.[3] Isso constitui um fato obscuro, e será possivelmente impossível determinar se o alto-forno foi desenvolvido indepentemente na Suécia medieval, ou se este conhecimento foi-lhes transmitido de alguma forma, da Ásia. Estes primitivos fornos, a exemplo dos chineses, eram extremamente ineficientes, se comparados com os atuais. Era utilizado o ferro das minas de Lapphyttan para a produção de bolas de ferro forjado, conhecidas como osmonds, e que eram internacionalmente comercializadas - uma possível referência disso encontra-se em um tratado com Novgorod, de 1203, além de várias referências certas nas contas alfandegárias inglesas entre os anos de 1250 a 1320. Foram também identificados fornos dos séculos XIII a XV na Westphalia.[4]

Podem ter sido também transmitidos os conhecimentos dos avanços tecnológicos promovidos pela Ordem de Cister, inclusive do forno de produção do aço. Um alto-forno medieval (e o único identificado fora da Inglaterra, e que se acreditou conter avanços semelhantes aos alto-fornos modernos) foi identificado por Gerry McDonnell, arqueometalúrgico da University of Bradford. Ela localizava-se em Laskill, uma estação externa da Abadia de Rievalux, produtora de aço. Sua data, entretanto, não é precisa; ela certamente não sobreviveu à dissolução dos monastérios, promovida na década de 1530 por Henrique VIII - razão pela qual esse conhecimento não se espalhou para além de Rievaulx.[5]

A data de operação do forno não apenas não está clara, como também é possível não haver sobrevivido por muito tempo, de acordo com registros do Conde de Rutland, em 1541.[6]

Funcionamento[editar | editar código-fonte]

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1.VENTANEIRAS
2.zona de fusão
3. ZONA DE REDUÇÃO dos óxidos de ferro
4.ZONA DE REDUÇÃO dos óxidos de ferro
5.GOELA
6. alimentação de CARGA METÁLICA (minério de ferro,pelotas, sinter), FUNDENTES (calcário,quartzo e dolomita), e COMBUSTÍVEL REDUTOR (coque siderúrgico ou carvão vegetal)
7. escapamento de gases
8. camadas de carga metálica e combustível(coque ou carvão vegetal)
9. Não é mais utilizado um canal específico para remoção de escória. Atualmente a escória que é mais leve que o ferro gusa, é removida junto com este pelo FURO DE VAZAMENTO e separada por um sifão no CANAL DE CORRIDA que fica na ÁREA DE VAZAMENTO fora do forno. Altos fornos de grande porte que obrigatoriamente usam COQUE como combustível, utilizam duas ou três áreas de corrida
10.CANAL PRINCIPAL para vazamento de FERRO GUSA e ESCÓRIA
11. Chaminé para escoamento dos gases liberados

O ALTO FORNO é um reator metalúrgico de contra corrente, com a carga descendo e os gases (CO e CO2) subindo oriundos da queima do combustível nas VENTANEIRAS que sopram AR aquecido a 1000 ° centígrados ou mais.

O ALTO FORNO é tecnicamente dividido em REGIÕES OU ZONAS. Na região das VENTANEIRAS o OXIGÊNIO (O2)que corresponde a 21% do AR QUENTE que é soprado no interior da ZONA DE COMBUSTÃO, queima o CARBONO do coque ou carvão vegetal, gerando CO2. Este gás CO2 reagirá com mais CARBONO enquanto a temperatura for superior a 900 ° centígrados na chamada ZONA DE RESERVA TÉRMICA gerando CO (monóxido de carbono)

Essa reação que é uma das mais importantes do ALTO FORNO é chamada de REGENERAÇÃO DO CO2 pode ser assim representada: CO2 + C = 2CO

Esse CO é um GÁS REDUTOR capaz de reagir com o OXIGÊNIO dos óxidos de ferro presentes, gerando CO2 (dióxido de carbono) e liberando o Ferro que é depositado no CADINHO na forma líquida e é chamado de FERRO GUSA.

A ESCÓRIA,que é oriunda das chamadas IMPUREZAS que estão presentes na carga, tais como os óxidos de Silício (SiO2), óxido de Alumínio (Al2O3), óxido de cálcio (Cao)e óxido de magnésio (MgO), são derretidas na região inferior do ALTO FORNO (RAMPA) devido a altas temperaturas reinantes, e quimicamente combinadas em quantidades dosadas através das correções feitas com os FUNDENTES. Isso confere à ESCÓRIA a necessária FLUIDEZ para permitir seu escoamento para fora do CADINHO do ALTO FORNO.

É importante ressaltar que no CADINHO do ALTO FORNO, GUSA e ESCÓRIA ocupam os VAZIOS deixados pelo COQUE ou CARVÃO VEGETAL.A ESCÓRIA por ser mais leve fica por cima do GUSA que é mais denso.

As reações de REDUÇÃO DOS ÓXIDOS DE FERRO podem ser resumidas assim:

Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3CO2

Referências

  1. Early iron in China, Korea, and Japan, Donald B. Wagner, março, 1993 (em inglês)
  2. The earliest use of iron in China, Donald B. Wagner, 1999 (em inglês)
  3. * A. Wetterholm, 'Blast furnace studies in Nora bergslag '¨(Örebro universitet 1999, Järn och Samhälle) ISBN 91-7668-204-8
  4. * N. Bjökenstam, 'The Blast Furnace in Europe during the Middle Ages: part of a new system for producing wrought iron' in G. Magnusson, The Importance of Ironmaking: Technological Innovation and Social Change I (Jernkontoret, Stockholm 1995), 143-53 e outras passagens deste volume (em inglês).
  5. * R. W. Vernon, G. McDonnell and A. Schmidt, 'An integrated geophysical and analytical appraisal of early iron-working: three case studies' Historical Metallurgy 31(2) (1998), 72-5 79.
  6. H. R. Schubert, History of the British iron and steel industry from c. 450 BC to AD 1775 (Routledge, London 1957), 395-7.


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