Fundo
o Ferro é um dos elementos mais comuns na terra. Quase todas as construções do homem contêm pelo menos um pouco de ferro. É também um dos metais mais antigos e foi pela primeira vez moldado em objetos úteis e ornamentais pelo menos 3.500 anos atrás. o ferro puro é um metal branco e macio. Embora o ferro seja um elemento comum, o ferro puro quase nunca é encontrado na natureza. O único ferro puro que existe naturalmente vem dos meteoritos caídos. A maior parte do ferro é encontrado em minerais formados pela combinação de ferro com outros elementos. Os óxidos de ferro são os mais comuns. Esses minerais perto da superfície da terra que têm o maior teor de ferro são conhecidos como minérios de ferro e são extraídos comercialmente. o minério de ferro é convertido em vários tipos de ferro através de vários processos. O processo mais comum é o uso de um alto-forno para produção do ferro gusa, que é de cerca de 92-94% de ferro e 3-5% de carbono, com pequenas quantidades de outros elementos. Ferro-gusa tem apenas usos limitados, e a maior parte deste ferro vai para uma usina de aço, onde é convertido em várias ligas de aço, reduzindo ainda mais o conteúdo de carbono e a adição de outros elementos, como o manganês e níquel para dar o aço propriedades específicas. historiadores acreditam que os egípcios foram as primeiras pessoas a trabalhar com pequenas quantidades de ferro, cerca de cinco ou seis mil anos atrás. O metal que usaram foi aparentemente extraído de meteoritos. Evidências do que se acredita ser o primeiro exemplo de mineração de ferro e fundição apontam para a antiga cultura hitita no que é hoje a Turquia. Como o ferro era um material muito superior para a fabricação de armas e ferramentas do que qualquer outro metal conhecido, sua produção era um segredo bem guardado. No entanto, a técnica básica era simples, e o uso de ferro gradualmente se espalhou. Por mais útil que fosse comparado a outros materiais, o ferro tinha desvantagens. A qualidade das ferramentas feitas a partir dela era altamente variável, dependendo da região a partir da qual o minério de ferro foi tomado e do método utilizado para extrair o ferro. A natureza química das mudanças que ocorrem durante a extração não foi compreendida; em particular, a importância do carbono para a dureza do metal. As práticas variavam amplamente em diferentes partes do mundo. Há evidências, por exemplo, que os Chineses foram capazes de derreter e ferro fundido implementa muito cedo, e que os Japoneses produziram resultados surpreendentes com aço em pequenas quantidades, como evidenciado por herança de espadas que datam de séculos. Avanços similares foram feitos no Oriente Médio e na Índia, mas os processos nunca surgiram no resto do mundo. Durante séculos, os europeus não dispuseram de métodos para aquecer o ferro até ao ponto de fusão. Para produzir ferro, eles lentamente queimaram minério de ferro com madeira em um forno de argila. O ferro separou-se da rocha circundante, mas nunca derreteu. Em vez disso, formou uma escória que foi removida por martelagem. Este processo repetido de aquecimento e martelagem misturou oxigênio com o óxido de ferro para produzir ferro, e removeu o carbono do metal. O resultado foi ferro quase puro, facilmente moldado com martelos e tenazes, mas muito macio para tomar e manter uma boa borda. Porque o metal foi moldado, ou forjado, por martelar, passou a ser chamado de ferro forjado. Ferramentas e armas trazidas de leste para a Europa eram feitas de ferro fundido e moldado em forma. Retendo mais carbono, o ferro fundido é mais difícil do que o ferro forjado e vai manter uma ponta. No entanto, também é mais frágil do que o ferro forjado. Os trabalhadores europeus do ferro sabiam que os orientais tinham melhor ferro, mas não os processos envolvidos na moda de produtos de ferro mais fortes. Nações inteiras lançaram esforços para descobrir o processo. o primeiro avanço europeu conhecido na produção de ferro fundido, que levou rapidamente ao primeiro Aço prático, só veio em 1740. Nesse ano, Benjamin Huntsman tirou uma patente para o derretimento de material para a produção de molas de aço a ser usado na fabricação de relógios. Ao longo dos próximos 20 anos, o procedimento tornou-se mais amplamente adoptado. O caçador usou um alto-forno para derreter ferro forjado num cadinho de argila. Em seguida, adicionou cuidadosamente quantidades medidas de carvão puro ao metal derretido. A liga resultante era forte e flexível quando lançada em molas. Uma vez que Huntsman estava originalmente interessado apenas em fazer relógios Melhores, seu Aço cadinho levou diretamente ao desenvolvimento de cronómetros náuticos, o que, por sua vez, tornou possível a navegação global, permitindo que os marinheiros para determinar com precisão sua posição leste/oeste. O fato de que ele também tinha inventado a metalurgia moderna foi um efeito colateral que ele aparentemente não percebeu. As matérias-primas utilizadas para a produção de ferro fundido bruto num alto-forno são o minério de ferro, o coque, o sinterizador e o calcário. Os minérios de ferro são principalmente óxidos de ferro e incluem magnetita, hematita, limonita e muitas outras rochas. O teor de ferro destes minérios varia entre 70% e 20% ou menos. O coque é uma substância produzida pelo aquecimento do carvão até se tornar quase puro carbono. O Sinter é feito de minério de ferro de menor qualidade, finamente dividido, que é torrado com coque e cal para remover uma grande quantidade de impurezas no minério. O calcário ocorre naturalmente e é uma fonte de carbonato de cálcio. outros metais são por vezes misturados com ferro na produção de várias formas de aço, tais como crómio, níquel, manganês, molibdénio e tungsténio. Antes de o minério de ferro poder ser utilizado num alto-forno, deve ser extraído do solo e parcialmente refinado para remover a maior parte das impurezas.
historicamente, o ferro foi produzido pelo método de explosão quente, ou mais tarde, pelo forno de antracite. De qualquer forma, a actividade fundamental no fabrico do ferro envolvia um trabalhador a agitar pequenos lotes de ferro fundido bruto e de cinzas até que o ferro se separasse da escória. Chamado de “puddling”, este era um trabalho altamente qualificado, mas também era quente, extenuante e perigoso. Exigiu muita experiência, bem como uma constituição forte. Os Puddlers eram orgulhosos, independentes e bem pagos.
Puddlers fundou o primeiro sindicato na indústria de ferro e aço, os filhos de Vulcano, em Pittsburgh, em 1858. Em 1876, esta União fundiu-se com três outras organizações trabalhistas para formar a Associação amalgamada de trabalhadores de ferro e aço. Esta foi a união que Andrew Carnegie derrotou na greve de Homestead de 1892, deixando a União em desordem e a indústria essencialmente desorganizada até a década de 1930. Pretzer
de Extração
- 1 do mundo de minério de ferro é extraído através de mineração a céu aberto em que o
o ferro Puro é macio, branco-acinzentado metal. Embora o ferro seja um elemento comum, o ferro puro quase nunca é encontrado na natureza. Minerais próximos à superfície da terra que têm o maior teor de ferro são conhecidos como minérios de ferro e são extraídos comercialmente.a superfície do solo é removida por máquinas pesadas, muitas vezes sobre uma área muito grande, para expor o minério abaixo. Nos casos em que não é econômico remover a superfície, os poços são escavados na terra, com túneis laterais para seguir a camada de minério. o minério Minado é triturado e ordenado. As melhores qualidades de minério contêm mais de 60% de ferro. Os graus inferiores são tratados, ou refinados, para remover vários contaminantes antes de o minério ser enviado para o alto-forno. Coletivamente, esses métodos de Refino são chamados de beneficiação e incluem trituração adicional, lavagem com água para flutuar areia e argila, separação magnética, peletização e sinterização. À medida que mais do suprimento conhecido do mundo de minério de alto teor de ferro se esgota, essas técnicas de refino se tornaram cada vez mais importantes. o minério refinado é então carregado em comboios ou navios e transportado para o local do alto-forno. após o processamento, o minério é misturado com outros minérios e vai para o alto-forno. Um alto-forno é uma estrutura em forma de torre, feita de aço, e forrada com tijolos refratários ou resistentes ao calor. A mistura de matéria-prima, ou carga, entra no alto do alto-forno. No fundo da fornalha, ar muito quente é soprado, ou explodido, através de bicos chamados tuye ‘ res. a Coca queima na presença do ar quente. O oxigênio no ar reage com o carbono no coque para formar monóxido de carbono. O monóxido de carbono
em seguida, reage com o minério de ferro para formar dióxido de carbono e ferro puro.
separando o ferro da escória
- 2 o ferro fundido afunda-se até ao fundo do forno. O calcário combina-se com a rocha e outras impurezas no minério para formar uma escória que é mais leve do que o ferro e flutua em cima. À medida que o volume da carga é reduzido, mais é continuamente adicionado no topo do forno. O ferro e a escória são retirados separadamente do fundo do forno. O ferro fundido pode ir para outro processo de liga, ou pode ser fundido em lingotes chamados porcos. A escória é levada para eliminação.
Tratamento de gases
- 3 Os gases quentes produzidos nas reações químicas são retiradas no topo e encaminhado para uma limpeza de gás planta onde eles são limpos, ou esfregado, e enviado de volta para o forno; o restante do monóxido de carbono, em particular, é útil para as reações químicas acontecendo dentro do forno. um alto-forno normalmente funciona dia e noite durante vários anos. Eventualmente o revestimento do tijolo começa a ruir, e a fornalha é então desligada para manutenção.
controlo de qualidade
o funcionamento do alto-forno é altamente instrumentado e é monitorizado continuamente. Os tempos e as temperaturas são verificados e registrados. O teor químico dos minérios de ferro recebidos das várias minas é verificado, e o minério é misturado com outros minérios de ferro para atingir a carga desejada. As amostras são colhidas de cada derrame e verificadas quanto ao teor químico e às propriedades mecânicas, tais como a resistência e a dureza.
subprodutos/resíduos
Existem muitos efeitos ambientais possíveis da indústria do ferro. O primeiro e mais óbvio é o processo de mineração a céu aberto. Grandes extensões de terra são despojadas de rocha nua. Hoje, os locais de mineração esgotados são comumente usados como aterros, em seguida, cobertos e paisagísticos. Alguns destes aterros tornam-se eles próprios problemas ambientais, uma vez que, no passado recente, alguns foram utilizados para a eliminação de substâncias altamente tóxicas que se infiltraram no solo e na água. o processo de extracção do ferro do minério produz grandes quantidades de gases venenosos e corrosivos. Na prática, estes gases são limpos e reciclados. Inevitavelmente, porém, algumas pequenas quantidades de gases tóxicos escapam para a atmosfera. um subproduto da purificação do ferro é a escória, que é produzida em grandes quantidades. Este material é, em grande parte, inerte, mas deve ainda ser eliminado em aterros.
a fabricação de ferro utiliza grandes quantidades de carvão. O carvão não é usado diretamente, mas é primeiramente reduzido a coque que consiste de carbono quase puro. Os muitos subprodutos químicos do coque são quase todos tóxicos, mas também são comercialmente úteis. Estes produtos incluem o amoníaco, que é utilizado num grande número de produtos; o fenol, que é usado para fazer plásticos, óleos de corte, e anti-sépticos; cresóis, que vão para herbicidas, pesticidas, produtos farmacêuticos e químicos fotográficos; e o tolueno, que é um ingrediente em muitos complexo de produtos químicos, tais como solventes e explosivos. a sucata de ferro e de aço—sob a forma de automóveis, Aparelhos e até de edifícios inteiros em aço-constitui também uma preocupação ambiental. A maior parte deste material é reciclado, no entanto, uma vez que a sucata de aço é um recurso essencial na produção de aço. Sucata que não é reciclada eventualmente se transforma em óxido de ferro, ou ferrugem, e retorna ao solo.
o futuro
na superfície, o futuro da produção de ferro—especialmente nos Estados Unidos—parece problemático. As reservas de minério de alta qualidade esgotaram-se consideravelmente em áreas onde podem ser extraídas economicamente. Muitas fábricas de aço de longa data fecharam. no entanto, estas aparências enganam. Novas técnicas de enriquecimento de minério tornaram o uso de minério de menor qualidade muito mais atrativo, e há uma vasta oferta desse minério. Muitas fábricas de aço encerraram-se nas últimas décadas, mas isso deve-se, em grande parte, ao facto de serem necessárias menos. A eficiência dos altos-fornos, por si só, melhorou notavelmente. No início deste século, o maior Alto-Forno dos Estados Unidos produzia 644 toneladas de ferro fundido bruto por dia. Acredita-se que em breve a possível produção de um único forno chegará a 4.000 toneladas por dia. Desde que muitas destas plantas mais modernas foram construídas no exterior, tornou-se realmente mais econômico em alguns casos para enviar aço através do oceano do que para produzi-lo em plantas mais antigas dos EUA.
onde aprender mais
livros
Lambert, Mark. Luzes sobre o ferro e o aço. Rourke Enterprises, 1988. Hartley, Edward N. Iron and Steel Works of the World. International Publication, 1987. Lewis, W. David. Ferro e aço na América. Hagley Museum, 1986.
Walker, R. D. Modern Ironmaking Methods. Gower Publication, 1986.
— Joel Simon