SIDERURGIA DO FERRO

A redução do minério de ferro, conhecida como siderurgia do ferro, é feita num alto forno,uma construção imensa que parece, grosseiramente, um cilindro colocado de pé. Este funciona continuamente e é carregado na parte superior, periodicamente, com minério de ferro, calcário (CaCO3) e coque (carbono). O ferro fundido e a escória, um material semifundido constituído praticamente de silicatos, saem das aberturas de separação, as quais estão na parte inferior do forno. O ar quente injetado na parte inferior do alto forno queima o carbono existente, formando monóxido de carbono (CO), o principal agente redutor:

2C(s) + O2(g)  ---->  2 CO(g)

Se o minério for Fe2O3, ele é reduzido pelo CO a Fe3O4 na parte superior do forno, a uma temperatura de 300^oC:

CO(g) + 3Fe2O3(s) ------> 2 Fe3O4(s) + CO2(g)

O Fe3O4 gradualmente vai caindo para a parte inferior do forno, onde é reduzido (aproximadamente a 600^oC) a FeO:

CO(g) + Fe3O4(s) -------> 3FeO(s) + CO2(g)

Ainda na parte mais baixa do forno, o FeO é reduzido a ferro (de 800 a 1600^oC):

Co(g) + FeO(s) -------> Fe(l) + CO(g)

O calcário no forno sofre uma decomposição térmica:

CaCO3(s) ------> CaO(s) + CO2(g)

e o óxido de cálcio produzido reage com as impurezas de sílica formando uma escória de silicato. A reação que ocorre é aproximadamente:

CaO(s) + SiO2(s) ------> CaSiO3(l)

A escória é muito menos densa do que o ferro fundido, de modo que flutua, podendo sair asssim separadamente. Parte da escória é empregada para construção de estradas, blocos e pedras artificiais.

O Produto do alto forno é o ferro gusa, que contém até 5% (total) de Si, P, Mn e S. Estas impurezas são geralmente oxidadas pelo ar e então removidas do ferro. A purificação parcial fornece o ferro fundido, que ainda contém quantidades consideráveis de carbono. Quando o ferro fundido, recentemente solidificado, é resfriado lentamente, o carbono é eliminado da solução sólida como grafita e o produto é o ferro fundido cinza, um produto relativamente maleável e resistente. Por outro lado, o resfriamento rápido forma o ferro fundido branco, ao qual o carbono se combina em quantidades mínimas, formando carbeto de ferro, ou cementita, Fe3C. O ferro fundido branco é muito duro, mas muito quebradiço. O ferro batido, ferro onde a maior parte do carbono é removido, é bastante dúctil e maleável. O aço bruto tem cerca de 0,1% de carbono, enquanto que os outros aços têm cerca de 1,5%. São conhecidos centenas de aços inoxidáveis. Estas ligas resistentes à corrosão geralmente contêm crômio e/ou níquel. São usados também em aços vanádio, titânio, manganês, tugstênio e outros metais.