Refino de aços: fundamentos e aplicações

De 2015 a 2020 o mundo refinou uma média de 1760 Mt/ano de aço em aciarias, com um consumo médio de produtos acabados de aço de 200 a 227 kg/ano per capita. Desde a invenção dos conversores, por Bessemer, em 1856 e do desenvolvimento do forno Siemens-Martin em 1864 o refino dos aços vem sofrendo uma notável evolução. Esses processos viabilizaram a produção em alta escala de aços para aplicações comerciais, e o final do século XIX viu a explosão de aplicações do aço em estruturas de pontes, arranha céus, material bélico e embalagens. A “metalurgia física” floresceu no começo do século XIX e, com o melhor entendimento das relações entre propriedades, composição química e processamento, demandas ainda mais rigorosas foram impostas aos processos de refino. Para atender a essas demandas, o empirismo foi sendo eliminado das operações de refino, sendo substituído pelo entendimento da termodinâmica das reações envolvidas e pelo estudo e modelamento dos processos cinéticos que controlam a velocidade do refino. Hoje, mesmo na elaboração de aços simples, pelo menos seis elementos químicos são regularmente controlados no aço, alguns inclusive no nível de partes por milhão (ppm, isso é 1g/t!). Neste livro, o autor revê os conceitos de termodinâmica aplicados ao refino de aço com um variado conjunto de exemplos, incluindo o uso da termodinâmica computacional. Da mesma forma, os fundamentos de cinética, com ênfase na cinética do transporte de massa, que tem papel central na taxa com a qual o refino se passa, são revistos e aplicados na análise dos processos. Assim, os processos de refino primário (Forno Elétrico a Arco e Conversor a Oxigênio, principalmente) e secundário (metalurgia de panela, desgaseificação, processos de produção de aços inoxidáveis, em especial) são apresentados e discutidos à luz dos fundamentos termodinâmicos e cinéticos, indicando as possíveis melhorias esperadas na produção de aço no futuro próximo. Embora os processos de aciaria atuais sejam capazes de produzir massas de aço líquidas com homogeneidade impressionante, desde 1870, pelo menos, a influência da solidificação sobre a homogeneidade e as características dos produtos de aço é conhecida. Por este motivo, os processos de lingotamento e os processos de refusão fazem parte da área de refino das usinas siderúrgicas e são aqui também discutidos. O balanço entre fundamentos e aplicações e a discussão de suas relações segue, aproximadamente, o enfoque utilizado pelo autor no ensino do tema nas últimas décadas. Assim, espera-se que o texto seja útil tanto para aqueles que estudam o refino do aço como para os que já atuam na área, seja na produção ou na pesquisa e desenvolvimento.