Como funciona um alto forno?

Em Máquinas incríveis por André M. Coelho

Os altos fornos são usados para fundição durante a produção de metais como ferro, chumbo, zinco e cobre. Um alto-forno trabalha soprando ar quente através do forno enquanto os combustíveis, o calcário e o minério se movem continuamente através do topo do forno. O método utilizado nos altos-fornos tem sido usado desde o ano de 1500.

Tipos de alto forno

Hoje existem três tipos de altos fornos usados para criar metais:

Fornos de chumbo: estes fornos são retangulares e menores que os altos fornos de ferro.

Fornos de Ferro: estes são um dos fornos mais importantes usados para criar ferro. O ferro é extraído do minério hematita (Fe2O3) por redução. O monóxido de carbono é um agente redutor porque é mais reativo que o ferro.

Para quê serve o alto forno?

No alto-forno, ocorrem várias reações químicas; que eventualmente resultam no produto desejado (ferro) sendo extraído. O coque (carbono) queima com oxigênio para produzir dióxido de carbono. Esta reação é exotérmica. O CO2 reage então com mais coque para dar monóxido de carbono.

C + O2 == >> CO2
CO2 + C == >> 2CO

O monóxido de carbono atua como um agente redutor e reage com o minério de ferro para dar ferro fundido, que escorre para o fundo do forno onde é coletado.

Fe2O3 + 3CO == >> 2Fe + 3CO2

O calcário no forno se decompõe, formando óxido de cálcio. Este é um agente de fluxo e combina com as impurezas para fazer escória, que flutua no topo do ferro fundido e pode ser removida.

CaO + SiO2 == >> CaSiO3

O alto forno é usado para purificar o minério e dele retirar os materiais que realmente serão utilizados. (Foto: Tata Steel)

Separação de ferro e escória no alto forno

O principal objetivo das reações do alto forno é obter subprodutos que podem ser usados comercialmente.

O método precisa de três substâncias para permitir a extração de ferro de seu minério. A mistura combinada é chamada de carga:

Minério de ferro, hematita – geralmente contém areia com óxido de ferro, Fe2O3.
Calcário (carbonato de cálcio).
Coque (principalmente carbono).

A carga é colocada em uma chaminé gigante chamada alto-forno. O alto-forno tem cerca de 30 metros de altura e é forrado com tijolos à prova de fogo. O ar quente é soprado pelo fundo.

Várias reações ocorrem antes do ferro ser finalmente produzido.

O oxigênio no ar reage com o coque para dar dióxido de carbono:

O calcário se quebra para formar dióxido de carbono:

O dióxido de carbono produzido em 1 + 2 reage com mais coque para produzir monóxido de carbono:

O monóxido de carbono reduz o ferro no minério para dar ferro fundido:

O calcário de 2 reage com a areia para formar escória (silicato de cálcio):

Tanto a escória quanto o ferro são drenados do fundo do forno. A escória é usada principalmente para construir estradas. O ferro enquanto fundido é vertido em moldes e deixado para solidificar – isso é chamado de ferro fundido e é usado para fazer corrimões e tanques de armazenamento. O resto do ferro é usado para fazer aço.

Altos fornos podem ser aquecidos a gás ou serem elétricos. Em ambos os casos, o gasto de energia é muito alto. Por isso, muitas indústrias ficam próximas a usinas geradoras de energia, refinarias ou até mesmo produzem sua própria energia. Isso ajuda na redução de custos na produção de minérios.

Ficou alguma dúvida sobre o alto forno? Deixem nos comentários suas perguntas e iremos ajudar!

Sobre o autor

Engenheiro eletricista, André sempre foi interessado em novas tecnologias. Na primeira década dos anos 2000, atuou como consultor tecnológico em empresas, ajudando as empresas a escolherem as melhores tecnologias para suas necessidades. Desde então, continuou estudando o assunto e hoje compartilha o que aprendeu e continua aprendendo através do site Tecnologia É.

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