No ar ou em outros fluidos de processo, sistemas de filtragem auxiliam na transformação e no tratamento do aço e outros metais

por Tiago Dias

Quando o homem conseguiu a quantidade necessária de calor para fundir o minério de ferro, encerrou-se a Idade do Bronze e deu-se início à Idade do
Ferro. A fronteira entre o ferro e o aço foi definida na Revolução Industrial, com os primeiros alto-fornos permitindo agregar resistência a desgastes, corrosão e impactos.
O aço é, basicamente, uma liga de ferro e carbono. O ferro é encontrado em toda crosta terrestre, fortemente associado ao oxigênio e à sílica. O minério de ferro é um óxido de ferro, misturado com areia fina. Por conta dessas propriedades e de seu baixo custo, o aço passou a representar cerca de 90% de todos os metais consumidos na época. A partir daí, a indústria do aço teve impulso e se modernizou de vez.
Todo esse volume ainda é muito expressivo nos dias de hoje. Segundo o CBCA – Centro Brasileiro da Construção em Aço, cerca de 100 países produzem aço, e o Brasil é considerado o 10º produtor mundial. Ainda segundo a divulgação do Centro, os aços-carbono possuem em sua composição apenas quantidades limitadas dos elementos químicos carbono, silício, manganês, enxofre e fósforo. Outros elementos químicos existem apenas em quantidades residuais. Para fabricar aço, e muitas vezes modificá-lo para determinados fins, há uma grande quantidade de indústrias siderúrgicas, metalúrgicas e de fundição, já que aplicação é o que não falta. Quem puxa todo esse montante de produção são os setores automotivo, autopeças, construção civil, indústria naval e até mesmo utilidades domésticas e linha branca.

A metalurgia designa um conjunto de procedimentos e técnicas para extração, fabricação, fundição e tratamento dos metais e suas ligas. Siderurgia é o ramo da metalurgia que se dedica à fabricação e tratamento do aço. Já o processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fusão, conseqüente liquefação e escoamento ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificação.
Segundo Pesquisa de Indicadores Sócio-Econômicos da Indústria Metalúrgica Brasileira, realizada pela CNM/CUT – Confederação Nacional dos Metalúrgicos, os setores da indústria metalúrgica apresentaram forte crescimento durante o ano de 2007. A produção da indústria do aço teve crescimento de 9,3% e é um dos que possui a maior previsão de investimento: US$ 57 bilhões para os próximos 10 anos para atingir uma produção de 80 milhões de toneladas, enquanto a fundição investe US$ 140 milhões para os próximos dois anos, para adequar assim sua capacidade de 3,7 milhões de toneladas à demanda nacional.
Os números específicos das siderúrgicas, estimados pelo IBS – Instituto Brasileiro de Siderurgia, mostram que a produção de aço bruto é de aproximadamente 34 milhões de toneladas, enquanto as vendas internas, com crescimento superior a 18%, atingiram 20,6 milhões de toneladas de produtos acabados e semi-acabados.
“Este é um universo tão expandido, com uma diversidade e importância tão grande, onde o segmento de filtros, consequentemente, tem uma grande presença técnica. Praticamente, qualquer tipo de filtro pode ser utilizado em uma indústria siderúrgica, por exemplo. Mas claro que há os principais, os que são mais utilizados”, explica André Luis Moura, Gerente Geral da DBD Filtros, que comercializa diversos tipos de filtros e sistemas de filtragem, incluindo o Filtro Separador Centrífugo, um dos recursos utilizados no segmento.

Para o ar
Os setores de produção dessas indústrias emitem, diariamente, diversos tipos de partículas. Na Aliança Metalúrgica, reconhecida como um dos maiores fabricantes de reguladores para gás, fechaduras, ferragens, rodízios e deslizadores, as matérias-primas empregadas pela empresa são o Zamack, liga de zinco conhecida como ZA-27 e muito utilizada no segmento, e o aço. É justamente do Zamack que vem as partículas. “Chamamos de pó de Zamack e o filtro de manga está aí justamente para captá-lo. Não é recomendável que ninguém inale esse pó no meio da fábrica, muito menos que o ar saia carregado desse material para fora”, explica Luiz Antonio da Silva, Líder de manutenção da fábrica.
O Filtro de Manga é reconhecido como um equipamento de separação de alta eficiência. Serve para filtragem do ar em sistemas de despoeiramento das
indústrias, permitindo um completo controle da poluição atmosférica na fonte.
O meio filtrante costuma ser mangas de tecido ou feltro, que recolhem o material filtrado quando o ar/gás sujo passa através delas, deixando depositada uma camada de pó fixa em sua superfície. O ar/gás limpo passa pelos interstícios da manga e assim pode sair para a atmosfera.
Esses tipos de filtros geralmente são compostos de três partes básicas: moega (na parte inferior, no duto de entrada do ar/gás sujo, onde o material coletado é depositado), carcaça (onde ficam as mangas fixadas em uma chapa plana que as sustenta, faz ainda a vedação entre a carcaça e a parte superior do filtro) e o Plenum (câmara superior por onde sai o ar/gás limpo, no duto de saída, e onde ficam os sistemas de limpeza periódica das mangas).
Vazão, temperatura, composição química e umidade são itens que o fabricante do filtro deve verificar para que o dimensionamento do filtro seja correto e atenda sua necessidade, além dos detalhes das partículas, como distribuição de tamanho, propriedade abrasiva e de adesão. (Saiba mais na matéria sobre Filtro de mangas nas edições n° 25 e 26).

Na Metalsider, indústria de ferro gusa e comercialização diretamente ao mercado consumidor doméstico - indústrias de autopeças, fundições diversas e aciarias, utiliza-se minérios de ferro e fundentes. Ricardo Zenóbio, do Departamento do Meio Ambiente da empresa, comenta as etapas onde mais se precisa dos filtros: “Nas áreas de manuseio de carvão existem etapas de transferência, peneiramento e pesagem do material, necessitando de um sistema de captação da poeira de carvão gerada”.
Nesses pontos são utilizados filtros de manga com capacidade entre 30.000 e 50.000 Nm3/h, para promover o sistema de despoeiramento e, consequentemente, estar em dia com as exigências ambientais. O segmento de aço e metais enfrenta o problema de coletar poeira.
Assim como os filtros de manga, os lavadores de gás também são utilizados em algumas indústrias. “Os lavadores podem controlar simultaneamente poluentes particulados e gasosos. A escolha do tipo de lavador é ditada pela restrição ao processo e disponibilidade de água (como o conjunto de equipamentos) e o tipo e diâmetro das partículas a serem coletadas, etc. O lavador Venturi é um dos mais eficientes na remoção de partículas de diâmetro na faixa respirável.
O funcionamento ocorre através da atomização líquida em um spray, em que as partículas de diâmetro abaixo de 3µm têm aplicação eficiente”, explica Edison Ricco Junior, Diretor da Apexfil Indústria e Comércio, fabricante de diversos tipos de filtros (Saiba mais na matéria “Lavador de gás Venturi”, na edição n° 25).
Segundo o Relatório de Sustentabilidade da Siderurgia Brasileira, organizado pela IBS, a questão dos poluentes emitidos é séria e precisa de muita atenção por parte das indústrias. Durante o ano de 2006, algumas empresas do setor foram autuadas com multas que totalizaram R$ 1,1 milhão relativas a não-conformidades com leis e regulamentos ambientais. A maior parte das irregularidades esteve relacionada a ocorrências nos sistemas de tratamento e controle de efluentes e resíduos.

Separando os sólidos da água
O processo mais usual na fabricação de peças na Aliança Metalúrgica é a galvanoplastia. “É o processo pelo qual se depositam banhos eletrolíticos para aumentar a resistência das peças, usado também para tornar o aspecto mais bonito”, explica Tatiane Torres de Sá, Técnica Química dos laboratórios da empresa.

A importância na sequência de fabricação do produto é grande. “Peças sem banhos galvânicos não têm resistência à corrosão e ficam sem acabamento. O filtro prensa costuma ser utilizado para separar a água do lodo galvânico, formado por resíduos que aparecem durante a galvanoplastia”, explica Tatiane.
O Filtro prensa é utilizado nessas indústrias sempre que houver necessidade de separar sólidos dos líquidos, como complementa Renato Merne, Gerente Industrial e Especialista em Tecnologia Ambiental/Automação da Tecitec, fabricante desse sistema de filtração. “A utilização pode ser realizada principalmente quando há a necessidade em desaguar ao máximo os sólidos, objetivando a redução do volume final de resíduos. Principalmente, na aplicação em siderúrgicas, onde possuímos aplicações, os filtros prensa são empregados para filtrar a água utilizada nos lavadores de gases dos fornos de fundição do ferro gusa, separando desta forma os sólidos existentes”. Este processo é extremamente importante, pois só assim a água pode retornar ao sistema isenta de sólidos.
O equipamento é recomendável por ter grande capacidade de deságüe. “As partes em contato com os líquidos são confeccionadas com materiais resistentes à ação química, de acordo com o produto a ser filtrado. Podemos ainda fabricar os equipamentos em materiais compatíveis e resistentes como o aço inoxidável, polipropileno, PVC, Teflon, entre outros, os quais não serão agredidos pelos produtos filtrados”, esclarece Renato. Segundo ele, normalmente para as partes de contato com os líquidos, o polipropileno ocupa lugar de destaque em relação aos demais materiais empregados.
(Saiba mais sobre Filtro Prensa na edição n° 25).
Como opção para separar sólidos da água, a aplicação dos filtros separadores centrífugos estende-se em diversas etapas, desde a captação de água do rio, que costuma vir com areia e outros particulados, na laminação de metais e na torre de resfriamento, além de ser aplicado em lavadores de gás, na captação dos sólidos provenientes da lavagem. “A vantagem do separador é que não existe elemento filtrante, tem perda de carga constante, é ecologicamente correto e tem eficiência de até 98%”, esclarece André, da DBD.

Aço líquido
Na CSN - Companhia Siderúrgica Nacional, considerada primeira produtora integrada de aço plano no Brasil, há uma produção anual de 5,6 milhões de toneladas. “As matérias-primas mais utilizadas na indústria são o minério de ferro para transformação em aço, alumínio como agente desoxidante na aciaria e revestimento de chapas galvalume, zinco como revestimento de chapas zincadas e galvalume, e estanho para revestimento de folhas de flandres”, explica Márcio F. Guimarães Lins, Assessor de Projetos Especiais e Controle de Desempenho.
O estado desses metais irá determinar o tipo de processo e o sistema de filtração escolhido.
“Em nosso caso, o minério de ferro é utilizado sob três formas de granel - granulado, pelotizado e sinter feed. Estas formas se distinguem pela granulometria e teor de ferro”, explica.
O processo de fabricação começa com a conversão dos minérios de ferro em ferro líquido, através dos alto-fornos.
“O ferro sofre refino e se converte em aço nos conversores a oxigênio da aciaria. O aço líquido é lingotado continuamente na forma de placas. As placas são laminadas a quente e a frio, gerando tiras bobinadas. Parte da produção é processada em linhas contínuas de revestimento, gerando bobinas de aço revestido”, esclarece Márcio.

Eletrostático
Porém, há filtros para as mais diversas finalidades e processos. “A mais importante operação de filtragem é feita a seco, nos precipitadores eletrostáticos das máquinas de sinterização”, explica Márcio, da CSN.
Este tipo de filtro é utilizado para a operação de sinterização, que transforma minério pulverizado (sinter feed) em um granel com tamanho médio de partícula em torno de 20 mm. O processo utiliza a sucção de ar através de uma camada de mistura de minério com cerca de 5% de carvão. A queima contida na mistura gera o calor que sinteriza (aglomera) o minério. “Cerca de 2% do minério são arrastados pelo fluxo de ar que percola a mistura, e seriam perdidos se este fluxo não fosse filtrado, devolvendo as partículas de minério filtrado para reutilização no processo de sinterização”, explica Márcio.
O filtro eletrostático separa as partículas sólidas da corrente gasosa que é succionada através da camada de minério e carvão. O gás passa por células dotadas de elementos carregados negativamente, de tal forma que as partículas absorvem carga negativa, e são depois atraídas por elementos de carga oposta, dispostos ao longo do fluxo gasoso. Sistemas mecânicos removem as camadas de partículas aderidas, que são descarregadas por gravidade. “São câmaras metálicas que recebem o fluxo de gás proveniente da sinterização, instalados na entrada de sucção do exaustor principal da linha de sinterização. O exaustor normalmente tem potência da ordem de 5.000 HP, e os filtros usualmente ocupam área de cerca de 50 m2, por 3 a 5 m de altura, podendo ficar suspensos ou instalados ao rés do chão, dependendo da posição do exaustor”, esclarece.
Segundo a empresa Atmos, especialista na fabricação desse tipo de filtro, o funcionamento do equipamento consiste em induzir o ar poluído a passar através de células metálicas energizadas com alta tensão, que promoverão a ionização e captura das partículas poluidoras.
Operam através dos princípios da eletrostática, um dos mais eficientes sistemas de captação de particulados submicrônicos.

Sistemas e máquinas
Em regra geral, poucos filtros especiais são utilizados no processo de fabricação da Fundição Estrela. “Apenas em casos muito específicos, como por exemplo, o processo de fusão. Utilizamos filtros em máquinas e equipamentos, além dos aplicados no sistema de exaustão, do tipo manga - estes muito importantes para a manutenção da qualidade ambiental”, conta o diretor Paulo Rogério Fernandez. Com 58 anos de atividade, a Fundição Estrela executa serviços de fundição de metais não-ferrosos (ligas de cobre e alumínio) por diversos processos gravitacionais, desde os mais típicos, como areia, até microfusão.
Alex Peixoto, Engenheiro da Hydac, fabricante que tem o segmento de siderurgia como uma de suas especialidades, comenta que, no geral, esse mercado precisa de elevados cuidados com os sistemas hidráulicos e de lubrificação a óleo, principalmente na parte da Siderurgia, onde, segundo ele, há três aspectos importantes: sensibilidade hidráulica dos componentes (muitas vezes com servo-acionamentos), ambiente extremamente contaminado e disponibilidade elevada de máquina.
“Isso porque desde os processos de preparação de matéria-prima, nas coquerias, alto-fornos, lingotamentos e laminações, existem sistemas hidráulicos muito críticos que podem ter seu funcionamento prejudicado e muitas vezes interrompido se a contaminação do fluido hidráulico estiver elevada.Estes sistemas devem ser protegidos com filtração absoluta tanto para o fluido hidráulico como para os respiros de reservatórios”, esclarece.
No caso da água de processo utilizada na siderurgia, é empregada normalmente uma filtração mais grosseira, da ordem de algumas dezenas de micra a milímetros, desde sua captação até a aplicação em processos de laminação. Entram em cena os filtros autolimpantes, ou seja, aqueles que garantem a continuidade de fluxo mesmo nos instantes de retrolavagem. “Na siderurgia, por exemplo, onde o aço é laminado, os filtros autolimpantes protegem o spray, isto é, os bicos aspersores que borrifam água no aço”, diz Alex.

Convênio para reutilização industrial de água A ArcelorMittal Tubarão, maior produtora mundial de semi-acabados de aço, poderá utilizar o efluente final de Estações de Tratamento de Esgoto e de lavagem dos filtros das Estações de Tratamento de Água (ETA’s) da Companhia Espírito Santense de Saneamento (Cesan), em suas plantas industriais. Essa é a proposta do Protocolo de Intenções assinado em junho, pela diretoria das duas empresas. A partir do Protocolo de Intenções, será iniciado um estudo conjunto de viabilidade da utilização da água de reúso nas unidades industriais da ArcelorMittal Tubarão, assim como de outras empresas do Grupo. Para o presidente da ArcelorMittal Tubarão, José Armando Campos, o alcance do projeto vai muito além dos interesses da Companhia. “A partir da consolidação do reúso desta água, toda a sociedade será beneficiada. Afinal, permitirá substituir o fornecimento de um volume de água (potável) que passará a ser disponibilizado para a população”, explicou.

“Em aplicações voltadas ao segmento metalúrgico, mais especificamente no processo de usinagem, existe o fluido de corte, usado para refrigerar ferramentas. Esse fluido não pode ser descartado em uma canaleta, pois ele faz parte do conjunto da máquina operatriz. Para estes casos, os filtros autolimpantes utilizam alguns acessórios que permitem o retorno do filtrado de volta ao reservatório da máquina, segregando em um alojamento tipo bolsa o contaminante residual concentrado e que não foi removido pelos processos convencionais de arraste de cavacos, mas que ficou retido no filtro, minimizando a perda de fluido refrigerante”, comenta Alex. Nesta questão, a Fundição Estrela diz não utilizar água no processo de manufatura. Desta forma, a água descartada é aquela proveniente da limpeza predial e manutenções. “Essa água deve ser tratada antes ainda de seu descarte. Para este propósito dispomos de sistema separador de água e óleo”, explica Paulo, da Fundição Estrela.
Basicamente, no caso da empresa, utiliza-se a caixa separadora de água e óleo, onde a separação ocorre por módulos coalescentes. “O sistema é instalado preliminarmente ao descarte da água para a rede pública”, explica. Porém, são mais comuns os tratamentos que utilizam componentes químicos e diversos tipo de filtragem para retirar as impurezas da água. A máxima, neste caso, é idêntica ao papel dos filtros dentro de toda a extensão de uma fábrica: “A utilização dos filtros é necessária para manter os processos dentro dos padrões de performance operacional e proteção ambiental”, esclarece
Paulo.