Alto-forno

O alto-forno é um forno em forma de cuba alta que transforma o minério de ferro em ferro fundido líquido e pode trabalhar longos períodos sem parar. O ferro funde-se nele e junta-se no cadinho sob uma camada de escória. Na China, o ferro fundido já se usava no século V a.C., o mais tardar, o forno escavado mais antigo, em Jiudian, no Henan, data do século IV ou III a.C., e o alto-forno chegou à Europa na Idade Média.

O que é

O alto-forno é um forno em forma de cuba alta, carregado por cima e soprado por baixo, no qual o minério de ferro se torna ferro líquido. O forno baixo que o antecedeu dava no fim de cada operação uma massa esponjosa de ferro sólido, que tinha de ser tirada antes da operação seguinte, umas vezes por cima ou por um arco na base, outras partindo o forno. O alto-forno trabalha mais quente: o seu ferro funde e junta-se no cadinho, de modo que continua a trabalhar enquanto se vaza o seu ferro líquido. Um forno podia trabalhar dia e noite durante longos períodos sem ser parado.

O que produz é ferro fundido, também chamado gusa. Contém muito carbono, o que o faz fundir a uma temperatura muito mais baixa do que o ferro puro e encher um molde, mas o torna duro e quebradiço. O ferro fundido pode ser vazado diretamente em panelas, frigideiras, fogões e canhões, ou afinado em ferro macio e aço, que têm muito menos carbono.

O alto-forno é uma instalação industrial. O gás que sai do topo é rico em monóxido de carbono, um veneno sem cor nem cheiro, e o ferro e a escória que dele saem são líquidos e muito mais quentes do que qualquer lume doméstico. Fugas de gás de alto-forno já levaram operários ao hospital mesmo em siderurgias modernas. Não existe uma versão pequena que se possa fazer funcionar sem perigo.

Como funciona

Dentro do forno cruzam-se duas correntes. A carga sólida desce devagar pela cuba, enquanto o gás quente do fogo que arde à frente dos algaravizes, os bocais por onde os foles sopram ar perto do fundo, sobe através dela e tira oxigénio ao minério pelo caminho. O carvão vegetal foi o combustível dos primeiros fornos.

O ferro fundido cinzento parte com uma fratura cinzenta e granulosa; o ferro macio, com pouco carbono, dobra sem partir.

O ferro libertado do minério fica no meio do combustível incandescente e absorve carbono, que lhe baixa o ponto de fusão: funde e escorre gota a gota para o cadinho em vez de ficar sólido como no forno baixo. As matérias terrosas do minério fundem em escória, uma massa vítrea mais leve do que o ferro, que flutua por cima dele. Ambos saem do forno no estado líquido, e o gás gasto sai por cima.

A forma interior acompanha este percurso. A cuba alarga para baixo, o que ajuda a carga a descer sem encravar, e volta a estreitar por cima do cadinho, onde boa parte da carga já fundiu e ocupa menos espaço. O ferro líquido é mais denso do que a escória e junta-se no fundo do cadinho, abaixo dos algaravizes.

História e evolução

Uma enxó de ferro fundido do período dos Reinos Combatentes. As fundições chinesas vazavam ferramentas assim em grande número.

Na China, o ferro era vazado em moldes no século V a.C., o mais tardar, e no Hubei e no Henan encontraram-se enxadas, enxós e foices de ferro fundido dessa época. O forno escavado mais antigo até hoje, em Jiudian, no distrito de Xiping (Henan), data do fim do período dos Reinos Combatentes, no século IV ou III a.C.; era construído em argila contra uma encosta. Escavaram-se ferrarias da dinastia Han, que reinou de 206 a.C. a 220 d.C., desde o Henan, a norte, até Xuxiebian, no Sichuan, com os restos dos seus altos-fornos e das forjas de afinação onde o ferro fundido era transformado.

Na Europa, já havia altos-fornos a trabalhar no século XIII. As escavações encontraram exemplares antigos em Lapphyttan, na Suécia, em Dürstel, na Suíça, e no Märkisches Sauerland, na Alemanha. Os seus foles eram movidos por rodas hidráulicas, e o seu ferro fundido seguia para uma forja de afinação para se tornar ferro macio. Nos séculos seguintes, o alto-forno espalhou-se por toda a Europa e o forno baixo foi desaparecendo.

O carvão vegetal guarda o veio da madeira de que veio; o coque, feito de hulha, é cinzento, poroso e duro.

Em 1709, em Coalbrookdale, no Shropshire, Abraham Darby I fundiu ferro num alto-forno com coque, hulha cozida para expulsar o alcatrão e os gases. Outros tinham experimentado o coque antes dele; Darby tornou-o rentável, e passou a ser possível fazer ferro onde havia carvão em vez de florestas.

O avanço seguinte veio do aquecimento do ar. Em 1828, James Beaumont Neilson, que trabalhava na fábrica de gás de Glasgow, patenteou o ar quente, em que o ar era aquecido antes de entrar nos algaravizes. Poupava uma grande parte do combustível e espalhou-se depressa pelas ferrarias escocesas. Os fornos posteriores cresceram muito, e o gás recolhido no topo era queimado como combustível na fábrica.