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By Jose Maria Rodriguez-Ibabe, Ronaldo Antonio Neves Marques Barbosa, Douglas Glenn Stalheim

Major costs in the production of both flat and long commodity grade structural steel products include alloy, labor and energy. Flat and long commodity grade structural steels such as ASTM A36, ASTM A527Gr50, S235, S275, S355 and other equivalent world societal standards represent over 500 million annual tons worldwide. These simple commodity grades consist of a minimum of three base common alloying elements, carbon, manganese, silicon and then can be supplemented with microalloying elements of either vanadium or niobium. Since 2016 raw material costs for two of the five alloying elements in these commodity grade structural steels, FeMn and FeV, have risen significantly and/or have become volatile making it difficult to maintain stability in profitability for these commodity grades. For steel plants producing hundreds of thousands and in some cases over a million tons annually of these common structural steel grades because of the significant alloy cost increase for Mn and V alloy additions has squeezed profitability of these grades. These grades typically represent the base loading for cost controls in most all steel plants and hence a significant cost increase or volatility in two of the five elements used for these grades having a negative effect on overall production costs. However, with a proper strategy for alloy designs working in conjunction with the mills existing processing capabilities to achieve the desired end metallurgy/mechanical properties, alloy costs and operational efficiencies can be realized.

Oct 1, 2019

By Alexandre Gonçalves Andrade, Crisley Dellaqua Pacheco, Gabriel Miranda Teixeira, Aline Maria Santoro Nasaré, Tatiane Ferreira Alvarenga

Diffuse emissions are that directly related to particulate matter suspended from civil structures, materials disposed in conveyor belts carried out by wind, stack e reclaimers operations and that one where dust collectors are not able to act correctly. Vale implemented in the last years a unique system capable to measure this kind of dust, called RAMPs (Dust Monitoring Automatic Network), which creates an analytical net in Tubarao industrial site, located in Vitória, ES. In order to prevent diffuse emissions in Tubarao’s pellets stockyard, it was proposed and developed a predictive model based on operational and climate variables available on the site, using big data and advanced analytics tools. The models developed shows to be adherent to the real emissions rates measured by the RAMPs and proved to be an efficient tool to predict emissions over the internal target with 4 hours of precedence.

Oct 1, 2019

By Priscilla Messias Pereira, Wellington Bonelar dos Santos, Alex Dalapicola Veronez, Maurício do Santos Rocha Junior, Leandro Resinentti Zanon

The pelletizing process allows inputs to be added to the mixture resulting in better control of the physical, chemical and metallurgical characteristics desired by the pellet. Anthracite is incorporated as input of the pellets as an alternative form of fuel, making the burning more homogeneous, "from the inside out", benefiting the physical resistance of the burned pellets and aiming to reduce the cost of natural gas during the stage of hardening. However, the amount of anthracite should not exceed an optimum value, which may cause an adverse effect on the physical quality of the pellets. Hence, it is very important an accurate control of the coal dosage. Based on that, the present study presents the implementation of a control using advanced control system that applies, using linear regression of historical data, the optimum relationship between anthracite and ore (respecting the physical quality of the pellets during processing in pelletizing furnaces). After the implementation of this control, it was possible to adjust the anthracite dosage automatically, measured in percentage of fixed carbon in the mixture, when the process is able, thus reducing the specific consumption of natural gas.

Oct 1, 2019

By Miguel Araújo Vasconcelos Filho, Ulisses Tetti

In order to determine the influence of the number of increments of the sinter sample on the variability of the chemical composition obtained in Sinter Plant production, a variographic study was carried out. It was performed with two series of samples. The first series was composed of 40 samples with a 6-second interval, with the objective of obtaining the so-called minimum practical error, resulting from the extraction processes of the sample of the conveyor belt and preparation and analysis in the laboratory and the second series composed of 60 samples with a range of 4 minutes, which points to the sample selection error. The results obtained showed that the minimization of the sample selection error occurs for increments spaced in 15 minutes, being in agreement with ISO 3082, but with significantly better results than those currently practiced for intervals between 1hour increments. It was then decided on the suitability of the sampler to allow hourly increments to be collected and on a second opportunity to install a sampling tower with primary and secondary samplers to collect increments every 15 minutes including sample size reduction.

Oct 1, 2019

By Olivier Lacroix, Dubé Mathieu, Guylaine Laforest

The reduction behavior of iron ore pellets in gas-based DR shaft processes has been studied at COREM since the late 80s. At that time, a new DR characterization test called COREM R180 was developped in collaboration with ArcelorMittal Mines Canada (former Quebec Cartier Mining) and ArcelorMittal Long Products Canada (former ISPAT Sidbec Inc.). This paper describes COREM’s approach to improve its understanding of the relations between iron ore pellet microstructure and pellet quality. The differences between the DR90 and the R180 tests are discussed. The evolution of the microstructure during reduction of both tests is also described. The reduction steps during the two tests are put forward as an important factor impacting the microstructural changes as well as the test results.

Oct 1, 2019

By Luiz Afonso Andrade, Pablo Amâncio de Freitas, Ana Patrícia Andrade Jaccard, Eduardo Cezar Ribeiro, Ana Christina Pitard Lima, Rodrigo Ribeiro de Souza

A análise dos carvões em mistura é de suma importância para redução dos custos e controle de qualidade de uma coqueria, esse trabalho trata da influência da cominuição comum de carvões de diferentes ranks, assim como suas implicações no processo de amostragem e consequentes desvios nas análises. O processo de produção da mistura de carvões na Ternium Brasil possuía um desvio não rastreado entre matéria volátil resultante da amostragem automática da mistura de carvões e a matéria volátil esperada pelo resultado da média ponderada dos carvões individuais no recebimento, para tal foram estudadas todas as etapas do processo de produção da mistura de carvões desde a variação dos carvões em pilha, escoamento em silos e na etapa anterior e posterior a britagem. Os dados foram comparados e foi feito um plano de ação para redução do desvio.

Oct 1, 2019

By Bi Zongyue, ZhangYongqing, NiuTao, Guo Aimin

Over the past twenty years, significant advances have been made in the field of microalloying steels and associated applications, among which one of the most successful application cases is development and application of heavy-gauge X80 coil with high temperature processing HTP practice used for China's Second West-East pipeline, the longest X80 pipe in the world. During this process, HTP design concept has been sucessfully applied to develop 18.4mm X80 coil with demanding low-temperature fracture toughness requirements. In the meanwhile, China's metallurgical workers have further optimized HTP design concept with the aid of powerful rolling mill and coiling equipment, and made it possible to develop 21.4mm X80 coil used for Russia-China East line. In the paper, we would simply review the development history of high-strength pipeline steels, and then give more priority to the fundamental points for sucessful development of 18.4mm X80 coil and SSAW pipe, which paved the way for subsequent development of 21.4mm X80 coil and SSAW pipe. Finally, we would present the test results of mass production and burst tests, and dispel the suspicion that SSAW pipes made of X80 coil are more qualified to resist ductile fracture.

Oct 1, 2019

By Dimas Henrique Barros Andrade, Roberto Abreu Alencar

O algaraviz é uma parte importante do sistema de sopro de um Alto-Forno, utilizado para direcionar o sopro e combustíveis injetados para a ventaneira, por conseguinte o interior do forno. O algaraviz consiste em uma caraça metálica revestida de material refratário com resistência ao calor e uma camada de isolante térmico entre o refratário e a carcaça. Falhas em serviço de algaravizes costumam a gerar grandes danos materiais, financeiros e com grande risco à vida dos operadores, por isso o controle e inspeção da integridade estrutural e térmica dos algaravizes é de suma importância. A inspeção nos algaravizes é realizada a fim de se detectar precocemente pontos quentes que são indicativos de falhas estruturais no algaraviz. Portanto este artigo foi feito um modelo numérico de transferência de calor, a fim de se averiguar as condições do algaraviz, de forma a verificar se o algaraviz em condições normais de operação mantem as condições térmicas. O modelo revelou resultados satisfatórios de forma que em comparação com resultados de inspeções em peças em operação se obteve um erro de cerca de 8%.

Oct 1, 2019

By Odair José Kirmse, Bruno das Chagas Bernardo, Simony Barboza, Vinícios Andreatta

Neste trabalho buscou-se avaliar o consumo de sucatas com elevador teor de enxofre, em carro torpedo, sem afetar a qualidade final do produto, objetivando a recirculação de um coproduto gerado internamente e aumento do rendimento de gusa distribuído para Aciaria. A sucata em questão é gerada a partir do beneficiamento da escória resultante do processo de raspagem após dessulfuração do ferro gusa em panela (KR) e do procedimento de limpeza dos carros torpedos. Foi avaliada a operacionalidade da adição, riscos envolvidos no processo e redução da geração com reaproveitamento direto no processo. Os resultados mostraram que existe viabilidade técnica e ganhos financeiros significativos

Oct 1, 2019

By Anand Kumar Agrawal, Kinzel Klaus Peter, Lorenzo Micheletti, Cristiano Castagnola, Horst Kappes, Andre Oliveira, Björn Rösner, Philippe Bermes

Blast furnaces are widely employed today for iron production all around the world, with a total production of around 1.2 billion tons per year. Its operating principle, which relies on usage of coke to reduce the ore, to ensure the permeability in the reaction vessel, to maintain its flexibility of operation and acceptability for varying qualities of iron ores. The blast furnace route is widely considered as the most economic and efficient route of iron production, however it is based on fossil energy carriers. The blast furnace route has undergone significant developments in terms of energy efficiency in the last decades, which led to a substantial reduction in the use of fossil reduction materials. Being an energy intensive process, competitiveness and cost saving in the blast furnace plant was always strongly related to the saving of energy and hence reduction of CO2 emissions. In addition to this, EU emissions trading system (EU ETS) as a cornerstone of the EU's policy in response to climate change has set new “challenges” for iron production in Europe. Paul Wurth has always been deeply involved in the development of energy saving technologies for blast furnaces. In the following a review of energy saving achievements developed in the last decades will be presented and the potential of available CO2 saving technologies will be summarized. Additionally, an outlook about the potential of future technologies, concepts and their impact on the blast furnace and the steel plant’s energy balance will be discussed. Finally, the replacement of carbon by hydrogen as reduction agent in the steel plant will be reviewed, with special focus on a comparison of costs and incentives.

Oct 1, 2019

By Danilo Gonçalves de Oliveira, Rogério Martins Pereira

Chatter is a widely studied vibration phenomenon that affects most cold mills around the world and its impact on these lines are tremendous: from productivity and quality losses to mechanical equipment damage. The investigation of its origins and how to minimize the occurrences and their impact on the equipment require special instrumentation and algorithms in order to have a detection of the vibrations as soon as they start. This paper presents three methods of identification of chatter on a Tandem Cold Mill and the actions to leave the vibration frequency range before its amplitude achieve catastrophic values.

Oct 1, 2019

By Thomas Höfler, Michael Auinger, Bernhard Linder

Gas-fired pusher furnaces are commonly used to heat steel slabs before hot rolling. Temperatures well above 1000 °C combined with an oxidizing atmosphere containing H2O, CO2 and O2 result in rapid oxidation of most steel grades. The resulting oxide scale and the chemistry of the metal-scale-interface are major determining factors for the occurrence of hot rolling defects. To better understand these phenomena, lab-scale trials were performed with two different steel grades in an electric tube furnace in the temperature range 1000-1250 °C, using an atmosphere of about 20 % H2O, 7 % CO2 and 3 % O2. Humidification of the gas was achieved by evaporation, using a custom thermostat with standard laboratory glassware. The resulting samples were prepared metallographically, using cold mounting under vacuum with taper section angles, and analyzed using light microscopy and SEM/EDS. The scale structure of the Si alloyed steel was highly dependent on the oxidation temperature due to the formation of eutectic liquid phases of FeO, Fe2SiO4 and FeAl2O4. Below the eutectic temperature, the scale of the Si steel appeared to be made up of three distinct areas: The external scale consisting solely of Fe oxides, the internal scale containing Fe2SiO4 and FeAl2O4, and an internal oxidation zone with SiO2 and Al2O3 in a mostly plain Fe matrix. Comparisons of the experimental results with simulations of the internal oxidation showed good qualitative agreement.

Oct 1, 2019

By Nelson SOUTO, Nicolas LEGRAND, Christian COUNHAYE, Don EARLEY

The work is motivated by the automotive customer requirements for a roughness with high peak density (RPc > 75 peaks/cm) on steel sheet surfaces to maintain a good strip surface finish after painting. For that purpose, a new approach is utilized to compute roughness transfer and predict final roughness on uncoated steel sheets (average roughness, skewness, peak density) as a function of temper rolling conditions. The approach is based on the Monte Carlo method combined with the Abott curves and an auto-correlation function to numerically generate roughness profiles for roll and strip respectively. To compute the roughness transfer due to the interaction between roll and strip surfaces during rolling, a composite Abott curve that combines roll and strip Abott curves is used with an asperity crushing model integrated with a rolling model. This enables simulating two roughness transfer mechanisms in the roll bite: the strip asperity crushing mechanism by roll roughness and the strip asperity ploughing mechanism due to roll-strip interfacial sliding speed. The model shows the importance of considering the two mechanisms to predict roughness transfer correctly when strip elongation is high, typically a few percent, and roll bite friction is low. In these conditions, the forward slip at the exit of the roll bite tends to erode strip roughness significantly and decrease considerably the peak density on the strip. For lower elongation levels (~1%) and high roll bite friction, the ploughing mechanism becomes negligible and roughness transfer is controlled by the crushing mechanism only. With these two mechanisms, the model reasonably predicts the evolution of average roughness and peak density over a wide range of temper rolling conditions (new/worn work rolls, hard/soft grades, various elongations), but skewness is more difficult to predict for some trials.

Oct 1, 2019

By Leandro Augusto Justen Marzulo, Guilherme Lucio Abelha Mota, Otávio da Fonseca Martins Gomes, Gilson Alexandre Ostwald Pedro da Costa, Alexandre da Costa Sena, Felipe Schimith Batista

O presente trabalho desenvolveu uma solução, utilizando Hadoop e Map Reduce for C (MR4C), capaz de paralelizar a segmentação de fissuras em imagens de partículas minerais. Um conjunto de 221 imagens de tamanhos distintos de partículas de minério de cobre obtidas por microscopia eletrônica de varredura foi utilizado para os testes. A variação do número de nós de processamento apresentou um ganho do tempo de execução que escalou de forma quase que linear. O balanceamento de carga estática promoveu um speedup de 1,3. A solução proposta, quando comparada à implementação sequencial, considerando um cluster com 9 nós de processamento, atingiu um speedup de 19,1.

Oct 1, 2019

By Pedro Cunha Alves, Wagner Viana Bielefeldt, Vinicius Cardoso da Rocha, Julio Aníbal Morales Pereira, Antônio Cezar Faria Vilela

Consideráveis esforços vêm sendo realizados para aumentar o desempenho das operações metalúrgicas e a qualidade do aço produzido. Nesse sentido, o papel das escórias no processamento do aço tem se tornado de muita importância. Com o objetivo da otimização das escórias, numerosos estudos têm sido conduzidos para uma melhor compreensão do efeito da composição química e demais propriedades da escória sobre a viscosidade, bem como, sua influência sobre o controle da limpeza inclusionária. Também se tem observado uma evolução das técnicas experimentais de laboratório que são empregadas para a investigação estrutural e medidas das propriedades físicas das escórias. Essa evolução e investigação são fundamentais, inclusive, para o ambiente prático da indústria do aço.

Oct 1, 2019

By Lucas Gonçalves Generoso, Larissa Rodrigues de Carvalho Rocha, Gerson Evaristo de Paula Júnior, Beatriz Fausta Gandra

A eficiência na redução dos minérios de ferro no alto-forno é governada pela estrutura e permeabilidade das camadas de carga. A zona granular do alto-forno é a região onde a carga mantém a sua estrutura estratificada, decorrente do carregamento, sob a forma de grãos sólidos. Nessa região, as condições de permeabilidade determinam o perfil de distribuição do gás e, consequentemente, a eficiência térmica e química do reator. Na Usiminas, foi desenvolvido um ensaio de permeabilidade que permite avaliar a perda de carga em leitos formados pelas matérias-primas utilizadas nos altos-fornos, buscando as condições mais favoráveis ao fluxo gasoso. A partir deste ensaio, foi possível avaliar cargas compostas exclusivamente por sínter, pelota ou minério granulado, ou ainda combinações binárias entre estes. O sínter apresentou a maior perda de carga, seguido da pelota e do minério granulado. Apesar disso, o sínter foi o material que permitiu maior acréscimo de vazão do gás. Os ensaios realizados indicaram que 5% de material com granulometria menor que 5 mm é o limite para a concentração de finos do sínter, situação em que foi observado acréscimo de aproximadamente 50% na resistência à passagem dos gases para as velocidades correspondentes àquelas dos altos-fornos. O leito de melhor permeabilidade foi formado por 95% de sínter e 5% de pelota, seguido pelo de 100% de sínter, sem diferença significativa entre essas condições. Em geral, a combinação de sínter e pelota é mais benéfica para a permeabilidade do leito.

Oct 1, 2019

By Larissa Rodrigues de Carvalho Rocha, Mauro Vivaldino Fernandes, Maurício Covcevich Bagatini, Beatriz Fausta Gandra, Adriano Cesar Carvalhido

O combustível com menor granulometria, denominado small, pode ser carregado juntamente com a carga metálica, em substituição ao coque, no intuito de melhorar as condições de permeabilidade do gás e a redutibilidade da carga no alto-forno. Na Usiminas, o equilíbrio na geração e no consumo desse material limita o seu uso em taxas abaixo da média nacional. Nesse sentido, foi avaliado o efeito do coque verde de petróleo (CVP) em substituição ao small coque no consumo de combustível e na estabilidade operacional do alto-forno. Os resultados do teste industrial indicaram a possibilidade de substituição até 45 kg/t gusa, com manutenção do fuel rate, da permeabilidade e da produtividade do alto-forno.

Oct 1, 2019

By Mayworm Luiz, Mantovanelli Mauro, Merisio Everaldo, Oliveira Edgar Adrian, Vieira Estéfano Aparecido, Kaneda Kazuyuki

Os filtros da estação de tratamento de água do circuito spray da planta de lingotamento contínuo apresentam problemas de desempenho quanto a vazão, gerando perda de produtividade do processo de produção de placas da ArcelorMittal Tubarão. Na etapa de filtração da água de recirculação utilizada no circuito de spray, ocorre redução da vazão com o tempo de operação não atendo a necessidade do processo. Existe uma divergência de especificação de projeto uma vez que o projeto original visa tratamento de água potável e não água do sistema direto de lingotamento, uma água com alta concentração de sólidos em suspenção e óleos&graxas. Para recuperar a vazão da água filtrada, é necessário aumentar a frequência de contra lavagem, melhorando a passagem da água e limpando os leitos, porém a alta frequência de contra lavagem torna-se uma complicação para operação da ETA, não garantindo a estabilidade da operação. O objetivo deste trabalho foi identificar e propor soluções para os problemas de vazão dos filtros de forma a garantir a especificação nominal de projeto (1380 m³/h / 5 filtros) e consequente estabilidade operacional do sistema. Foram feitas avaliações em laboratório para identificar a composição ideal do leito filtrante assim como sua distribuição granulométrica, além de modificações internas do filtro e das crepinas utilizadas no sistema de contra lavagem. Após as modificações, o filtro está operando por quase um ano conforme especificação, garantindo a vazão de filtração e prolongando o tempo de contra lavagem de 6/6 horas para 15/15 horas.

Oct 1, 2019

By Alexandre Medeiros, Bruno Aquino Rocha, Evaldo Nogueira, Marcus Valério Magnago

Este artigo tem como finalidade demonstrar o cenário evolutivo da expedição ferroviária de produtos siderúrgicos da ArcelorMittal Tubarão, focado na eficiência operacional e no atendimento à Clientes. Neste documento, apresentaremos a estrutura de pátios e equipamentos, o status anterior do “share” de expedição nos modais terrestres e os motivadores do processo de mudança. Em seguida, iremos apresentar as melhorias e inovações implantadas em nossos processos internos e externos, da cadeia logística de atendimento à Clientes. Ao final, demonstraremos a evolução da participação do modal ferroviário no “share” de expedição, bem como os ganhos capturados através da elevação dessa participação.

Oct 1, 2019

By Uazir Bezerra de Oliveira, Günther Staudinger, Michael Skorianz, Edo Engel

Oct 1, 2019