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By Cameron Soltys, Hamid Ghorbani, Maher Al-Dojayli

Cooling staves in blast furnaces are used to minimize the process heat loads on steel shell and refractory system. Copper staves are exposed to significant fluctuating thermal loads which may lead to premature stave failures due to cracks, water leakage, bending, abrasion and resultant wear. In this paper, an assessment methodology is presented to evaluate the effect of thermal cycling on copper staves including bending, fatigue and thermal ratcheting. This approach incorporates temperature-dependent copper properties including creep and plasticity to more accurately capture inelastic deformations, damage and fatigue in staves under transient and cyclic thermal loading conditions. Root cause failure assessment and improvements to copper stave design can be assessed using the presented methodology.

Oct 1, 2019

By Lívia Silvestre Andrade

Uma das rotas mais importantes de produção do Fe-Nb para aplicações siderúrgicas é a aluminotermia. Para que o processo seja eficiente, é necessário projetar adequadamente a escória, para garantir a mínima retenção de metal na escória e reduzir as perdas, assim como determinar a carga da aluminotermia considerando os balanços de massa e de energia. Neste trabalho, os efeitos das adições de CaO e CaF2 sobre as características das escórias do processo são determinados através da termodinâmica computacional. Um balanço de massa e um balanço de entalpia são formulados, de modo a verificar se as quantidades dos diversos materiais adicionados são adequadas e se as temperaturas de fim de processo são razoáveis. Verifica-se que, a partir de uma carga hipotética formulada, há espaço para melhorias importantes balanceando-se corretamente as adições de CaO e CaF2. Além disto, verifica-se a influência do teor de Mg contido como impureza no Al empregado como redutor, observando-se que seu efeito é bem menos significativo do que inicialmente esperado por diversos operadores.

Oct 30, 2017

By Paulo Conceição, Carlos Sampaio, Carlos Petter, Ariane Kuerten

The Sensor Based-Sorting technology is an emerging technology applied in mineral separation and concentration. The technique consists in using a method known as Dual Energy X-ray Transmission sorting (DE-XRT). The particle's position over the conveyor belt was evaluated and, despite de variability of results, shows that there is no a position with greater accuracy on the sensor's reading. Results obtained indicated that DE-XRT sorting technology was able to significantly reduce the mass and the ash content of the ore feed, being an interesting option for reduction of costs and improvement of coal quality in beneficiation plants.

Oct 3, 2019

By Rodrigo Camargos Barroso

Os fenômenos de solidificação no lingotamento contínuo são altamente dependentes da velocidade de lingotamento e das condições de extração de calor do molde. Por sua vez, equipamentos como os agitadores eletromagnéticos, alteram significativamente o escoamento na região do molde, influenciando o perfil térmico e ajudando na redução do calor de superheat. Simular simultaneamente o escoamento, o transporte de energia e a solidificação é um dos objetivos deste trabalho. O modelo emprega o software Ansys/Fluent e é aplicado ao lingotamento contínuo de moldes redondos. Como resultado, obteve-se os mapas de temperatura e a espessura de casca na saída do molde para diferentes velocidades de lingotamento e correntes de agitação. Experimentos realizados em planta buscam comprovar as previsões do modelo. Espera-se, por fim, criar um padrão operacional no lingotamento contínuo buscando otimizar o uso do agitador eletromagnético em função da velocidade de lingotamento e da temperatura de superheat.

Jul 30, 2018

By Elias Macedo de Oliveira

Este trabalho tem por objetivo realizar a avaliação das propriedades mecânicas da zona termicamente afetada (ZTA) de junta soldada de aço fundido de alta resistência, obtida pelo processo eletrodo revestido, analisando o efeito da variação do tempo de tratamento térmico pós-soldagem. Foram soldadas juntas multipasses para avaliação de propriedades mecânicas de um aço fundido de alta resistência mecânica, com preaquecimento de 200°C, corrente contínua, posição plana e aporte térmico médio de 1,5 kJ/mm. Após a soldagem, realizaram-se ensaios mecânicos e metalográficos em corpos-de-prova retirados da ZTA e metal base, tanto na condição de como soldado quanto após tratamentos térmicos pós-soldagem. Os tratamentos térmicos pós-soldagem foram realizados à 600°C, por 1, 2 e 3 horas, visando avaliar o efeito destes tratamentos nas propriedades da ZTA. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas não apresentaram diferenças significativas em relação ao metal base com os tratamentos térmicos realizados, propiciando resultados satisfatórios em relação aos requisitos da norma IACS W22 Grau R4.

Aug 7, 2018

By Luiz Henrique Accorsi Gans

First, this works carries an experimental evaluation for austempered ductile iron (ADI) as a gear material. And second, in order to provide a better understanding of the microstructural effect on the stress state of subsurface regions, a finite element method approach was considered using the submodeling tool in ANSYS 11.0. For this, ADI gears were produced from continuous cast iron bars, heat and thermochemical treated and tested in FZG test rig. The results were compared to those of carburized steel AISI 8620 and induction hardened steel AISI 4140 gears. The wear experiments were performed at the temperature of 90ºC with two torque stages: 135 N.m (running-in) and 302 N.m (steady-state). The time for pitting and spalling on the gears surfaces were measured using image analysis. The results showed a very good potential of using ADI for manufacturing gears, replacing induction hardened steels. Also, the ADI gear with smaller nodules showed higher life for pitting. In contact fatigue tests with severe load, the carburized AISI 8620 steel proved more adequate than the austempered ductile iron, showing that the mechanical properties are critical in the resistance to damage in gear contact. The austempered ductile iron with smaller nodule size showed to be very competitive with wear resistance similar to AISI 4140 steel induction hardened. With ANSYS, it was verified that the nodule size affects the gears life independently of the mechanical properties of the matrix. The results showed that the nodules indicate the presence of a concentration stress, but their size doesn’t affect the contact fatigue life as much as the total amount of nodules, regardless of the ductile iron microstructure. The size and number of nodules affects both the nucleation and the propagation stage of cracks. ADIs with higher amount of nodules have a greater wear resistance. Also, compared to the Hertz contact theory (isotropic material), the presence of graphite nodules indicates a non-isotropic material and made the maximum shear stress point moves toward the surface.

Jul 31, 2018

By Leonardo Carneiro Andrade

O desenvolvimento de materiais renováveis e biodegradáveis é uma vertente que almeja a diminuição dos custos e dos impactos ambientais. Nesse âmbito, o presente trabalho visa o desenvolvimento de novos materiais, fabricados com fibras vegetais e que possam substituir outros que são derivados do petróleo. Fibras vegetais foram utilizadas e devidamente modificadas por mercerização e acetilação com o intuito de produzir materiais com compatibilidade química. Foram obtidos, nesse trabalho, compósitos de polietileno reciclado reforçados com fibras de sisal[1]. Utilizamos a ferramenta estatística denominada distribuição de Weibull, para prever as falhas mecânicas dos sistemas estudados. Foi possível observarmos que o compósito resultante teve uma melhora relativa em suas propriedades mecânicas, o que pôde ser comprovado por meio dos ensaios de tração. A distribuição de Weibull foi uma ferramenta que produziu resultados de acordo com os esperados, comprovando a melhoria de propriedades mecânicas do material.

Oct 30, 2017

By Michael Windhager

UltimaTM rolls have been designed for intermediate and finishing stands of rod and bar and small and medium section mills. The rolls and rings are spun cast, with a highly alloyed working layer and a tough nodular iron core. Microstructure and hardness level can be adjusted over a wide range, which allows us to adapt the rolls to differing rolling conditions. After introducing the UltimaTM concept, this paper will describe the results of UltimaTM rolls achieved in various mill applications, like finish rolling of rebar, and slitting. Special emphasis is given to performance gains when using UltimaTM rolls, compared to standard rolls. This paper also examines the impact of UltimaTM rolls on mill and roll shop productivity.

Jul 30, 2018

By Anderson José Beber

O trabalho apresenta os resultados da aplicação de um novo oxidante moderado em uma grande torre de resfriamento utilizada em sistema de geração de energia de uma grande usina no sul do Brasil. Esta torre de refrigeração utiliza água de efluente tratado (tratamento terciário Esgoto doméstico) como fonte de reposição. Com aplicação desta nova tecnologia, houve uma melhoria tanto no controle microbiológico como na taxa de corrosão. Além disso, a planta foi capaz de aumentar o ciclo de concentração, resultando em economia de água, produtos químicos e menor geração de efluente, possibilitando economia superior a R$ 500.000/Ano, aplicando conceito de reuso.

Oct 30, 2017

By Ludimila Melo Vieira

O foco deste estudo é avaliar a capacidade de dissolução das partículas de cal a uma temperatura próxima da fase inicial de sopro do processo BOF. Os testes foram realizados em um forno elétrico utilizando amostras de Cal com diâmetros de 6 mm e 9 mm, 80% e 100% calcinadas em diferentes basicidades de escoria. Os resultados mostram que com o menor nível de calcinação a dissolução foi mais rápida. Podendo ser atribuído a algumas diferenças na porosidade da cal ou um efeito de formação de espuma observado durante os testes devido à evolução do CO2 da calcinação restante. O aumento na basicidade da escória resultou na redução da taxa de dissolução que pode ser atribuída a uma precipitação de fase sólida mais densa na interface das partículas aumentando a viscosidade da escória e reduzindo a porosidade da partícula. A partir de um modelo de regressão linear o nível de calcinação mostrou maior efeito sobre o coeficiente cinético do processo de dissolução seguido do tamanho de partícula. O efeito mais fraco foi a basicidade da escória. Este resultado sugere que a área de contato cal escória parece ser mais significativa do que a viscosidade no processo de dissolução de cal nos presentes experimentos.

Oct 30, 2017

By Mário César Mantovani

The steel for gas turbine compressor discs (26NiCrMoV14.5) requires some mechanical properties like strength, impact, toughness, fatigue, and creep resistance in order to be used in such application. To achieve the properties required for the gas turbine compressor discs, the material should have very low contents of sulfur, phosphorus, antimony, tin and arsenic. The level of cleanliness should also be very high and this is possible by achieving low oxygen content keeping the deoxidation elements like silicon, manganese and even the aluminum in very low percentages. The main problem in refining such steel is to adjust a sufficiently low oxygen content to have a good desulfurization and at same time a good cleanliness without using silicon, manganese or aluminum as deoxidizers. Combination of initial selection material, steelmaking process control, forging sequence and heat treatment cycles can provide uniform mechanical properties throughout the gas turbine compressor discs. Villares Metals SA as a big player on special steels with complex process has been developing this kind of material for several years. The objective of this work is to show the process technology evolution involved in the production of this kind of steel under the discussed preconditions.

Aug 17, 2017

By Rudolf Hubmer

In October 2013 JSW Steel decided to place an order to Primetals Technologies Austria (former Siemens VAI Metals Technologies) for the installation of a comprehensive Level 2 process optimization system for more than 20 existing production facilities of various suppliers. For SMS-I new L2 systems are provided for two hot metal pretreatment stations, three hot metal desulphurization stations, three ladle furnaces, two 1-strand slab casters, a ladle tracking system as well as a shop supervisory system. Additionally the existing L2 system for one 1-strand slab caster is being upgraded in the course of the project. In SMS-II new L2 systems for the 7 hot metal desulphurization stations, 4 ladle furnaces, 1 new RH vacuum degasser, ladle tracking system and a shop supervisory system are supplied. Despite of the challenging time schedule the commissioning of the single facilities started within less than 12 month after contract effectiveness. The installed Level 2 process optimization systems together with the achieved results are described in this paper.

Aug 16, 2017

By Gustavo Henrique Bolognesi Donato

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de critérios objetivos para a garantia de validade da mecânica da fratura elasto-plástica monoparamétrica, utilizando o parâmetro integral J como descritor dos campos de tensões, deformações e deslocamentos à frente de um defeito do tipo trinca. O mais importante na vertente monoparamétrica da mecânica da fratura é garantir que os campos de tensões no corpo de prova laboratorial sejam comparáveis com os existentes em uma estrutura real para cujo projeto as propriedades retiradas do corpo de prova serão utilizadas (conceito este denominado similitude). Para estabelecer critérios objetivos para a existência de similitude, esse trabalho comparou os campos de tensões obtidos de estruturas de referência sob alta triaxialidade de tensões (MBL) com aqueles obtidos de corpos de provas de mecânica da fratura em escala de laboratório. A matriz de análise permitiu a determinação dos limites de deformação M para geometrias C(T), SE(B) e SE(T) de diversas configurações e para uma faixa de propriedades de material característica de aços estruturais aplicáveis a vasos de pressão e dutos. Os resultados demonstram a baixa restrição à plasticidade de corpos de prova SE(B) e SE(T) com trincas rasas e os efeitos de profundidade de trinca e espessura nos resultados de M. Ainda, alguns comportamentos inesperados foram evidenciados, como no caso em que (para condições particulares de profundidade de trincas) corpos de prova mais finos apresentaram maior restrição a plasticidade do que amostras mais espessas. Sendo assim, o trabalho oferece uma base objetiva para que a similitude seja garantida nas avaliações de integridade estrutural baseadas na mecânica da fratura elasto-plástica suportada pela integral J, seja com seus valores críticos (Jc) ou curvas J-R.

Aug 17, 2017

By Érico França Oliveira e Silva

O conceito de utilização de aços microligados de elevada resistência mecânica nas estruturas automotivas como forma de reduzir peso, aumentar desempenho, reduzir o consumo de combustível e proporcionar maior segurança, já está bem difundido na indústria mundial. A CBMM vem desenvolvendo um projeto com a equipe da Unicamp que compete na Fórmula SAE como um meio de difundir o conceito da aplicação dos aços microligados para aqueles que serão a próxima geração da tecnologia automotiva. O projeto foi iniciado em 2011 e praticamente todas as peças do protótipo foram trocadas de aço AISI A36 para vários tipos de aços microligados com limite de escoamento superiores a 700MPa. Esse trabalho apresenta exemplos de componentes onde as reduções em massa atingiram até 32%.

Aug 7, 2018

By Amilton de Sousa Lins Junior

O presente trabalho faz parte de um amplo programa de pesquisas que envolvem o desenvolvimento de procedimentos de soldagem para componentes de sistemas de ancoragem de plataformas de petróleo. Particularmente, realiza-se um estudo das propriedades mecânicas de um metal de solda de alta resistência obtido pelo processo de soldagem GMAW para atendimento dos requisitos necessários para a soldagem de aços da classe IACS W22 Grau R4. Foram soldadas juntas multipasses pelo processo GMAW, com preaquecimento de 150°C, corrente contínua, posição plana e aporte térmico médio de 1,0 kJ/mm. Após a soldagem, realizaram-se ensaios mecânicos e metalográficos em corpos-de-prova retirados integralmente do metal de solda depositado, tanto na condição de como soldado quanto após tratamento térmico pós-soldagem a 600°C por 1 hora. Os resultados mostraram que foi possível obter propriedades mecânicas que atendem os requisitos de aços da classe Grau R4 em todas as condições analisadas. Adicionalmente, verificou-se que o tratamento térmico pós-soldagem propiciou uma melhoria na tenacidade ao impacto devido ao revenimento da microestrutura do metal de solda.

Aug 8, 2018

By Priscilla Danielle de Oliveira Lopes Costa

Na indústria aeronáutica, fadiga é um dos processos mais importantes quando se considera o dano e a falha das estruturas de uma aeronave. Adicionalmente, os materiais compósitos apresentam altas resistência e rigidez específicas. No entanto, os mecanismos de dano de um material compósito são complexos. Como consequência, o objetivo deste trabalho é identificar as propriedades à fadiga de materiais compósitos de fibras de carbono e resina epóxi, com configuração de lâminas 0°/90°/±45º e caracterizar os mecanismos de dano quando estes são submetidos à fadiga. Para tanto, nos corpos de prova foram realizados ensaios de fadiga em uma máquina universal de ensaios MTS, em controle por tensão com frequência de 10 Hz com carregamentos máximos de 6000, 5000, 4000 e 3000 N e R = 0,1 (tração-tração). O compósito em estudo demonstrou boa resistência à fadiga por controle de tensão, a vida infinita é de aproximadamente 48,5% da resistência à tração. O número de ciclos a fadiga depende da amplitude de tensão, assim como da tensão média, sendo que quanto menor a carga aplicada menor a amplitude de tensão (e a tensão média) e maior o número de ciclos a fratura. A fractografia após os ensaios caracterizou os mecanismos de dano durante o processo de fadiga, sendo que fratura na matriz, fratura das fibras e descolamento fibra/matriz são os mecanismos de falha dominantes durante a fadiga, através de análise por microscopia eletrônica de varredura.

Aug 7, 2018

By Tiago de Abreu Siqueira

CO2 geological storage is one of the current technologies developed worldwide to reduce industrial emissions of carbon dioxide to the atmosphere. Two main mineral types of deep geological reservoir could be contemplated for CO2 storage: sandstone reservoirs and carbonaceous reservoirs. Geochemical reactivity of a dolomite-calcite mineral compound and magnesite pure mineral was studied with a set of nine experiments per crushed mineral phase with two saline solution and with mQ water and three temperatures: 50°C, 90°C and 150°C. Experiments were performed in batch reactors with 250 bar of CO2 partial pressure during 24h to assess the effect of temperature and salinity in constant CO2 pressure. Solid characterization was performed by XRD and solution analysis by ICP-OES. Acidification of solutions due to CO2 dissolution in water is the main source of reactivity in the system. Proton concentration increases and causes partial dissolution of initial dolomite, calcite and magnesite and release of Ca2+ and Mg2+ cations in solution. Bicarbonate anion (HCO3) concentration also increases due to CO2 dissolution in water and carbonate minerals dissolution. Temperatures of 90°C and 150ºC increase the kinetic of reaction and the dissolution of minerals and cations release in solution. New carbonate crystalline phase precipitates as a Ca, Mg solid solution between dolomite and calcite pure poles.

Aug 8, 2018

By Alexandre Aparecida Morais

No Lingotamento Contínuo de Planos (placas de aço) o número de corridas realizadas em um único distribuidor é um indicador de performance operacional de enorme relevância para a sustentabilidade do processo. Ligados ao desempenho deste indicador estão os resultados de índices como produtividade, redução de custos, segurança e qualidade. Buscando melhorar este indicador a ArcelorMittal Aços Planos América do Sul – Unidade Tubarão iniciou no final de 2012 um projeto multisetorial subdividido em vários subprojetos satélites para aumentar o número de corridas em um único distribuidor visando obter ganhos nos índices técnicos descritos anteriormente. A proposta de meta oriunda deste projeto visava aumentar em no mínimo 70% os valores médios de corridas em um único distribuidor no Lingotamento Contínuo de Placas, o que representaria ganhos superiores a 1,2 milhões de dólares por ano. Neste trabalho é apresentada a metodologia definida para o projeto com suas respectivas etapas, o resumo de alguns subprojetos de sustentação e os resultados que já foram atingidos.

Aug 16, 2017

By Pedro Damas Resende

As propriedades físicas e mecânicas de ligas NiTi são fortemente influenciadas pelo seu histórico termomecânico. Este trabalho visa avaliar a influência de uma deformação preliminar (chegando ao escorregamento da martensita) aliada ao recozimento de uma liga NiTi sobre suas propriedades através de DSC (Calorimetria Diferencial Exploratória), ensaios de tração até a ruptura e difração de raios X (DRX). Observou-se um aumento da histerese térmica como resultados dos tratamentos, e as transformações martensíticas passaram a ocorrer com formação de fase intermediária (fase R) para os grupos recozidos. Os valores de tensões de início e fim de patamar do grupo tratado diminuíram em relação ao grupo do material como recebido.

Aug 16, 2017

By Günther Staudinge

Aperam is a global player in producing of stainless, electrical and special steel qualities. The steelmaking plant in Timoteo Brasil is equipped with one AODconverter for stainless steel and one MRPL-converter for special steel production. After almost 20 years of operation Aperam decided to exchange the existing 80 t MRP-L converter by a new one including a new trunnion ring and a state of the art suspension system. Due to an optimized design the inner volume of the new converter could be increased which comes along with improved production. A special feature is a flange connection in the barrel section of the converter. This allowed to avoid any critical site welding and the time between shut down of the old and cold commissioning of the new converter could be done with 17 days only.

Aug 17, 2017