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By Beatriz Fausta Gandra

A preservação do refratário do cadinho é fator determinante para o prolongamento da vida útil de altos-fornos. Assim, o presente estudo teve por objetivo avaliar o efeito da variação da composição química do gusa (silício, manganês e enxofre) sobre o bloco de carbono do cadinho, com foco na obtenção de informações que permitiram inferir sobre a viscosidade e a tensão superficial do gusa. Isto foi realizado por meio de análises via microscopia de aquecimento e ensaios para determinar a penetração de gusa em bloco de carbono a altas temperaturas. Os resultados indicaram a tendência de elevação do ângulo de contato entre o gusa e o bloco de carbono a partir do aumento do silício e do enxofre no gusa. Por outro lado, verificou-se que o ângulo de contato reduz com o aumento do manganês no gusa. Dessa forma, o gusa contendo maiores teores de silício e enxofre penetrou de forma menos significativa no bloco de carbono, enquanto que o gusa com altos teores de manganês penetrou de forma mais intensa no bloco de carbono. Esses resultados permitem estabelecer faixas de controle da composição química do gusa, em consonância com as necessidades de preservação dos altos-fornos e de sua estabilidade operacional.

Oct 30, 2017

By John Malcolm Gray

Interest in X-80 linepipe steels emerged in the early 1980’s and it was first used in 1985 by Ruhr Gas [1]. The early steels were extensions of conventional Nb-V or Nb-Mo microalloyed X-70 steels but other alloying concepts emerged based on Nb-Mo-B alloying (NKSTAF [2] and ULCB [3]). The latter had acicular ferrite/bainitic microstructures and carbon contents below 0.05 percent. In parallel renewed interest developed in ultra low carbon (0.02 percent) higher niobium steels which had first been studied in 1962 [4]. Such steels exhibited excellent notch toughness when processed with high finish rolling temperatures (>950°C) which made them suitable for processing on weak, older rolling mills. With time such steels, designated “High Temperature Processed”, or HTP steels, were further optimized and produced in modern, very strong rolling mills due to their superior economy compared with traditional vanadium and molybdenum containing steels. The chronology of the HTP development is presented in the present paper. Full scale demonstration heats of a 0.06 percent carbon 0.10 percent niobium steel were produced by Bofors Steel Plant in 1972 and were converted from slabs to plates by nine different steel mills [5-7]. Commercial application in API Grade X-70 first occurred in Canada in 1974 [8,9] but the concept was only used sporadically after that until 1998 when it was applied for the API Grade X-70 Sour Service Cantarell Project [10] in Mexico. Soon thereafter, the El Paso Cheyenne Plains Project used a 0.05%C 0.095%Nb 0.27%Cr variant of the HTP steel [10-12]. Nowadays the HTP concept is being utilized for construction of approximately 6000 km of 48” OD x 18.4 mm X-80 per year in China. The metallurgical principles and history of the development are presented in details in this paper.

Aug 7, 2018

By Carlos André Ruy Carneiro

Em virtude da necessidade de produção de aços cada vez mais restritivos com relação às faixas de composição química, torna-se necessário o desenvolvimento contínuo de novas ferramentas para o controle do processo de fabricação do aço via aciaria à oxigênio. Neste cenário, propôs-se o desenvolvimento de um modelo de controle dinâmico para os Convertedores LD da Aciaria 1 da Usiminas - Usina de Ipatinga, utilizando o resultado da análise dos gases de exaustão, em conjunto com ferramentas matemáticas de ajuste e análise de dados. Neste trabalho é apresentado o modelo de previsão de carbono construído a partir das curvas das análises dos gases, das quais foram obtidos matematicamente os pontos de interesse: análises instantâneas, a interseção das curvas do CO e do CO2 e o ponto máximo da curva do CO2. O modelo foi desenvolvido utilizando redes neurais e validado utilizando dados históricos do processo.

Jul 29, 2018

By Alexandre de Aparecida Morais

No processo de lingotamento contínuo a secagem e o pré-aquecimento do refratário do distribuidor são de fundamental importância. Estes são realizados visando: reduzir a perda de calor do aço líquido, reduzir as bolhas nas primeiras placas, evitar respingos de aço (reações) ocasionados pela umidade e prevenir a degradação refratário por choque térmico. Para aços planos, os sistemas para promover a secagem e pré-aquecimento podem ser do tipo a "quente" (mais usual) ou a "frio". É denominado "partida a quente" quando se realiza a secagem e o pré-aquecimento; e de “partida a frio”, quando apenas a secagem é realizada. Têm-se como características distintas entre os processos: - A Quente: maior consumo de gás; forte degradação do refratário; temperatura de trabalho do distribuidor mais elevada, deteriorando as condições do ambiente; - A Frio: menor consumo de gás; redução da degradação do refratário; no entanto, exige um controle rigoroso da curva de secagem, o que implica maior investimento inicial no equipamento de secagem. Em 2002, após uma análise de viabilidades a ArcelorMittal Tubarão implementou o sistema de frio. Este artigo mostra a evolução deste sistema após a sua implementação, analisando a correlação com defeitos, a implementação de melhorias e os ganhos obtidos.

Jul 30, 2018

By Vantuil Manoel Thebas

A automatização do laminador Machine duo reversível de 8 toneladas passa pela determinação da força de laminação em seus cilindros durante processo de deformação da chapa metálica não ferrosa, o que se faz pela medição direta da força nos cilindros do laminador através de um sensor de força ou pelo uso de modelos matemáticos aplicados ao processo de laminação das ligas metálicas. O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos modelos de Orowan, Ekelund e Bland & Ford aplicados à predição da carga de laminação de ligas metálicas não ferrosas. Amostras em barras chatas extrudadas com 6,35 mm (14/') de espessura da liga de Alumínio 6063-T5, com 300 mm de comprimento e 50,8 mm (2’) de largura, foram laminadas. Suas dimensões finais foram obtidas por uma escala de medição e paquímetro universal, sendo os dados tratados por rotinas computacionais especificamente desenvolvidas para a implementação dos modelos matemáticos citados. Os resultados deram conta de que a implementação dos modelos de Orowan, Ekelund e Bland & Ford através de rotinas computacionais podem ser muito úteis na predição da carga de laminação de ligas metálicas não ferrosas.

Aug 8, 2018

By Geraldo Lúcio de Faria

Amostras de aço baixo carbono (aço ABNT 1015) foram submetidas a tratamentos termoquímicos de cementação sólida fazendo-se uso de duas fontes distintas de carbono. Amostras do aço foram empacotadas em uma mistura de pós constituída pela fonte de carbono e cal hidratada e tratadas a 1000oC por 8 horas. As fontes avaliadas foram um tipo de carvão vegetal e uma remessa de coque de baixa qualidade metalúrgica. Realizados os tratamentos termoquímicos, as amostras cementadas foram devidamente caracterizadas por microscopia óptica e pela aplicação de ensaios de microdureza Vicker. Duas amostras cementadas foram, na sequência, submetidas a tratamentos térmicos de têmpera em água fazendo-se uso de duas temperaturas de austenitização (860ºC e 920ºC) e também foram caracterizadas. Observou-se que no processo de cementação sólida, a peça cementada com carvão vegetal apresentou melhores resultados do que a cementada com coque de baixa qualidade. Com carvão vegetal, a camada cementada se mostrou mais espessa e homogênea em todo o perímetro das amostras. A amostra cementada com o coque de baixa qualidade apresentou, além da menor espessura de camada cementada, heterogeneidades grosseiras no perímetro da peça.

Oct 30, 2017

By César Yuji Narita

Um dos problemas de aglomerados autorredutores utilizando cimento como aglomerante é a sua baixa resistência mecânica a temperaturas acima de 900°C levando-os à degradação durante a redução. Uma nova tecnologia propôs utilizar as propriedades de plasticidade térmica do carvão fóssil coqueificáveis como aglomerante, o que deu origem ao produto conhecido como CCB (Carbon Composite Iron Ore Hot Briquette). Este trabalho tem como objetivo propor uma rota alternativa para a fabricação dos briquetes autorredutores e estudar o efeito de variáveis de processo na resistência à compressão dos mesmos. O método utilizado na obtenção dos briquetes foi de compactação em matriz cilíndrica de misturas de finos de carvão fóssil coqueificável (log(máxima fluidez) = 2,48) e minério de ferro (pellet feed) seguida de tratamento térmico. Foram realizados testes variando granulometria do carvão, pressão de compactação, taxa de aquecimento e proporção entre carvão e minério e investigados os efeitos dessas variáveis em relação à resistência à compressão e à densidade dos briquetes produzidos. Foi observado que a resistência à compressão obtida nos briquetes produzidos via briquetagem a frio seguida de tratamento térmico são comparáveis com os CCBs.

Aug 1, 2018

By Iara Takehara Chemale

A fim de obter cada vez mais resultados satisfatórios em escala industrial na produção de aços longos, tem-se avaliado constantemente práticas realizadas no processo para se evitar desperdícios devido a defeitos nos produtos. Baseado neste conceito, este trabalho busca analisar melhores controles para otimização do processo de refino secundário, por meio da análise da eficácia na desoxidação e rendimento de liga frente aos parâmetros de agitação por injeção de gases inertes em um aço baixo carbono produzido na unidade Gerdau Riograndense. Através dos resultados obtidos, pode-se afirmar que rendimento de silício é uma ferramenta adequada para prever o nível de oxidação do aço líquido, a influência do desempenho da escória e que parâmetros de agitação por injeção de gases inertes durante o refino secundário tem influência no desempenho do rendimento de liga e da desoxidação do aço líquido

Aug 16, 2017

By Daniel Andrade Paes de Lima, Gerson Evaristo de Paula Júnior, Beatriz Fausta Gandra

The gradual reduction of the sinter feed size has been a complicating factor in the maintenance of sintering productivity. In addition, pellet feeds have been used for chemical correction. Because of this, it is necessary an effective cold agglomeration step in sintering to keep the ironmaking competitiveness. Thus, in the present paper, four different technological routes for cold agglomeration with sinter feeds (drum mixer, intensive mixer + drum, double drum and HPS - Hybrid Pelletized Sinter) were evaluated in pilot scale and their impacts on the indicators of the sintering and the sinter quality was obtained. It was found that the best results on granulation index and, consequently, productivity were obtained in the route using HPS. However, the sinter from this process was the most fragile among the analyzed ones. The performance of the double drum process was superior to the intensive mixer from the point of view of productivity and sinter quality.

Oct 1, 2019

By Flávio Túlio Busatto, João Bosco Mendes, Marcio de Souza Lana, Raphael Dias de Medeiros, Gabriel Nazareth G. Alcoforado

The sintering process begins at the ignition stage of the surface layer of the mixture to be sintered. This ignition is performed through the heat supplied by a furnace, called "Ignition Furnace", and this burn must have sufficient heat potential to start the agglomeration process. As a result of the horizontal movement and the flow of air passing through the material, this surface firing front is transported until reaching the lower zones of the bed, thus producing the sinter. The higher the calorific value of the fuel used, the more efficient (lower fuel consumption and higher temperature) is the surface burning, thus raising the mechanical strength of the product during the process. Due to variations in fuel quality, keeping the ignition temperature controlled becomes a challenge, so, in this work, a study on the combustion of coke oven gas (COG) was carried out, evaluating not only its stoichiometric but also the most adequate control strategy, in order to maintain the working temperature and still optimize the yield and quality of the sinter produced. Mathematical knowledge, automation, control and industrial combustion were used in order to achieve the expected results.

Oct 1, 2019

By Jéssica Vicente Luiz, Rayander Martins Pimenta, Everton Pedroza dos Santos

The Hybrid Pelletized Sinter (HPS) is a agglomeration process that involves the combination of conventional sintering and pelletizing techniques and can be used with the purpose of obtaining improvements in the agglomeration stage of iron ore, and one of the great advantages of the process is the use of a wide particle size range of the ore. In this way, the superfines of low-cost ores, which are improper in sintering, can be used in the HPS process for the formation of the quasi-particle. The use of HPS with the sintering plants of the industries presented throughout the study, enabled an increase in productivity, decreased fuel utilization and reduced slag formation in blast furnaces. Thus, the present study aims to present a review of the literature on the Hybrid Pelletized Sinter (HPS) process and its main characteristics, as well as the results obtained by the companies that adopted the process.

Oct 1, 2019

By Eduardo Hollanders de Moura, Carlo Tripoli, Paulo Santos Assis

Este artigo mostra como a utilização de um motor Stirling pode tornar o processo siderúrgico mais sustentável e rentável ao gerar energia elétrica com o resíduo térmico da escória de aciaria elétrica. Foi utilizado um modelo teórico para o desenvolvimento do motor, com considerações para aproximar o resultado da realidade. Pelos resultados obtidos, pode ser observado uma economia de quase 8 milhões de reais por ano na siderurgia nacional.

Aug 1, 2019

By Wellington Ribeiro Moreirar, Anderson Willian Henrique Santini, Lívia Mara Cândido, Adriano Raimundo Totour

Rejects generated in mining projects usually do not have associated economic value. Most of the ore beneficiation processes occur by wet process with a higher fraction of water and ultrafine granulometry, which makes it difficult to dispose of these wastes. In 2013, studies with new tailings treatment and filtering technologies were initiated with the objective of eliminating the disposal of the residue generated in the industrial process to wet in dams. In this context, we tried to evaluate an alternative for the dewatering of the sludge and the tailings, aiming at their disposal in piles. Essentially, we sought to consolidate the application of the high-pressure filtration technology for the effluent dewatering, in order to allow its transport and its disposal in a sustainable way. The studies performed in a pilot filter showed good performance and allowed the industrial implantation. The studies and geotechnical indications of composite tailings (flotation and sludge) make it possible to dispose of the tailings in piles due to their better values of humidity, which allows them to be safely stacked.

Oct 3, 2019

By Jianping Li, Fei Peng, Yunbo Xu, Jiayu Li

In this study, in order to achieve ultra-high strength without reducing plasticity, a novel heat treatment involving a pre-quenching process prior to conventional intercritical annealing (P-IDP) was proposed in a low carbon low alloy DP steel. It revealed that abundant fraction of banded structure was observed after conventional intercritical heat treatment (IDP) due to the inheritance of cold rolling deformation. However, the banded structure in novel heat treatment was eliminated significantly, whilst the refined microstructure was relatively more homogeneous with ultrafine ferrite grains. Moreover, obvious chain-networked martensite grains along the ferrite grain boundaries were obtained. The optimum mechanical properties with ultimate strength of 1238 MPa, total elongation of 17%, product of strength and elongation (PSE) of 21GPa% were obtained by P-IDP treatment, which was much higher than the values reported with similar composition. As to pre-quenching treatment, all of grain refinement, homogeneous distribution of martensite islands and precipitated strengthening of microalloyed carbides were beneficial to improve the final strength and ductility.

Oct 1, 2019

By Cláudio Magno do Carmo, Gilmar Pinto Ribeiro, Luciney Miranda Martins

A rotina operacional e os seus processos de validação e acompanhamento já estão consolidados no ambiente da Tecnologia da Informação (TI). No ambiente da Tecnologia de Automação (TA) estamos avançando lentamente, apesar da grande semelhança em vários processos, devido a dificuldades de adaptação dos controles principalmente no tocante aos tempos de resposta e atuação das equipes. Enquanto a TI atua na garantia da execução do tripé formado por confidencialidade (segurança), integridade (precisão dos dados) e disponibilidade, rigorosamente nessa sequência de prioridades (CID) [1], a TA procura atender às necessidades da produção, e inverte a prioridade para a disponibilidade (DIC). Daí o conflito inicial entre os modelos: demanda imediata ou planejamento detalhado das atividades dentro dos padrões de qualidade da TI, entretanto sem impactar nas metas operacionais. É tudo uma questão de visão e principalmente de gestão por processos! Quais as diretrizes comuns? Quais os processos similares? Encontrar os pontos de afinidade, alinhados com as expectativas dos gestores e com foco na disponibilidade, sem perder a integridade e confiabilidade dos dados é o desafio.

Oct 1, 2019

By Gabriel Andrade Medeiros, Christian Brugger, Paul Pennerstorfer, Daniel Fuchshuber, Reinhold Leitnerl

State-of-the-art automation technology enables digitalization of the continuous casting process that goes far beyond conventional automation of industrial production. Primetals Technologies provides a digital twin that combines an intelligent digital representation of a casting machine as well as the casting process and the slabs, blooms or billets that are produced. It allows metallurgists and process engineers to predict the behavior of the involved complex production process and optimize parameters before using them in real production. New steel grades or production processes can be evaluated off-line without any risks to process stability and product quality. Primetals Technologies installs the digital twin with every new installation of a continuous caster optimization system. This paper describes how the setup and simulation possibilities of the digital twin provide numerous benefits by modelling and simulating the casting process. It allows for example the calculation of material properties according to the actual composition, strand surface temperature profiles and dynamic soft reduction before the final point of solidification. An outstanding feature of the digital twin is the replay functionality provided for various models to analyze and further optimize real production situations. The paper also gives an example how usage of the digital twin optimized production at a customer.

Oct 1, 2019

By Gilberto Fernandes Lima, Leonardo Neves, Getúlio Fonseca dos Santos

O refino secundário é um processo onde a homogeneização do aço e as flotações de inclusões ocorrem no banho metálico, cujo conhecimento do tempo de mistura é necessário na produção de aços limpos. A panela, principal vaso onde ocorre o processo, contem plugues ou bicos de injeção de gás inerte, podendo ser utilizados argônio ou nitrogênio, que são responsáveis pela rinsagem do aço. Devido à importância desta etapa neste processo, este trabalho objetivou realizar o estudo do escoamento bifásico do aço na panela com duas configurações diferentes, sendo a configuração um com dois plugues de gás inerte: ambos a meio raio e a configuração dois com dois plugues de gás inerte, um a meio raio e outro no centro da panela. Neste projeto foi utilizada fluidodinâmica computacional, CFD, para a realização das malhas e simulações que forneceram as curvas de traçador e o perfil de velocidade para ambas as configurações. Os resultados simulados indicam que a configuração dois é a mais indicada para o escoamento bifásico, sendo a melhor opção para ser utilizada no modelo de panela industrial.

Oct 1, 2019

By Roberto Parreiras Tavares, Leonardo José Silva de Oliveira, Marcelo Moreira Furst Goncalves, Rodrigo Seara Martins

Os pós fluxantes estão continuamente sendo desenvolvidos para permitir que o processo de lingotamento contínuo possa gerar produtos de melhor qualidade superficial. Entretanto, a seleção e a avaliação do desempenho industrial desse insumo não são simples por envolver o conhecimento simultâneo de várias propriedades físico-químicas. Nesse sentido, desde que medido de forma adequada, o consumo do pó fluxante no molde é uma ferramenta útil para avaliar a estabilidade operacional. Assim, foi desenvolvido um sistema para quantificar o consumo específico dos pós fluxantes no molde para posteriormente correlacioná-lo com eventos que possam levar a desvios de qualidade superficial do produto lingotado.

Oct 1, 2019

By Nathan Fernandes Ignácio, Filipe da Silva Siqueira, Weslley Luiz da Silva Assis, Paulo Rangel Rios

As pesquisas em transformação de fase ganharam novos horizontes a partir dos recentes estudos de Rios & Villa. Eles desenvolveram inéditos modelos analiticamente exatos a partir da geometria estocástica. Estes modelos são exatos para resoluções de problemas de nucleação e crescimento não homogêneos. O presente trabalho visa o estudo da nucleação em clusters, cuja cinética de transformação de fase sólido-sólido diverge consideravelmente daquela prevista pelo modelo JMAK. Nesse tipo de nucleação, os núcleos não estão homogeneamente dispersos na matriz, mas concentrados em regiões preferenciais chamadas clusters. Um dos principais parâmetros dessa nucleação é o número de clusters na matriz. Nesse trabalho, utilizando um modelo estocástico baseado na teoria do Cone Causal, foram simuladas reações de nucleação e crescimento que ocorrem especificamente em forma de clusters esféricos. Foi possível analisar o efeito que a variação do número de clusters provoca na cinética de transformação de fase e comparar os resultados obtidos com o modelo de Rios & Villa. Por meio dessa comparação, é possível observar que o modelo analítico corroborara com os resultados numéricos. Como conclusões principais tem-se que quanto menor o número de clusters, mais lenta é a reação de transformação de fase e que a microestrutura gerada possui características próprias e os resultados podem ser interpretados de maneira errônea se a presença dos clusters não for propriamente detectada.

Nov 7, 2019

By Hormando Leocadio, CWM van der Geld, Julio Cesar Passos

Impinging water jets promote high heat flux extraction rate. Steel industry widely employs the process for accurate temperature control to improve the microstructure and to ensure adequate mechanical properties. The range of surface temperatures, heat fluxes and cooling rates are very large, which makes it important to obtain an accurate value of the heat transfer coefficient. This paper presents an experimental and numerical study of the heat transfer behavior of a high temperature (450°C - 900°C) steel plate cooled by a water jet at 20°C to 70°C. High-speed imaging (up to 20,000 fps) within water jet impingement zone allowed the characterization of the boiling regimes in the early stages of cooling. The effects of initial temperature, water jet temperature and velocity on the heat transfer coefficient were analyzed by inverse heat conduction method that predicts the heat flux and temperature on the top surface from temperatures measured with thermocouples inserted in test plate. Heat transfer is strongly affected by the initial temperature of the hot steel, water jet temperature and, less intensely, by jet velocity. High cooling rates start when liquid water is in direct contact with surface temperatures above 700°C.The results will contribute to the enhancement of the temperature cooling control on the runout table and cooling model employed at Usiminas Hot Strip Mill.

Oct 1, 2019