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By José Geraldo da Silveira, Luiz José Gonçalves, André Mendes Carneiro Lyrio, Raylander Rocha Pessoa, Péricles Guimarães Oliveira Aguiar, Guilherme Ribeiro do Espírito Santo, Filipe Soares Pontes

Este trabalho tem como objetivo apresentar a origem do projeto inovador do cadinho do Alto-forno 2 além do planejamento, a implantação e os resultados obtidos no Alto-forno 2 da Aperam South America após a reforma. O trabalho de pesquisa e desenvolvimento teve início em 2012 após a primeira marcha fria com conseqüente redução das temperaturas da soleira. Foram realizadas diversas reuniões, discussões e seminário sobre alto-forno com especialistas de diversas empresas. A mudança de redutor carvão vegetal para coque por seis meses serviu para comprovar parte da teoria construída pelo time da redução. Para, por fim, culminar no conceito por trás do problema do AF2 e então o novo design do cadinho que foi proposto e implantado na reforma iniciada em dezembro de 2017. Após sua implantação, conforme teorizado pelo time, uma nova gama de resultados e patamar de operação foram atingidos, comprovando diversas das teorias formuladas.

Oct 1, 2019

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 Flaviani Marculano Marchesi, Silas Gambarine Soares, Elton Volkers do Espírito Santo, Felipe Fardin Grillo, Heitor Cristo Clem de Oliveira

O objetivo deste trabalho é utilizar a termodinâmica computacional para estudar as propriedades de escórias iniciais dessulfurantes utilizando misturas com diferentes fluxantes: fluorita, sodalita, borra de alumínio, B2O3 e ilmenita. A princípio, as misturas foram definidas e em seguida foram realizadas simulações para o aquecimento dessas misturas a 1350 ºC por meio do software FactSage 7.2. Assim, foi calculado o fator de dessulfuração (FDeS) para cada mistura com base nas condições de equilíbrio. As misturas contendo 5 e 10% de fluorita e 5% de sodalita foram as que apresentaram maior FDeS. Em contrapartida, as misturas com 10,15 e 20% de B2O3 tiveram os piores resultados nessa análise. Misturas da literatura também foram simuladas a fim de se obter o FDeS e relacioná-lo com a eficiência.

Oct 1, 2019

By Christian Overhagen

In bar and wire rod mills, rolling procedures featuring three- and four-roll technologies are state-of-the-art to produce high-quality long products. While a rolling model for the three-roll process including an equivalent pass method was already presented by the author, pass design methods are dealt with in the current work. The geometry of the rolled product and roll grooves are described mathematically using functional contours, allowing geometric-numerical methods to be used for manipulation and deformation simulation of the rolled product. For a given pass, the output section is constructed using these methods. Roll force, torque and rolling power are calculated using the mathematical rolling model presented before. Interstand tensions are discussed as influencing parameters on the force, torque and power demands, as well as on the section shape. A mathematical model for the influence of interstand tensions on lateral spread is incorporated in the model. To complete the pass design model, elastic mill stand feedback is considered in terms of a fixed elastic modulus for each rolling stand, the elastic feedback and therefore cross-sectional variation due to elastic mill spring being calculated iteratively from the roll force by application of the Gagemeter equation. The interaction of section height and width faults due to elastic mill spring and spread variations is analyzed in detail and the consequences for the roll pass design are shown.

Oct 1, 2019

By Johne Jesus Mol Peixoto, João Victor Gomes Guimarães Ananias, Itavahn Alves da Silva, Thiago Araújo Santos de Oliveira, Weslei Viana Gabriel, Carlos Antônio da Silva, Salvatore Giuliano PeixotoTropia

O arraste de escória para o distribuidor, durante a drenagem de panelas de aço, tem grande impacto no rendimento metálico, limpidez e produtividade no processo de lingotamento contínuo. Modelamento físico e matemático foram utilizados para o estudo da formação do escoamento tipo vórtice e funil no esgotamento de panelas de aço. Em um modelo em escala 1:6,5 foi avaliada a influência da vazão de drenagem, altura inicial de líquido, temperatura do banho e estratificação da temperatura sobre a altura crítica (Hcr) de formação de vórtice. Para todas as condições experimentais, o valor de Hcr se mostrou crescente com o aumento da vazão, respeitando uma relação linear. Através da técnica de Particle Image Velocimetry – PIV observou-se o desenvolvimento do campo de velocidades sub-superficiais da água durante a drenagem em modelo de acrílico em escala 1:6,5. Os resultados das simulações fluidodinâmicas obtiveram bom acordo com os experimentos físicos, e foram capazes de representar a influência da vazão e da temperatura sobre o valor de Hcr.

Oct 1, 2019

By Leonardo Barboza Trindade, José Ernesto de Azevedo Nadalon, Eduardo Netto de Souza, Bruno Pessoa Ramos

O agitador eletromagnético no processo de lingotamento contínuo tem se mostrado útil na melhoria de qualidade das estruturas de solidificação, inibindo a formação de estruturas colunares, aumentando desta forma, a fração de estruturas equiaxiais, promovendo redistribuição de soluto e atenuações de defeitos através de movimentos induzidos no líquido pelo campo magnético. Baseado nas características do agitador eletromagnético do molde (M-EMS) de uma máquina de lingotamento de tarugos, foram realizadas simulações fluidodinâmicas (CFD) sob influência do campo eletromagnético, visando analisar o comportamento do escoamento e da temperatura. Um segundo objetivo foi avaliar o efeito do agitador sobre a trajetória das inclusões e como poderia promover a melhoria da qualidade subsuperficial das estruturas de solidificação. Foram testadas diferentes frequências e correntes de operação do M-EMS, bem como o posicionamento das válvulas submersas com diferentes configurações de furos de saída. Os resultados mostraram a percentagem de partículas sólidas removidas do domínio e a influência do agitador na extração de calor do molde, de forma a tornar mais homogênea a distribuição de temperatura durante o processo de solidificação.

Oct 1, 2019

By Matheus Porto Trindade, Marcos Menino de Macedo Filho, Isau de Souza Alves Junior, Sandro Griza, Brenno Lima Nascimento, Gustavo Dória Lima

O tratamento de oxidação térmica da liga Ti-6Al-4V foi realizado ao ar a 600 °C durante 2h, 5h e 10 h. O comportamento à fadiga foi analisado e comparado com aquele da liga não tratada. Foi feita caracterização através de análise por microscopia ótica e eletrônica, difração de raios-x e medição da rugosidade. Os resultados do DRX demonstraram crescimento dos picos de rutilo. Verificou-se um aumento na espessura média da camada formada de 0,12 μm para 1,09 μm ao elevar a duração do tratamento de 2 para 10 h. Os resultados apontaram redução de resistência a fadiga de 35 % para amostras oxidadas durante 2 h, 27 % para amostras oxidadas por 5 h e 29 % para as amostras tratadas durante 10 h, em relação ao ensaio com corpos de prova não submetidos ao tratamento. O efeito prejudicial causado pela camada formada após oxidação de 2 h foi tão danoso quanto o causado pela camada formada após 10 h, apesar da diferença entre as espessuras das camadas. A morfologia encontrada nas amostras fraturadas indicou fragilização na superfície das amostras oxidadas, contribuindo para a nucleação de trincas iniciais nos primeiros ciclos de fadiga na camada que favoreceram a propagação de fadiga, independendo da espessura de camada.

Oct 19, 2019

By Antonio Favia, Carsten Sowa, Spencer Diehl, Maria Carolina Campos, Christian Green, Marco Tulio, Olaf Schulz

Casting fluxes are one of the key factors to guarantee a good performance of the continuous casting process. Fluxes are added over the liquid steel in the mold, where carbon in the flux reacts with any air present, to form a reducing atmosphere of CO (g) to protect molten steel from oxidation. Then the oxide components form the sintered layer and they melt to form a liquid flux pool. Liquid slag from the pool infiltrates into the mold/strand channel and lubricates the newly-formed, steel shell. It was very common in the past that the addition of casting flux in the mold was made manually by the continuous casting strand operator, where the addition uniformity would mainly depend on the attention of the Operator in process and the addition standard would change from one operator to another, may causing variability on the continuous casting quality parameters. This paper presents improvement of continuous casting parameters such as, stability of flux thickness and reduction of dust in the continuous casting process, with the use of flux distribution mechanism in two continuous casting machines from two different steel plants.

Oct 1, 2019

By André Oliveira Galon, Caio Vaccari Silva, Victor Bridi Telles, Raphael Mariano de Souza, Felipe Fardin Grillo, José Roberto de Oliveira

Neste trabalho foi estudada a influência da granulometria de CaO adicionada ao processo de desfosforação, temperatura e teor de FeO da mistura desfosforante na aglomeração de partículas sólidas na escória. Para isto, foram realizados testes laboratoriais em sete condições experimentais distintas, bem como a análise de imagens via software Quantikov, para medir a aglomeração, além de análise termodinâmica computacional. A granulometria, temperatura e porcentagem de FeO se mostraram parâmetros relevantes na aglomeração da escória de desfosforação e a análise de imagens mostrou-se uma ferramenta útil para a obtenção destes resultados.

Oct 1, 2019

By Leandro Rocha Lemos, Guilherme Liziero Ruggio da Silva, Iara Patricia Vieira de Oliveira, Paulo Santos Assis, Lorena Cristina Amorim Moura

O coque fica exposto a diferentes solicitações mecânicas do tipo impacto, abrasão e compressão, desde o desenfornamento até o seu consumo no Alto-Forno. Para evitar que o coque sofra uma acentuada degradação, é exigido que o mesmo apresente uma elevada resistência mecânica a frio. Para monitorar tal parâmetro, utiliza-se principalmente o teste de tambor, porém este contempla apenas a degradação por impacto e abrasão. Neste contexto, este trabalho desenvolveu uma metodologia para avaliar a resistência mecânica à compressão, inicialmente em partículas individuais de coque, apontando quais seriam as granulometrias mais resistentes. Os coques foram transformados em corpos de provas e testados em máquina de ensaio universal. Os resultados apontam que a tensão média de ruptura cresce com o aumento da granulometria. Posteriormente, foi avaliado a resistência mecânica à compressão em leito de coque, onde foi possível simular em uma prensa hidráulica, a pressão que a coluna das cargas exerce sobre o leito de coque no Alto-Forno e, posteriormente, correlacionou a compressão com o teste de tambor e se obteve excelentes resultados.

Oct 1, 2019

By Adauto Martins de Assis, Atan de Assunção Cardoso

Devido a sua alta demanda de produção e padrão de qualidade a indústria automotiva tem utilizado ao longo da história robôs nas mais diversas atividades como montagem, soldagem, pintura e inspeção. No intuito de levar esta realidade para a sala de aula de alunos de Engenharia Mecânica, foi desenvolvido um braço robótico didático, apresentando configuração semelhante à um modelo industrial, a ser utilizado como ferramenta de apoio ao ensino de robótica e outras disciplinas correlacionadas. Para isto, fez-se o uso associado da placa eletrônica Arduino e do software Matlab. Inicialmente foram obtidas as equações de cinemática direta e inversa. Os resultados mostraram que a posição teórica obtida apresentou um comportamento esperado conforme a metodologia adotada e o resultado experimental mostrou pequena variação de posição. Para a cinemática inversa, o tempo de resolução do conjunto de equações foi comparado à resolução do problema através de um método numérico. Com base nos resultados experimentais, foram feitas algumas sugestões de melhoria para o braço robótico didático e considerações relacionadas a acurácia de um robô industrial.

Oct 1, 2019

By Carlos Alberto Mourão, Robson Martins, Letícia Madureira Moreira, Hélio Braz Loss, Joilson Moreira Ferreira da Silva, Edilson Simões Cavalieri, Mauricio Ferreira Coelho

O conversor AOD-L é de uso exclusivo para a produção de aços inoxidáveis na Aperam South America. Entre janeiro a julho de 2018, o consumo de FeSi estava acima do orçado, acarretando em perda de gestão para a Aciaria. O aço inoxidável AISI 304 representa 50% da produção da Aciaria na rota duplex (sem uso do VOD), portanto, esse projeto teve como objetivo a redução do consumo da liga de FeSi no AOD-L para o aço AISI 304. Essa redução foi possível através da utilização da metodologia Lean Six Sigma na qual a causa raiz foi identificada e as ações implementadas o que permitiu uma maior estabilidade operacional, além de aumentar a competitividade da Aperam South America frente aos demais produtores mundiais.

Oct 1, 2019

By LJ Aspinall, Paulo Sérgio Soares Santiago

Monitorar adequadamente a qualidade da água em sistemas de resfriamento é fundamental para assegurar um bom condicionamento de seus indicadores chave de desempenho: a corrosão, a incrustação, a formação de depósitos e a atividade microbiológica, de forma que as unidades operacionais possam atingir suas metas com relação aos seus respectivos índices chaves de performance do processo industrial. Enquanto a confiabilidade deste monitoramento em antever problemas assume, então, elevada importância, os métodos utilizados até o presente na indústria não têm efetivamente fornecido resultados realísticos pela ausência de troca térmica nos dispositivos usados. A Knew Value desenvolveu e patenteou uma nova tecnologia, o Sentinel, que permite aplicar métodos inovadores de monitoramento on-line, permitindo realizar simulações em condições críticas de velocidade de escoamento e temperatura de película e atingindo excelência em monitoramento de indicadores chaves de desempenho do tratamento químico aplicado em sistemas de resfriamento. O objetivo deste trabalho é apresentar esta tecnologia e casos históricos de desempenho.

Aug 1, 2019

By Loyslene Rabelo Fernandes, Tom Depover, Dagoberto Brandão Santos, Davi Silva Alves, Kim Verbeken, Lisa Claeys

Os aços inoxidáveis duplex (AID) possuem boas propriedades mecânicas da ferrita com a resistência a corrosão da austenita. São bastante empregados na indústria petroquímica, de papéis e nuclear. Porém, são suscetíveis à fragilização por hidrogênio (H2). Amostras de AID 2205 foram recebidas na condição de recozimento de homogeneização (1100ºC por 300 s e resfriamento em água). Em seguida, foram laminadas a frio e recozidas a 1100ºC por 2 h e a 850ºC por 24 h. Foram então carregadas com H2. Análises de extração por fusão foram aplicadas para quantificar o hidrogênio no aço. Testes de tração in situ com carregamento de H2 simultâneo foram usados para avaliar a fragilização provocado por esse elemento. Completando as análises de H2, foram construídos espectros de dessorção térmica. A microestrutura foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura, difração de elétrons retroespalhados (EBSD), difração de raios-x e microscopia eletrônica de transmissão. Na condição envelhecida o foram identificadas as fases sigma, chi e carboneto. O AID apresentou uma redução de ductilidade considerável, alcançando 5% de alongamento já no estado envelhecido. O carregamento de hidrogênio não alterou essa condição. A extração por fusão revelou um teor de hidrogênio na microestrutura de até 50 wppm para a condição recozida, enquanto para a amostra envelhecida foi de 10 wppm. Apesar da alta fração volumétrica de fases intermetálicas e carregamento com H2, as superfícies de fratura foram caracterizadas como microcavidades e intergranulares.

Oct 16, 2019

By José Rogério de Oliveira Júnior, Carlos Eduardo dos Santos, Geraldo Lúcio de Faria, Sidney Nicodemos da Silva, Rogério Felício dos Santos, Darlan Vale Bayão, Emiliana Cristina Marques Arthuso, Ivete Peixoto Pinheiro

A fase sigma () é conhecida por afetar negativamente as propriedades mecânicas e a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis duplex (AIDs). Dessa forma, a exposição da liga a temperaturas elevadas durante os processos de produção, soldagem ou tratamentos térmicos devem ser realizadas de maneira cautelosa a fim de se evitar a precipitação da mesma. Assim sendo, modelos adequados para predizer a precipitação da fase são ferramentas muito úteis. Entre os numerosos modelos, a relação de Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) é um dos modelos mais comumente utilizadas para descrever a cinética das transformações isotérmicas de fases em muitos sistemas regidos pelos mecanismos de nucleação e crescimento. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo cinético baseado na aplicação do modelo JMAK, da precipitação da fase em um AID UNS S31803 envelhecido isotermicamente nas temperaturas de 750ºC, 800ºC e 850ºC. Concluiu-se que a cinética de precipitação da fase na liga obedeceu ao modelo JMAK, pois foi obtida uma boa correlação entre dados experimentais e os simulados. Observou-se que o aumento da temperatura de envelhecimento de 750ºC para 850°C acelerou a cinética de precipitação de A energia de ativação determinada (182,4 kJ/mol) para precipitação da fase neste sistema, sugere que a difusão do Cr na ferrita seja o principal mecanismo envolvido na formação dessa fase.

Nov 2, 2019

By Dimas Henrique Barros Andrade, Victor Eric de Souza Moreira, Ana Karolina Menezes de Almeida, Jorge Luiz Baeta, Henrique Guilherme Lucas Bastos, Paulo Santos Assis

O alto-forno é um reator metalúrgico cujo principal produto é o ferro gusa. Práticas operacionais bem ajustadas, como a injeção de carvão mineral e gás natural, possibilitam menor consumo de coque, melhor produtividade e redução de custo. Um parâmetro importante na injeção de tais combustíveis é o potencial de oxidação da chama, chamado de Índice de Excesso de Oxigênio (IEO). Foi desenvolvida uma fórmula capaz de determinar o IEO para um alto-forno com injeção de carvão mineral baixo volátil e gás natural. Foi observado que, em média, o IEO e seu desvio padrão, para períodos com injeção de somente carvão mineral, foi maior que em períodos com co-injeção de carvão e gás natural. A otimização do IEO mostrou-se uma alternativa para melhorar o desempenho do alto-forno.

Oct 1, 2019

By Davidson Marcos de Oliveira, Antonio Adel dos Santos, Vicente Tadeu Buono

The benefits of using the controlled rolling process followed by accelerated cooling (TMCP), currently used in the main rolling mills in the world are already well known and metallurgically based. The need to obtain mechanical properties with a high degree of homogeneity means that in some situations the ends of the rolled material are discarded, negatively affecting the metallic yield of the process. Therefore, this work focused on the determination of the mechanical properties variation at the ends of thick plates processed by TMCP of steels for application in oil and gas pipelines, in order to map the extent of these differences and to correlate them with the microstructure obtained, the profiles of temperature and cooling rates in these regions. To perform the work, two slabs of the studied material were rolled, and the temperature profile was recorded along the plate in the controlled rolling and accelerated cooling processes. The ends of the material were sampled in sections at every 100 mm and subjected to tensile test, hardness and the Charpy V-notch impact test, as well as dilatometry and microstructure evaluations. For the used process conditions, the results indicated the formation of a banded microstructure, basically consisting of polygonal ferrite and bainite, occasionally containing small fractions of perlite. The mechanical properties in the top and the base were higher than the values found in the plate middle, justified by the microstructure found. The work allowed understanding the relationship between the mechanical properties, microstructures and process conditions at the ends, helping the team to improve the process in order to result in a high degree of homogeneity of the product and, thus, lead to optimization of the metallic yield.

Oct 1, 2019

By Wagner Viana Bielefeldt, Vinicius Cardoso da Rocha, Augusto Lachini Pereira, Antônio Cezar Faria Vilela

A minor change in the chemical composition and temperature affects the slag viscosity, which has a great extent of the physical properties in regarding refining slags. Optimizing those parameters may affect the steel cleanliness. The viscosity measurement process is considered expensive, so the cost-effectiveness does not favor the measures at high-temperatures. Alternatively, it is possible to apply mathematical models or thermodynamic softwares to obtain viscosities for a given range of chemical composition and temperature of slags. The present work contemplates a validation of the experimental data, collected in the literature, with a calculated data and proposes an accurate representation of iso-viscosity curves applied for secondary steelmaking slags, covering the composition ranges: 0–100 wt.% CaO, 0–80 wt.% SiO2, 0–77 wt.% Al2O3 and 0–15 wt.% MgO (CSAM) system at 1500ºC. The viscosity representation fields include fully liquid and a partially liquid slags in the CSAM system and the viscosities were calculated using the FactSage 7.2 (for Liquid Phase) and the Roscoe-Einstein equation (for Phase mixture) for a total of 5976 slags. The preliminary results indicated that there is a great convergence between the calculated and experimental viscosities data, promoting an efficient approximation of the iso-viscosity curves for the CSAM slag system in the high-temperatures.

Nov 1, 2019

By José Hamilton Resende Tavares, Késsius Bortolan Menezes, Mariana Vieira de Moura

Sampling and its representativeness is of significant importance in process control and decision making in the mineral sector. In this way, the present work seeks to compare different methodologies for the sampling of the iron ore from Anglo American. Through a sample of 120 kg, representing the industrial flotation circuit feed, samples obtained by the method of long pile, random sampling and rotary sample divider were analyzed, being the latter adopted by the company. In this case, after sampling, the material obtained through each method was subjected to the same sequence of characterization tests and the difference between the results statistically analyzed. Through such analysis it was observed that the random sampling method showed high values of variability and is therefore considered as unsatisfactory when compared to the other methods tested. In addition, rotary sample divider also showed parameters slightly superior to the long pile method. This study confirms the importance of appropriate sampling systems and procedures systems in the pursuit of reliable results.

Oct 3, 2019

By Eduardo de Paula Silveira, Carlos Vinícius Domingos de Carvalho, Roberto Parreiras Tavares, André Afonso Nascimento, Honicássio de Souza Ferreira, Afrânio Márcio Costa

Modelos de transferência de calor possibilitam o conhecimento de espessura da camada solidificada e temperatura da placa, essenciais para alterações no processo visando melhoria de qualidade. Neste estudo foi desenvolvido um modelo pelo método 2½ D, que consiste em acompanhar em toda extensão da máquina uma secção transversal da placa, ajustando as condições de contorno para cada região. Medições de temperaturas superficiais e de espessura da camada de aço solidificada da placa foram utilizadas para validação do modelo. O modelo foi adequado para as condições de contorno e parâmetros da máquina de lingotamento contínuo de placas da Gerdau Ouro Branco visando fornecer subsídios para a melhoria da qualidade superficial e interna das placas.

Oct 1, 2019