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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 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

By José Flávio Viana, Alexandre Alvarenga Palmeira, Darlan Rodrigues Azevedo

O processo de dessulfuração do ferro gusa é uma etapa de grande importância para a fabricação do aço. Diante da necessidade cada vez mais exigente de aplicações nobres, dos aços, faz-se necessário o desenvolvimento e estudos buscando maior eficiência e custos operacionais otimizados para melhores resultados deste processo. O carbureto de cálcio é um insumo utilizado como matéria prima dos agentes dessulfurantes. Através do microscópio de varredura e o EDS, buscou-se estudar e entender o mecanismo de reação do carbureto de cálcio no processo de dessulfuração do ferro gusa líquido, sendo realizado o estudo no Laboratório de Ensaios e Análises em Materiais - LAMAT do SENAI de Itaúna – MG, em conjunto com o setor de pesquisa e desenvolvimento da Tecnosulfur S/A.

Oct 1, 2019

By Pablo Altoé Amorim, Allan Cypriano Doelinger Assad, Vitor Martini, Newton Valadão Junior, Otávio Lube dos Santos

Esse artigo tem o objetivo de desenvolver um dispositivo, para mensurar esforços mecânicos de partes estruturais de um veículo Baja, para estimar o seu valor instantâneo, com a utilização de: extensômetros; um hardware para tratamento de dados; um sistema embarcado para aquisição e manipulação de dados; e uma interface homem-máquina para analisar os resultados

Oct 1, 2019

By George Schipper, Peter Gelten, Pepijn Adriaen, Hugo Uijtdebroeks

Tata Steel IJmuiden Hot Strip Mill 2 (HSM2, 5.5 Mtonnes/yr) is currently being upgraded, resulting in an increased rolling force and motor power capacity. With the current conventional work roll spray cooling, a deterioration in work roll & strip surface quality performance is expected as a result of the increased mill capacities. In order to improve strip surface quality, HSM2 decided to do a full-scale production trial with High Turbulence Roll Cooling (HTRC) at stand FM2. HTRC is a novel way of roll cooling using a high turbulent flow regime. HTRC is positioned very close to the roll surface and gap exit, which is beneficial for the roll surface quality. It is operated at a high flow rate but at a low pressure. HTRC not only significantly improves the roll surface quality, in addition, it makes high pressure pumps, needed for the conventional spray cooling, redundant, leading to substantial savings on electricity costs and thus CO2 emissions. HTRC is in trial operation since 7 August 2018. Results show no operational issues, an excellent roll surface quality and an increased cooling efficiency. In summer 2020 stands FM1-FM2-FM3-FM4 of HSM2 will be equipped with HTRC.

Oct 1, 2019

By Pedro Etchevarne, Santiago Margot, Oscar Baglivo, Roberto Musante, Daniel Costoya, Maria Soledad Oreggioni

Durante 2017, a operação do AF#2 da Ternium Argentina exigiu alterações da basicidade binária em uma ampla faixa entre 2.0 a 2.7 e no teor de MgO. Esta faixa de trabalho motivou o estudo das propriedades metalúrgicas do sinter e sua interação com outros componentes materiais da carga do Alto-Forno. Além disso, foi testado e analisado a influência de duas qualidades diferentes de granulado. Para entender os efeitos da composição química, um conjunto de testes de redução-desintegração foram desenvolvidos. Aliando com perfis isotérmicos (ISO 4696-1), perfis variáveis de temperatura e composição de gás, com intuito de simular a redução no AF. As propriedades sob alta temperatura também foram avaliadas por meio de ensaios de amolecimento e fusão, compondo a carga sinter, pelota e minério granulado. Utilizando amostras de sinter de diferentes basicidades e teores de MgO. Os resultados obtidos e sua influência no comportamento dos altos-fornos são analisados no presente trabalho.

Oct 1, 2019

By Raquel de Souza Correa, Euglacyo L. Moura, Daniel A. G. de Carvalho, Bruno S. Cerchiari, Joyce C. Ribeiro

Ter um controle do teor de hidrogênio contido nos aços é vital para o funcionamento da aciaria, já que esse elemento pode provocar acidentes e prejudicar as propriedades mecânicas do aço. Por isso, a previsão do teor de hidrogênio é de grande interesse na indústria por meio de modelamentos matemáticos. Devido às complexas relações entre teor de hidrogênio e adição de materiais feitas durante diferentes fases no sopro do BOF, que causam incorporação de hidrogênio no banho, a utilização de redes neurais artificiais (RNA) se mostrou uma ferramenta computacional mais eficaz para conseguir fazer essa previsão do que o modelamento por regressão múltipla, pois possui habilidade de relacionar variáveis não lineares entre si e devido à sua capacidade de aprendizado.

Oct 1, 2019

By Diego Canez Fernandes, Henriquison Bottrel Reis, Mauricio Covcevich Bagatini

As técnicas que visam aumentar a densidade de carga possibilitam elevar a produtividade da coqueria e, além disso, permitem utilizar carvões com menor poder coqueificante. O aumento de densidade pode contribuir ainda para a obtenção de um coque de melhor qualidade, o que contribui para a redução do coke rate no alto-forno. Uma alternativa para aumentar a densidade de carga é a adição de óleo na mistura de carvões, o que reduz a tensão superficial da água, permitindo uma maior aproximação entre as partículas e favorecendo o contato efetivo durante a fase plástica. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da adição de óleo na densidade de carga para diferentes condições de granulometria e umidade do carvão empregado. Para isso foram realizados ensaios para medir a densidade de carga em três níveis de umidade (8%, 10% e 12%) e granulometria (82%, 85% e 88% < 2,83 mm). Posteriormente, foram realizados ensaios de coqueificação em escala piloto, e o coque produzido foi avaliado quanto ao DI15/150 (drum index), CRI (coke reactivity index) e CSR (coke strenght reaction). Os resultados mostraram que a adição gradativa de óleo promoveu aumento na densidade de carga enquanto a elevação da umidade do carvão e seu afinamento provocou a redução desse parâmetro. A qualidade metalúrgica do coque aumentou com a elevação da densidade de carga demostrando que essa é uma técnica com potencial de uso em plantas industriais.

Oct 1, 2019

By Edmar de Souza Silva, Antonio Augusto Gorni, Emanuelle Garcia Reis, Daniel Bojikian Matsubara

Controlled rolling followed by accelerated cooling, known worldwide as TMCP, aims to increase mechanical properties without toughness deterioration. The process principle is to promote the plate cooling with water jets along the range of the austenite transformation temperatures. The accelerated cooling process is only fully effective when controlled in an integrated manner, as it alone cannot ensure significant improvements in the final properties of steels. Plate surface quality depends on some parameters that must be controlled before the start of the plate accelerated cooling. Good flatness is essential to avoid irregular water accumulations during cooling. After the reheating process, the slab should have uniform temperature, uniform austenitic grain size and easily removable scale. The slab thermal and microstructural heterogeneities are inherited by the rolled plate and tend to increase further during the accelerated cooling. This results in flatness problems, high level of internal stresses and mechanical property variations. The descaling strategy is an extremely important factor and must be determined with great caution. It is important that scale thickness and distribution is uniform to ensure homogeneous cooling over the entire plate surface. Otherwise, there will be an uneven temperature distribution, which can cause serious problems of flatness, surface quality and mechanical properties.

Oct 1, 2019

By Helênio Resende Silva Júnior, Thiago de Oliveira Mazzeu

O envelhecimento gradual das Baterias de Coque é um fato inevitável, sendo importante monitorar as condições dos fornos e das estruturas periféricas para maximizar sua vida útil. A Paul Wurth desenvolveu uma metodologia de diagnose que avalia as condições dos elementos principais que compõem as plantas de Coqueria, dentre elas: estrutura da alvenaria refratária, estruturas e componentes metálicos, análise do controle térmico e regime de pressões, conjunto das máquinas móveis. Através de inspeções visuais e coleta de informações de processo e rotina adotada pela equipe de preservação da planta de Coqueria, são elaborados procedimentos e recomendações que visam à extensão da vida útil do equipamento. A Diagnose é uma técnica que auxilia as equipes de Coqueria a entenderem em que situação o equipamento se encontra e contribui com as melhores práticas adotadas no mercado para o prolongamento da vida útil. Ela deve ser repetida com frequência de modo a atualizar a situação da Bateria de Coque, verificar o efeito das ações tomadas pela equipe de preservação e propor novas recomendações. A Diagnose ainda permite identificar a idade real de desgaste das estruturas da Bateria em comparação com sua idade cronológica, permitindo que as usinas planejem investimentos de maior porte.

Oct 1, 2019

By Gérson T. Ferreira, Márcia Maria da Silva Monteiro Pereira, Rodrigo Seara Martins, Rodrigo Madrona Dias, Sebastião Garcia Mendes

No processo de lingotamento contínuo, o contato do aço líquido com o molde refrigerado a água, forma uma pele solidificada. O rompimento desta pele, conhecido como breakout, deve ser evitado uma vez que traz sérios prejuízos ao processo. Utiliza-se um sistema de detecção de breakouts, responsável por gerar alarmes em situações propícias ao rompimento de pele, a velocidade de lingotamento é então reduzida na busca de evitá-lo. A ocorrência de breakouts está ligado principalmente a falta de lubrificação, obrigação essa que é atribuída ao pó fluxante. Portanto, as propriedades do pó fluxante que possuem relação com essa função podem ser alteradas, na busca de diminuir a tendência à ocorrência de breakouts e alarmes de colamento. Neste trabalho, foi alterada a temperatura de break point do pó fluxante de aços peritéticos buscando a redução do número de alarmes. A diminuição dessa temperatura reduziu o número de alarmes, sem afetar os índices de trincas longitudinais em placas, o que gerou redução nas perdas por sucateamento e aumento da produtividade do processo.

Oct 1, 2019

By Ramon Augusto Moretti, Henrique da Rocha Severino, Renato Nascimento de Castro, Fernando Cesar Sousa

Rolling stand 12 (LTx) of long steel, installed in the company A, Piracicaba - SP unit, had presented high levels of vibration, which affected its internal components, such as: shaft, gears and bearings, generating downtime. To evaluate this equipment a study was proposed by the following engineering techniques: Conventional Vibration Analysis, Operational Deflection Shape (ODS) and numerical simulation by the Finite Element Method (FEM). In the Conventional Vibration Analysis, high levels of vibration were observed during manufacturing process, especially when the material reaches the equipment. Impacts generate high values in acceleration, on average 80 m/s² peak to peak. In the moment of impact, misalignment of internal components was observed by ODS. Field results were correlated to those obtained by the Finite Element Method, which allowed to calibrate FEM model. Thus, the most effective structural modification already numerically evaluated was implemented in the system. Afterwards, new measurements by vibration and ODS techniques were performed, and attenuation of vibrational levels and operational mode, which overloaded the internal components rolling stand, were verified.

Oct 1, 2019

By Jean-François Stumper, Mario Moser, Mark Kruessmann, Volker Langer, Daniel Bastos Martins Cruz, Claude Meisch

The latest generation of probes and casthouse machines provide a wealth of data that has not been available a few years ago. The evaluation of this data gives direct feedback to improve the blast furnace efficiency, the equipment maintenance and design and it allows the early detection of critical or deviating process situations. A stable operation with lower operation and maintenance costs are the final customer benefits.

Oct 1, 2019

By Lays Augusta Leal Carvalho, Luiz Filipe Cardoso de Oliveira, Alex Milton Albergaria Campos, Paulo Santos Assis

O agronegócio movimenta a economia de muitos países, sendo que sua produção representa um terço do PIB mundial. Desde a colheita até o processamento de seus produtos, a atividade agrícola gera uma grande quantidade de resíduos que, muitas vezes, não tem uma alocação correta, o que acaba sendo um problema. Esses resíduos tem um grande potencial para substituir parcialmente combustíveis fósseis, como o carvão mineral. O carvão queimado nos altos-fornos é responsável por cerca de 60% das emissões de CO2 na indústria siderúrgica. No entanto, a atividade agrícola pode contribuir para a captura de CO2 na atmosfera à medida que este é absorvido durante a fotossíntese. Portanto, o uso de resíduos do agronegócio pode ser viável para ser usado na injeção de alto-forno, substituindo parte do carvão mineral. Alguns estudos mostraram que o cultivo de cana-de-açúcar e a produção de carvão vegetal no Brasil, os resíduos do cultivo de milho nos Estados Unidos, bem como o uso de resíduos de Moringa oleifera na Índia, podem ser usados gerando economia e diminuindo a emissão de CO2. Neste trabalho, são apresentadas as comparações química, física e térmica de alguns resíduos do agronegócio com potencial para serem utilizados como material pulverizado injetado no alto-forno, junto ao carvão mineral. Além disso, a viabilidade econômica e a possibilidade de reduzir as emissões de CO2 nesse processo são comentadas.

Oct 1, 2019

By Stefan Wahlund, Tom Adams, Mats Söder, Zhi Zhang

By applying high-end rolls with utmost performance and superior surface quality, hot strip mills can be further optimized. Operations in the mill have been also waiting for improved roll solutions that can minimize required roll changes which impact production efficiency. Limitations are usually due to the low performance and surface degradation of the rolls in the late finishing stands (F5 – F7). VICTURATM is the most recent developed grade for rolls utilized in the late finishing stand at Union Electric Åkers (UEÅ). These rolls have been tested and applied in mills all over the world. A significant improvement over the enhanced ICDP rolls has been observed. Hot strip mills are realizing improved operating efficiency and Total Cost of Ownership (TCO) through the transition of their entire roll inventories to these break-through products.

Oct 1, 2019

By Juliana Gonçalves Pohlmann, Guilherme Liziero Ruggio da Silva, Eduardo Osório, Claudia Caroline Teixeira Barbieri, Hector Alejandro Picarte Fragoso, Antônio Cezar Faria Vilela

Este trabalho teve como objetivo avaliar a combustibilidade de misturas carvão nacional, do estado do Rio Grande do Sul, para injeção em altos-fornos. O estudo foi realizado através de ensaios de combustão no simulador de PCI do Laboratório de Siderurgia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LaSid/UFRGS). Os carvões empregados foram carvão nacional, carvões importados e misturas destes tendo o baixo volátil importado como base. Os resultados mostraram que a combustibilidade medida pelo burnout foi proporcional ao teor de matéria volátil. Foi verificado efeito sinérgico nas misturas, onde o carvão alto volátil (CC) exerceu uma maior interação com o carvão base baixo volátil (CA) do que o carvão brasileiro (CB). Uma adição de 10% de CC proporcionou uma eficiência de combustão na mistura CA:CC superior a uma adição de até 30% de CB na mistura CA:CB. A partir de 30% de CC e 50% de CB não houve variação significativa nas eficiências de combustão em relação aos carvões individuais CC e CB.

Oct 1, 2019

By Haysler Apolinário Amoroso Lima, Douglas Fernando Galesi, Vladnilson Peter de Souza Ramos

A busca de novos produtos de maior valor agregado, tem incentivado a produção via sistemas de desgaseificação. Estes equipamentos em especial o RH, propicia altas taxas de descarburação e deshidrogenação, agregando valor ao aço produzido. A engenharia por trás destes equipamentos é de vital importância para o bom desempenho operacional, garantindo produtividade e segurança. Compreender os mecanismos de desgaste do equipamento nos auxilia na tomada de decisão, reforçando regiões de maior desgaste. Para isso medir com precisão o perfil de desgaste, é uma tarefa de vital importância para o sucesso do projeto. Neste trabalho elaborou-se um modelo espacial para estimação do desgaste do RH usando ferramentas da Geoestatística. Através de coletas de alguns pontos foi possível criar um mapa do desgaste estimando valores para as demais regiões. Também foi foco neste estudo analisar a influência do entupimento dos bicos na taxa de circulação do aço e influencia na erosão da parede refratária.

Oct 1, 2019

By Matheus Felipe dos Santos, Eric Yoshimitsu Sako, Murilo Henrique Moreira, Douglas Fernando Galesi, Ricardo Afonso Angelico, Vladnilson Peter de Souza Ramos, Maria Gabriela Garcia Campos, Victor Carlos Pandolfelli

O consumo de energia em panelas de aço está relacionado às etapas do processamento que ocorrem durante o refino secundário. O aço líquido perde energia térmica quando são adicionadas ligas, pelo sopro de gases, agitação e por convecção natural. Cerca de 70% dessas perdas ocorrem pelos revestimentos refratários, que dissipam energia para o ambiente quando suas superfícies são resfriadas. A microestrutura dos refratários Carbonfree resulta na redução da transferência de calor no material, devido a presença de fases de baixa condutividade térmica (por exemplo, agregados porosos) e sem o carbono que é uma fase usualmente presente e aumenta a condutividade térmica nos materiais. O processo nas panelas de aço é transiente e necessita de ferramentas numéricas avançadas para investigar o desempenho desses materiais nas condições específicas de cada aciaria. Tais ferramentas foram aplicadas para estimar o potencial de conservação de energia dos revestimentos Carbonfree em um caso real (linha de metal e sola) e os resultados mostram um potencial de redução de 21%. Os testes realizados in-situ compararam as diferentes taxas de queda de temperatura para cada configuração com as previstas pela ferramenta. Os benefícios estimados foram comprovados e a eficiência dos materiais investigados foi validada.

Oct 1, 2019