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By Haruki Inami, Takashi Ishida, Kazuhiro Ohara, Hiroyuki Imanari

The highly competitive business environment of the international metals industry is driving demand for more cost-effective operation of steel making facilities, rolling mills, and strip processing lines. Achieving stable operation is vital if the steel industry is to produce high-quality products constantly and productively. In recent years, advances in computer processing speeds, data acquisition rates, and data storage capacity have rapidly led to greater use of the new technologies of big data, analytics, the IoT, and AI by control system designers and process engineers, and the introduction of industrial applications. The “Smart Rolling Mill” solutions for hot strip mills have been developed by our group with the goal of achieving sophisticated, state of the art, and automated operation in steel rolling mills. The various solution engines improve process stability, increase the performance of mill equipment, and provide improved process control. These solution engines are based on extensive knowledge of the rolling process and the associated control systems. Two solution engines in particular are the diagnosis systems for rolling condition and for product quality that contribute to cost-effective operation and lower yield loss. This paper focuses on the diagnosis systems for rolling condition and for product quality in hot strip mills. Advanced information technologies using big data analytics and machine learning are applied to real-time data collected from the automation system that controls operation and the rolling process. We have developed diagnosis solutions for rolling condition and product quality utilizing predictive and clustering diagnosis. Predictive diagnosis prevents serious problems by detecting changes in the state of the plant or in the rolling condition. Clustering diagnosis classifies patterns of fluctuation in product quality trend charts, providing effective tuning guidance for improving product quality. This paper describes these applications with several examples.

Oct 1, 2019

By Tiago Bristt Gonoring

Neste trabalho foi avaliado o efeito da adição de metano e argônio sobre a redução a plasma de pós de hematita de alta pureza (com %Fe2O3> 99,00 e tamanho de partículas

Aug 8, 2018

By Patrícia Mundim Campos Faria

The process of particle size reduction by grinding is inherently inefficient and involves high capital and operating costs. In particular, ball milling is one of the important unit operations in the iron ore pelletizing process. The mill product, due to its physical properties, determines the efficiency of subsequent stages of classification, filtration and pelletizing, thus impacting the quality of iron ore pellets. The work demonstrates the application of the population balance model in the optimization of a full-scale ball mil circuit grinding pellet fines with the aim to evaluate the optimal solids concentration to improve iron ore pellet quality. Initially, detailed experimentation was carried out in a 25.4 cm diameter batch mill and a relationship for mill scale-up using a linear population balance model in wet grinding systems was established. The selection and breakage parameters and the specific selection functions were determined for pellet feed iron ore. It was possible to identify the non-normalizable nature of the breakage functions of the ore studied, which were modeled properly. Afterwards, as a result of incorporating the specific selection functions and breakage functions into the linear population balance model, it was possible to predict product size distributions in the pilot and plant scale mills (0.416 and 5.18 m diameter, respectively) from data obtained in the 25.4 cm diameter mill. Finally, with this scale-up procedure it was possible to appraise the plant scale optimization via laboratory scale grinding mill tests. The effects of changing percent solids were assessed in order to improve the industrial mill performance and the optimal value should be in the range from 76 to 80%.

Aug 1, 2018

By Thinnie Hahn dos Santos

O aço API 5L X60 é empregado na fabricação de dutos submarinos para a produção de óleo e gás. Com a ajuda de métodos de inspeção e estudos de mecânica da fratura é possível avaliar a severidade dos defeitos existentes, prever a falha dos componentes e tomar as devidas providências para evitar acidentes que podem levar a danos ambientais, perda de vidas e prejuízos financeiros. Com foco na redução do efeito do histórico de carregamento, avalia-se uma técnica alternativa de pré-trincamento por fadiga para a obtenção das curvas de crescimento de trinca por fadiga. Esta técnica permite a nucleação de trincas em carregamento cíclico compressivo, isentas de tensões residuais compressivas, que mascaram os resultados na determinação do limiar de propagação de trincas. Neste trabalho, foram utilizados corpos de prova do tipo C(T) para a nucleação das pré-trincas de fadiga. Foi avaliada a influência das características do carregamento, como o nível da força aplicada e a razão de carregamento no comprimento de saturação das trincas produzidas, a fim de se obter avanços no estabelecimento dessa metodologia. Com um carregamento mais intenso, o comprimento de saturação de trinca foi maior. Além disso, a diferença de comprimento entre o centro e as superfícies do corpo de prova se torna mais acentuada. O comprimento de saturação de trinca é menor que o raio da zona plástica e maior que a região máxima governada por tensões residuais trativas. Para carregamentos menos severos, a trinca cresce de maneira mais uniforme e alcança comprimentos de saturação de trinca menores. A razão de carregamento não interfere significativamente no comprimento de saturação de trinca.

Oct 30, 2017

By Nigel Marx

In order to understand (and ultimately to predict) the friction reduction resulting from the use of polymer solutions, the rheological properties of model polymer solutions have been measured over a wide range of shear rates. Both temporary and permanent shear thinning have been observed. By using base fluids of different viscosities it has been shown that permanent shear thinning depends more closely on the shear stress experienced by the fluid than on the strain rate. Hydrodynamic measurements have been made on the polymer solutions using a compliant ball on flat lubricated contact that operates in isoviscous-elastic conditions. The measured friction values can only be predicted with reasonable accuracy if the measured shear thinning properties of the lubricant are taken into account in the hydrodynamic model.

Jul 31, 2018

By Henrique Lacerda Eleutério, Aldo Henrique de Almeida Barbosa, Vicente Tadeu Lopes Buono

The automotive industry’s interest in galvannealed (GA) boron steel for hot forming processes application has been steadily increasing due to its excellent surface quality, galvanic protection provided to the parts, good paint adhesion and better weldability in relation to other coatings for this application. In this study, samples of 22MnB5 galvannealed steel were heat treated and hot stamped on a water cooled die in laboratory scale. The influence of heat treatment on stability of coating and steel was assessed by using initial heating rates 11.0ºC/s and 15.0ºC/s. Microstructural evolution of galvannealed coating and structural integrity of steel during hot forming were investigated by scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy analysis (SEM/EDS/Line scan), X-ray diffraction (XRD) and optical microscopy (OM). It was possible to quantify the Fe-Zn phase evolution during hot forming, to understand the effect of these heating rates on the product properties and to establish an optimized heat treatment for hot forming of these steel. The heat treatment with the heating rate of 15.0ºC/s presented greater operational flexibility and final products free from surface defects or cracks in the substrate.

Oct 1, 2019

By Cristiano José Scheuer

The effect of low-temperature plasma carburizing treatment on the micro-abrasive wear resistance of AISI 420 steel was investigated by mean of a CSM Calowear ball-cratering equipment. Carburized samples were treated at temperatures of 350, 400, 450 and 500°C for a fixed time of 12 h, using a gas mixture containing 99.5% (80% H2+20% Ar)+0.5% CH4. Micro-scale abrasive wear tests were conducted with a 25.4 mm AISI 420 steel sphere, using an abrasive suspension of alumina (Al2O3) with particle size of 1 ?m (abrasive concentration of 0.11 g/cm³). The contact normal force, abrasive flow and ball rotation speed were fixed at: 0.5 N, 0,2 drop/s, and 120 rpm. The wear craters were analyzed using a confocal laser microscope, Olympus OLS 3000. The wear analyses were performed for test times of: 30, 60, 90, 120, 180, 360, 540, 720 and 900 s (equivalent sliding distance: 0.84, 1.68, 2.52, 3.36, 5.04, 10.09, 15.14, 20.19 and 25.23 m, respectively). The results indicate that the wear coefficient in the outer layer and in the diffusion layer are different, being lower in the latter. It was also verified that the wear coefficient on the outer layer region decreases with increasing treatment temperature in the range of 350 to 450 °C, and increase again for 500ºC. The diffusion layer wear coefficient is similar for all the carburized samples. Finally, for all studied conditions, the analysis of the wear craters surface indicates the occurrence of grooving and micro-rolling abrasion wear modes.

Aug 8, 2018

By Božidar Šarler, Umut Hanoglu

A rolling simulation system has been developed to calculate the macroscopic rate of deformation, stress, strain, and temperature fields by using a novel meshless method. The model is based on two-dimensional traveling slice assumption. The slices are aligned towards the rolling direction. The initial size of the billet, bloom or slab and the geometry of the grooves at each rolling stand, the distances between the rolling stands, and continuous or reverse rolling can be arbitrarily considered. The purpose of this paper is to complement these development by predicting and visualizing also the grain size of steel over the strand cross-section for each position in the rolling mill. The grain size models have been in one-way coupled to the macroscopic calculations. First the critical strain for dynamic recrystallization is being checked. If the calculated strain is higher than that, considering also the time for meta-dynamic recrystallization, dynamic or meta-dynamic grain size calculations are carried out. If the strain is too low then only the static recrystallization is considered together with its required time. Finally, austenite grain size and ferrite grain size are calculated respectively as the steel cools down. The listed physical models are based on collection of empirical relations found in literature. The user of the system is free to choose or create the model he wants with his own parameters. The simulation system has been coded as a user friendly computer application for an industrial use based on C# and .NET framework and runs on regular PCs. The computational time for a rolling simulation is usually less than one hour and can thus be straightforwardly used for optimization of the rolling mill design in a reasonable time.

Oct 1, 2019

By Zou Zhongpping

Under the new normal state, blast furnace outputneeds to be adapted to the market demand, however the limitation in blast furnace output has significant impact on blast furnace operation and is prone to cause inactive furnace hearth and higher fuel ratio. To address such problems, some practices to maintain stable and smooth operation of blast furnace in case of output limitation are proposed based on data analysis philosophy, which allows the blast flow and hence the top pressure to be determined based on the hot metal output, and adequate kinetic energy of blast supply can be assured by adjusting the tuyeres. Matching between the oxygen enrichment and the pulverized coal injection is also proposed based on theoretical flametemperature, and burden distribution cycle calculation method is proposed, whichoffersnew approach for analyzing the change in burden distribution pattern.

Oct 30, 2017

By Bi Zongyue, ZhangYongqing, NiuTao, Guo Aimin

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

Oct 1, 2019

By Leonardo Camilo dos Reis, Edmilson Fernandes Dadomi, Claudio Silva de Paulo

In the hot strip mill production, one of the factors that may affect the productivity is the occurrence of failure due to the geometry of the strip at the exit of the rolling mill, because the tip of the strip can turn-down or turn-up. This study had the objective of evaluating the behavior of the strip when leaving the working rolls, through numerical simulation, aiming to know the influences of the main variables that govern the formation of the turn-down. The methodology consisted in performing the computational simulation of the strip mill and to vary the operational and geometric parameters that could influence the process. The results showed that the rolling of hot strips of HSLA material with final thickness varying between of 3 to 6 mm and a reduction of 6.6% to 11.0% in the last stand of a hot strip mill, tends to bend towards the roll with larger diameter, higher friction coefficient , higher temperature and lower limit of material flow. It was observed that the variation in diameter is the main factor that contributes to the formation of the curvature of the front-end of strip. Based on these results, several measures were implemented in the industrial line, with a significant reduction in the occurrence of turn-down.

Oct 2, 2019

By Steven George Jansto

The hot ductility behavior of different microalloyed steel chemical compositions was examined simulating the thermal and strain conditions through the straightening or unbending section of the continuous casting machine. All samples were obtained from industrial slab casters ranging from 200 to 300 mm in slab thickness from steel mills throughout the world including China, Brazil, North America and Europe. The slabs were crack-free and hot rolled into prime quality products. No laboratory heats were tested. Although these microalloyed steels exhibit inherently lower hot ductility behavior, as measured by percent reduction in area at elevated temperature, these steels still exhibit sufficient ductility to satisfactorily meet the unbending stress and strain gradients existing in the straightening section of most casters. The majority of the published hot ductility data, as measured by % reduction in area (%RA), were based on laboratory heats and hence, are inaccurate in accessing the propensity for slab cracking on an industrial caster. This situation then results in invalid conclusions for different chemistries. This research has determined the minimum required %RA for crack-free casting is significantly lower than results based upon previously published laboratory generated data. For example, the literature quotes 40% RA minimum for Nb-bearing steels when in fact as low as 10% minimum RA is more than sufficient to assure crack-free casting based upon the extensive testing and analysis performed in this study. Instead of %RA, the measurement of strain energy has been introduced to evaluate hot ductility behavior. It is concluded that strain energy is a better measure of hot ductility behaviour than %RA. There is considerable value in the evaluation of the hot stress and strain curves, process metallurgy parameters and their relationship to slab quality instead of just basing hot ductility decisions on simple %RA measurements.

Aug 16, 2017

By Ramon Fraga Resende

O distribuidor é o último equipamento revestido de refratários em contato com aço líquido e que pode afetar a qualidade do produto. Nesse equipamento, a massa de trabalho é responsável por proteger o revestimento de segurança e evitar a contaminação do aço. Apesar das preocupações em relação ao “pick up” de hidrogênio e consumo de gás, as massas “spray” tem sido uma tecnologia dominante para o revestimento de distribuidor na América do Sul. Nos últimos 20 anos, outras tecnologias entraram no mercado com o objetivo de reduzir a necessidade de água e de gás e aumentar a disponibilidade de distribuidor. Embora essas tecnologias apresentem algumas vantagens, quase 80% das usinas siderúrgicas da América do Sul ainda usam massas “spray”. Isso se deve principalmente aos benefícios como flexibilidade, baixo custo, baixo consumo e alto isolamento térmico. Este trabalho tem o objetivo de discutir as principais vantagens e desvantagens das massas disponíveis no mercado.

Oct 30, 2017

By Aline Silva Magalhães

Os aços rápidos são assim chamados por sua capacidade de reter elevadas durezas mesmo quando submetidos a altas temperaturas, em geral decorrentes de elevadas velocidades de corte no processo de usinagem. No entanto, para que esses aços apresentem as propriedades mencionadas, faz-se necessária a combinação adequada da composição química e dos parâmetros dos tratamentos térmicos. Dentro deste contexto, o objetivo do trabalho é avaliar os efeitos da temperatura de austenitização e do tempo de encharque na têmpera na microestrutura e na dureza do aço rápido AISI M2, ligado ao tungstênio e ao molibdênio. As análises foram conduzidas através de testes de dureza e microscopias óptica e eletrônica de varredura, além de difração por raios-x, considerando três temperaturas e três tempos de austenitização. Foi observado que, de maneira geral, os valores de dureza aumentaram com a elevação da temperatura de austenitização para os três diferentes tempos de encharque utilizados, de forma concomitante com a redução na quantidade de carbonetos dispersos na matriz martensítica.

Aug 8, 2018

By ALEXANDRE CALDELLAS BARBOSA

O objetivo desse trabalho é planejar e controlar a chegada de veículos para carregamento nas plantas ArcelorMittal Tubarao e ArcelorMittal Vega, apresentando uma agenda com os horários disponíveis para o transportador escolher. Esse processo de escolha de um horário disponível é suportado por uma agenda gerada pela usina, considerando as restrições operacionais e de capacidade de expedição por ponto de carregamento. Programar a chegada de veículos aumenta a previsibilidade da necessidade de recursos adicionais para realizar o carregamento e assim não gerar filas, não perdendo produtividade no processo de transporte com veículos parados. A ausência da programação tem uma abrangência muito maior que apenas perda de produtividade e atrasos, ela também eleva o custo total de transporte da cadeia de suprimentos. Visando aumentar a competitividade e melhorar a previsibilidade do processo de expedição, foi implementada a solução para regular o fluxo de chegada dos veículos, sistematizando o processo de agendamento do veículo para carregamento.

Oct 30, 2017

By Marcelo Sousa de Carvalho

Os aços inoxidáveis possuem uma alta aplicabilidade nas indústrias de petróleo e gás, química e de papel e celulose, principalmente, devido à suas características de alta resistência à corrosão e alta resistência mecânica. Neste trabalho, estudos baseadas na técnica dos cinco punções foram realizados para avaliar as características de conformação do aço inoxidável UNS S32304. A metodologia baseia-se na caracterização mecânica do material para mensurar suas propriedades, como limite de escoamento e índice de anisotropia. Seguiu-se com uma análise teórica da estampabilidade do material através da simulação computacional do ensaio de cinco punções. Esta técnica analisa tipos de deformações desde o estiramento biaxial até o embutimento profundo. Esse trabalho apresenta uma análise computacional do comportamento desse material com relação à estampagem para os diversos punções. É apresentado o gráfico da Razão Limite de Estampagem teórica para o UNS S32304 em relação aos cinco punções utilizados e a influência do coeficiente de anisotropia normal nos resultados.

Aug 16, 2017

By Ariella Vianna Fontes

Os dutos de plástico reforçados com fibra de vidro, devido a sua boa relação entre resistência mecânica, peso e resistência à corrosão, são amplamente utilizados, por exemplo, na indústria petrolífera. Todavia as conexões de vários trechos desses dutos, realizadas por juntas adesivas, podem apresentar defeitos como a falta de adesão e a falta de adesivo, tornando-se pontos propícios ao colapso. Até o momento ainda não há uma metodologia de ensaio não destrutivo consolidada, capaz de avaliar a integridade das juntas adesivas. A técnica mais utilizada é o ensaio de ultrassom, porém com fortes limitações. Dentro desse contexto, o presente trabalho apresenta a caracterização dos defeitos utilizando a técnica de microtomografia 3D, visto que esta permite examinar a estrutura interna do material. Foram confeccionados e avaliados corpos de provas contendo os defeitos típicos encontrados em campo. Os resultados mostraram que a técnica utilizada é adequada para caracterização qualitativa e quantitativa dos defeitos típicos em juntas adesivas encontrados em campo.

Aug 16, 2017

By Fabio Schusterschitz da Silva Araújo

A unidade do Grupo SIMEC em Pindamonhangaba tem capacidade de produção de 560 mil toneladas/ano de produtos destinados à construção civil. Para abastecer a planta, é utilizada água de poço com pH, condutividade e alcalinidade altas, além de restrições quanto à disponibilidade. Isto gera desafios para o seu uso, e para a água de reposição do sistema de resfriamento dos moldes a água passa por um sistema de osmose reversa. No primeiro semestre de 2016, houve contaminação da água de molde, com a formação de uma incrustação de coloração branca, de aspecto oleoso e diferente das incrustações normalmente encontradas. Este fenômeno reduziu significativamente a vida dos moldes, o que levou à necessidade de paradas constantes para a troca e aumento significativos dos custos. Foi montado um grupo de trabalho de todas as áreas envolvidas, operação, manutenção e condicionamento químico para descobrir as causas e corrigir o problema. Este trabalho mostra as causas, as ações tomadas e os resultados obtidos.

Oct 30, 2017

By Paulo Henrique da Silva Gomes

A melhoria contínua dos processos é fator fundamental para o sucesso do negócio. Avaliar as melhores práticas e propor soluções que equilibrem os custos e o uso consciente dos recursos naturais transformará o negócio sustentável e sólido. Com esse ideal, foi realizado um estudo de viabilidade econômico-financeira e operacional para a implantação de um novo modelo de peação (fixação) de cargas conteinerizadas com produtos siderúrgicos (bobinas de aço) da CSN movimentados pelo Sepetiba Tecon - Porto de Itaguaí - RJ. O processo de peação de bobinas era basicamente realizado utilizando-se de madeiras fumigadas para a fixação das bobinas dentro do contêiner. O estudo objetivou a implantação de um processo de peação utilizando cintas de poliéster, reduzindo o uso de madeira, proporcionando maior segurança pessoal e agilidade nas operações. Além disto, propôs também a utilização de um implemento para acomodações das bobinas dentro do contêiner que pode ser operado por uma empilhadeira de menor capacidade, reduzindo assim a emissão de gases poluentes e o consumo de combustíveis fósseis.

Jul 29, 2018

By Claudio José Martins da Silva

A ferramenta PIMS (Plant Information Management System) possibilita, através dos recursos de conexão com o sistema de automação, a qualquer usuário da rede coorporativa da TKCSA o acesso à base de dados do processo produtivo e, através de suas funcionalidades o desenvolvimento, sem restrições, análises “on line" da planta banco a partir dos bancos de dados histórico que ele possui. Este trabalho apresenta a experiência da gerência técnica de utilidades da TKCSA no desenvolvimento de ferramenta de supervisão e gestão de informações através da ferramenta PIMS, intitulada Portal Utilidades. Com a ferramenta desenvolvida o corpo técnico é capaz de realizar análises on line ou consultando a base de dados do sistema, gerando diagnósticos, recomendações ou mesmo orientações às equipes de operação sobre o desempenho do sistema de Utilidades . Além de permitir todos os tipos de usuários (supervisores, mantenedores, operadores e outros) a consulta das informações a qualquer tempo suportando em atividades, como por exemplo, planejamento de manutenção e manobras dentre outras consultas.

Sep 25, 2017