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By Piotr Pajaczkowski

Hydro generators installed in Itaipu Binacional power plant with 824/737 MVA rated output power (50/60 Hz) belong to the largest ones in the world. Among many unique features the generators are equipped with the largest hydrodynamic thrust bearings ever built (external diameter 5200 mm, axial load equals approximately 3600 t). This paper is an attempt to propose a new thrust bearing design with the use of the state-of-the-art technologies and simulation techniques that demonstrate a reduction of friction power losses generated by the thrust bearing. This paper is divided into two parts. Within the first one the original thrust bearing design which was implemented in the generators is described. Related calculation results based on a thermo-elasto-hydrodynamic (TEHD) calculation software used by Alstom will be presented. A comparison between measurement results gathered in the 1980’s is given. In the second part a potential solution of a more beneficial bearing design is described. The proposed thrust bearing design modification is an implementation of Alstom’s PolypadTM coating. This modern polymer (PEEK) coating material has already been used by Alstom in projects around the world for many years. This coating allows pushing the operating parameters limits toward higher temperatures and lower oil film thicknesses far beyond the limits known for the conventional bearing materials.

Jul 31, 2018

By Eleir Mundim Bortoleto

A finite element modeling approach was developed to study adhesion phenomena during the unidirectional contact between a two-dimensional plane-strain square and a flat slab. Surfaces were metallic or ceramic, different pairs of materials were analyzed and their adhesion was considered by means of a FORTRAN subroutine (DLOAD), which was connected with commercial finite element code Abaqus and provided surface attractive forces based on the Lennard-Jones interatomic potential. Adhesive loads were considered both during approximation and separation of the surfaces. During the separation step, material transfer between surfaces, due to adhesion, was modeled by means of damage initiation and propagation at the flat slab. The parameters considered in the simulations were normal load, chemical affinity and system size and the different conditions were analyzed by comparison of the interaction forces during approach and withdrawal. This work also presents detailed descriptions of: (i) the evolution of energy dissipation due to adhesion hysteresis, (ii) the formation-growth-breakage of adhesive junctions and (iii) the evolution of stress distribution during the process. Results have indicated that chemical affinity between the bodies in contact is more relevant for adhesion than the applied load. Besides, smaller asperities are less prone to promote adhesive wear, but they may be subjected to high stress concentration effects.

Jul 31, 2018

By Qingwen Dai

The Marangoni effect is an important phenomenon where a surface tension gradient drives liquid towards high surface tension regions. Temperature gradient, evaporation, disparity of viscosity, and surface roughness and topography are all significant factors that can affect this thermo-capillary migration. The purpose of this study was to investigate the influence of micro-groove patterns on the migration of paraffin oil, and obtain a well-designed texture of micro-grooves to prevent the thermo-capillary migration. Patterns of micro-grooves with differing orientations and geometric parameters were fabricated on the surface of SUS 316 stainless steel substrates. Experiments on the migration behavior with different viscosities of paraffin oils were carried out various temperature gradients. The experimental phenomena indicated that the surface with the micro-grooves perpendicular or parallel to the temperature gradient have a strong impact on the migration performance of paraffin oil. Micro-grooves perpendicular to the temperature gradient exhibited extraordinary slower migration velocity than that of the parallel one. Width and depth of micro-grooves had an obvious influence on the behavior of temperature-driven migration and detail discussions on the effects of these geometric parameters were carried out.

Jul 31, 2018

By Gustavo Coqui Barbosa

Neste trabalho, foi desenvolvido um modelo de elementos finitos para simular o primeiro passe da laminação a quente do trem acabador de tiras de aço C-Mn. O comportamento desse aço é definido por equações constitutivas que descrevem os mecanismos de encruamento e recristalização acoplados aos campos de tensões, deformações e temperatura. Foi implementada uma sub-rotina em linguagem FORTRAN disponível no programa de elementos finitos ABAQUS/Standard. O modelo foi estabelecido no estado plano de deformação por meio de elementos finitos com acoplamento dos campos de temperatura e deformação para o cilindro de trabalho e tira. As dimensões e condições de processo foram obtidas a partir de dados industriais do laminador de tiras a quente da CSN. O modelo prevê as distribuições de temperaturas e valor de carga de laminação em boa concordância com as medidas industriais. Os resultados do modelo evidenciam que há ocorrência de recristalização dinâmica durante o primeiro passe e, apontam que em determinadas regiões da tira a fração recristalizada dinamicamente chega a 100%. A análise de sensibilidade dos parâmetros do modelo foi feita para determinar o seu impacto nos resultados das simulações, notadamente na força de laminação e no tamanho de grão austenítico final.

Jul 30, 2018

By Charles de Abreu Martins

An experimental investigation was conducted using laboratory-processed, 0.12C–1.70Mn–0.2V steels with different Cr or Mo additions aiming to evaluate this influence on the microstructure and mechanical properties hot rolled steels. Steels were processed in a pilot rolling equipment, simulating a typical thermomechanical processing, with finishing rolling steps above Ar3, followed by accelerated cooling and 723 K (450 Celsius) coiling temperature. Microstructures and precipitates were analyzed using OM, SEM and TEM, while mechanical properties were evaluated by tensile and hole expansion tests. Since Cr and Mo increase hardenability of austenite, and as a consequence, the volume fraction of the acicular constituents increases with gradual additions of Cr or Mo. Moreover, Cr or Mo impacted V precipitation process, reducing average size of particles. At 0.50%Mo, V precipitation was inhibited. Effects of this microstructure evolution on the final mechanical properties were also analyzed, as well as a comparison between Cr and Mo effects, with Mo presenting more effective influence.

Jul 30, 2018

By Armando Vazquez

This paper will provide an overall technology update on Tenova’s modular i BOF® technology package for improved endpoint detection (Carbon and Temperature), slop detection and auto-tapping control, with a primary focus will be on Tenova's Slop Detection System (SDS). Accurate Slopping prediction is a critical tool in the operation of a BOF. It provides the steelmaker with an additional protective system to increase yield & productivity while reducing operating costs. Tenova Goodfellow's i BOF® slop-detection technology uses lance vibration analysis with real-time alerts to give steel makers advance warning of the onset of a slop and a measurement of the slop severity. The system is designed to provide direct feedback control of lance position and oxygen flow rate, for rapid mitigation of potential slopping events. This paper will provide a summary on how the i BOF® technology package has been implemented, including trials and general results.

Jul 30, 2018

By Ángel Fernández

En Minera Coimolache se generan aproximadamente 700 t de residuos sólidos al año. El 50% de estos corresponde a residuos orgánicos, los que mediante fermentación anaeróbica con microorganismos eficaces son transformados en un plazo muy breve en bioabonos sólidos y líquidos (solución ecológica). Los microrganismos eficaces presentes en estos bioabonos han mejorado notablemente los procesos de siembra, incrementando hasta en un 361% la densidad poblacional de la misma. Por otro lado, dado que la actividad microbiana generada compite por el oxígeno del suelo reduciendo de forma colateral la generación de drenaje ácido de roca (el pH incrementó de 2.02 a 7.55 y se redujeron metales como el Fe, Pb, Cu y Zn), se ha obtenido una solución económica al emplear suelos abonados, como sustituto de la cal, para la cobertura de depósitos en proceso de cierre.

Jul 30, 2018

By Tiago Salzmann Vilela

No mercado de arames galvanizados destinados a indústria é exigida a uniformidade da camada de zinco sobre o arame. Neste trabalho, foram estudados os efeitos da velocidade de galvanização na uniformidade e espessura da camada de Zinco total, bem como a morfologia das fases de Zn e Ferro-Zinco sobre o substrato metálico. Verificou-se também o efeito do aquecimento após o processo de galvanização, observando o crescimento da camada intermetálica. Finalmente, serão mostradas as principais características de processo obtidas para garantir o atendimento aos ensaios de qualificação, em um estudo de caso de arames galvanizados produzidos em unidade industrial da Gerdau.

Jul 30, 2018

By João Carmo Vendramim

A oxidação da superfície de peças, ferramentas, moldes ou matrizes construídas em ligas ferrosas tem larga utilização na indústria. As aplicações podem ser as mais diversas, tais como simplesmente atender às questões estéticas, proteção da superfície contra a corrosão, ou proteção contra a interação química com outros metais. Dentre as técnicas industriais utilizadas há o processo conhecido como “Oxidação Negra” que é realizado em baixas temperaturas, com imersão do aço da peça em óleo quente, ou banho de sal especial, ou mesmo a frio (soluções especiais). Outros processos utilizam fornos industriais com atmosfera de ar para aquecer a liga ferrosa até temperaturas da ordem de 500ºC e acrescentar (“pingar”) água como fonte de oxigênio. E em outros, aplicação ceras hidrocarbonetadas e ácidos inorgânicos e posterior oxidação [1] com aquecimento a temperaturas da ordem de 500ºC. Nesses processos, o objetivo é formar uma camada de óxidos tipos Magnetita e Hematita cujas características de menor coeficiente de atrito e determinadas propriedades físicas e químicas serviriam de barreira à interação química com outros metais em contato. A camada de óxido obtida nas condições descritas acima é bastante útil para determinadas aplicações industriais, tais como moldes de injeção de alumínio. Esse texto descreve o processo de oxidação desenvolvido utilizando a tecnologia de plasma.

Jul 30, 2018

By Nestor Cezar Heck

Aim of the present work is to continue the theoretical evaluation of the slags of the fundamental system CaO-SiO2-CrOx-MgO (Ca-O-Cr-Si-Mg quinary system) at the temperature of 1,873 [K], with the help of a computational thermodynamic tool. Driving force for this and the previous research works is the understanding of chromium losses from the molten bath into the slag. Especially motivating is the presence of solid phases in the slag, since they may prevent refractory degradation and help in the production of foaming slags. Nevertheless, Cr-bearing solid phases can lead to Cr losses, being therefore detrimental. Determination of the states of thermodynamic equilibrium for this system using a slag with fixed composition as a start material were made using MgO amount as variable. Results show the impact of the MgO content on the equilibrium phases (molten metal, liquid slag, solids) and their composition for this system.

Jul 30, 2018

By Julio Cezar de Sousa Zorzi

Aços com teor de Mn entre 15% e 30% apresentam ductilidade excepcionalmente alta para sua elevada resistência mecânica, devido à ocorrência de transformação de fases (efeito TRIP) e/ou à formação de maclas de deformação (efeito TWIP) na microestrutura predominantemente austenítica. A adição de Mn ajuda a manter a austenita até a temperatura ambiente, evitando a sua decomposição após o recozimento aplicado depois da laminação a frio. O objetivo desse estudo foi avaliar o efeito da temperatura de recozimento na microestrutura e nos valores de propriedades mecânicas de um aço com 17% de Mn, por meio de simulações piloto das etapas de processamento industrial utilizando dilatômetro e simulador termomecânico do Centro de Pesquisa da Usiminas. Observou-se que o aumento na temperatura de encharque durante o ciclo térmico de recozimento contínuo promoveu a reversão completa da martensita a’ para austenita. Além disso, a alteração desse parâmetro praticamente não afetou o limite de resistência e o alongamento total do aço, embora tenha reduzido significativamente o limite de escoamento.

Jul 30, 2018

By Rodrigo Rocha de Meira

O laminador de tiras a frio n° 3 da CSN apresentava perdas de produtividade ao processar aços de elevada resistência microligados, com limite de escoamento mínimo igual a 340 MPa, dotados de largura superiores a 1400 mm. Devido à crescente demanda do mercado automotivo relativa a esta família de aços, tornou-se necessário um estudo para optimizar a produtividade do equipamento e não desestabilizar o fornecimento aos clientes. O estudo consistiu em testar parâmetros de processo alternativos, objetivando abastecer o laminador de tiras a frio com bobinas laminadas a quente dotadas de resistência mecânica ligeiramente menor, para promover maior estabilidade operacional no equipamento a partir da redução das cargas de laminação. As alterações propostas resultaram no aumento de produtividade do laminador de tiras a frio, sem comprometer as características mecânicas do produto final.

Jul 30, 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 Bernardo Martins Braga

A prática de inertização de um distribuidor de 17,7 t para lingotamento contínuo de aços foi estudada numericamente através de um modelo matemático tridimensional não-isotérmico. O modelo considera uma única fase gasosa composta de dois componentes: argônio e ar. A turbulência foi levada em conta por meio do modelo k-e padrão. Os cálculos foram executados utilizando o software de CFD comercial ANSYS CFX. Diferentes configurações do sistema de inertização foram simuladas. Os resultados indicaram que a configuração atual é ineficiente e novas configurações foram sugeridas. Algumas recomendações para a correta prática de inertização também são fornecidas.

Jul 30, 2018

By Pedro Jorge Walburga Keglevich de Buzin

Steel production process generates waste, among which is the electric arc furnace dust (EAFD). This waste has varying amounts of zinc, which is principally contained in the minerals zincite (ZnO) and franklinite (Fe2ZnO4). The presence of Zn is capable of economically motivating the recycling of this residue and facilitating the co-processing of the remaining material. The zinc content in EAFD and the presence of zincite, however, have significant influence on the application of hydrometallurgical recovery processes (economic alternatives to the Waelz process). In this study, based on the computational thermodynamic tool FactSage, theoretical considerations are made on the conditions for the formation of zinc-containing minerals found in EAFD. Through thermodynamic analysis, the best conditions for obtaining a high fraction of ZnO were analyzed, which favor the hydrometallurgical processes for EAFD treatment. A classification of dust depending on the phases present in the EAFD is suggested as a guide for the feasibility analysis for the use of a hydrometallurgical process.

Jul 30, 2018

By Bruno Cordeiro Costa

Inseridas em um mercado extremamente competitivo, as empresas siderúrgicas vêm buscando aprimorar seus processos produtivos e de gestão de forma a reduzir custos de produção e garantir sua sustentabilidade. A principal parcela do custo de produção da empresa em relação a um aço inoxidável ligado ao Cromo e Níquel está na Aciaria, e a carga metálica representa mais de 80% deste valor. Visando aumentar a competitividade, foi aberto um projeto para otimizar a carga metálica na Aciaria. A redução da mistura de escórias é uma fase deste projeto. O propósito do presente trabalho é mostrar a metodologia adotada para otimizar o processo de recuperação de sucata das escórias de aços inoxidáveis, minimizando a ocorrência de misturas de escórias, para maximizar seus teores de Ni e Cr e, consequentemente, reduzir o uso de fontes mais nobres e caras destes elementos. Foi adotada a filosofia “Zero de Escória no Chão” e, para alcançar este objetivo, várias ações foram implantadas. Considerando 2011 como base 100%, o teor médio de Ni da sucata recuperada de 3XX aumentou 45% em 2013 e o teor médio de Cr subiu 36% na sucata recuperada neste mesmo período. Como consequência direta da redução da mistura de escórias de grupos de aços diferentes ao longo de todo fluxo produtivo, ocorre a redução dos residuais de Ni e Cr nos aços carbono e elétricos e de Ni nos aços 4XX. A metodologia adotada foi eficiente e os objetivos do projeto foram alcançados.

Jul 30, 2018

By Rafaela Pereira Batista

Aliar baixo custo à qualidade do aço é um desafio vital na siderurgia. Neste cenário, o conhecimento do efeito das variáveis de processo sobre o produto é uma ferramenta essencial. O vazamento do aço dos conversores LD é tradicionalmente dividido em vazamento acalmado e efervescente. Neste estudo avaliou-se o efeito de algumas das variáveis das práticas de vazamento de aços ABNT 1006 sobre composição química, rendimento de adições e limpeza interna. Esta classe de aço representou cerca de 35% da produção da CSN em 2012. Através da comparação dos resultados industriais e avaliações teóricas, o estudo busca orientar os aciaristas sobre o efeito da escolha da pratica de vazamento e desoxidação na qualidade final e no custo de produção do aço em questão.

Jul 30, 2018

By Tiago Evangelista Gomes

O presente trabalho teve por objetivo verificar a influência do Nióbio na trabalhabilidade a quente de um aço inoxidável duplex do tipo UNS S32304 em condições similares às do processamento industrial, utilizando ensaios de torção a quente. Foram fundidas, em forno de indução a vácuo, 4 corridas experimentais: uma com a composição química padrão e as outras objetivando-se teores de Nióbio de 0,2%, 0,4% e 0,8%. Ensaios de torção a quente foram realizados em resfriamento contínuo a partir de 1.200ºC, e ensaios isotérmicos no intervalo de temperaturas de 1.200 a 900ºC. O aumento da fração volumétrica de ferrita em função do aumento da concentração de Nióbio melhorou a trabalhabilidade a quente destas ligas.

Jul 30, 2018

By LEANDRO RODRIGUES RAMOS

Os Sistemas de Nível 2 de Otimização da ArcelorMittal Tubarão impactam diretamente no processo produtivo (Qualidade, Produtividade, Produção), sendo que parte considerável destes sistemas são executados em plataforma legada de hardware (Alpha Digital). Em 2011/2012, o fim do ciclo de vida da Plataforma Alpha (Open VMS) anunciado pela HP trouxe este tópico para um lugar de destaque na matriz de risco da Engenharia de Automação. A principal estratégia é a migração para novas plataformas, porém associa-se a esta opção um custo e tempo elevado, principalmente se tratando de sistemas de alta complexidade e disponibilidade. A gestão de um estoque de sobressalentes também se torna cada vez mais difícil devido à escassez destes equipamentos no mercado global. Considerando estes fatores, a busca de soluções alternativas de curto prazo se fez necessária. Uma tecnologia de emulação e virtualização de plataforma foi validada e um projeto piloto implantado no sistema responsável pela otimização do processo de reaquecimento de placas do Laminador de Tiras a Quente. O uso desta tecnologia promoveu uma portabilidade direta do sistema para um hardware padrão de mercado (Intel x64), em curto prazo e sem impactos operacionais, podendo ser disseminada para outros sistemas, garantindo um pulmão para futuras migrações.

Jul 30, 2018

By Marcelo Souza de Oliveira

Os cilindros de laminação, em conjunto com outras variáveis de processo, exercem influência direta no resultado de qualidade do produto e produtividade da linha de laminação. No caso do Novo Laminador de Acabamento da Usiminas-Cubatão, a especificação original de projeto definiu para utilização, cilindro de trabalho em material aço forjado. No entanto como havia dúvidas sobre a adequação deste material para esta aplicação específica, foi viabilizado teste de cilindro de material ferro fundido. O objetivo deste trabalho é comparar o desempenho entre os dois tipos de cilindros e a influência no resultado de produtividade da linha de laminação do Novo Laminador de Acabamento da Usiminas-Cubatão. Foi considerada a garantia da qualidade do produto final durante os testes feitos com este tipo de material do cilindro.

Jul 30, 2018