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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 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 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

By Carlos Guimaraes, Jefferson Klug, Raquel Verona, Pablo Leão, Miguel Arcanjo Almeida, Carlos André Ruy Carneiro, Marcos Daniel Gouveia

O cenário de perda de produção devido a quebras de sequência por obstrução em aços acalmados ao alumínio com tratamento com cálcio apresentava-se crítico para a Aciaria. Foram realizados ajustes técnicos nos processos de refino primário e secundário através da implementação de ações para redução do consumo de alumínio, ajuste da composição química da escória de panela e ajuste do procedimento de adição de cálcio. A mensuração dos indicadores que suportaram o resultado final foi através de gráficos ternários de escória, contagem de inclusões, analise de oxigênio total, analise da distribuição química de inclusões via MEV/EDS, janela de lingotabilidade e alumínio dissolvido. O desenvolvimento do projeto alcançou uma consistente redução do índice de obstruções aliados ao aumento da limpidez e qualidade dos

Oct 1, 2019

By José Roberto de Olveira, Anna Paula Littig Berger, Caio Vaccari Silva, Victor Bridi Telles, Felipe Fardin Grillo, José Roberto de Oliveira

No presente trabalho foi proposto uma análise da eficiência de desfosforação de uma mistura padrão M1 e outras cinco misturas, onde foi realizada variação da massa de mistura adicionada ao sistema (60,70 e 80g), temperatura de trabalho (1350ºC e 1350ºC ajustada) e metodologia de adição. Os testes experimentais foram realizados a uma temperatura de 1400°C, com agitação de 450 RPM, em um forno de resistência. Para a análise das propriedades da escória, foram realizadas simulações através do software de termodinâmica computacional FactSage 7.2 e análises de imagens obtidas da superfície do cadinho ao final dos experimentos no software Quantikov. A mistura M1 apresentou melhor desempenho do que as misturas em todas as situações estudadas, sendo observado que melhores condições experimentais foram a utilização de 70g de mistura, a uma temperatura de 1400ºC, com a metodologia padrão de adição de toda a massa da mistura no início do experimento.

Oct 1, 2019

By Pablo Altoé Amorim, Bruno Sellitti Borges, Otávio Lube dos Santos, Arthur Pizetta David, Matheus Diogo Penido da Silva

Automation is in everywhere nowadays, including within companies and industries, and is therefore fundamental and essential for production, quality and process control of them. There are many ways to automate a production line or a machine can be through relay logic, Programmable Logic Controllers (PLCs), and even more modern microcontrollers with native Internet of Things (IoT) support can be used. What are the advantages and disadvantages of each approach? A PCB was created using more modern microcontrollers programmed in C, C ++ and Whiting language to simulate a replacement of a PLC in an actual machine. Having a very positive result, being able to handle the machine manually via Wi fi besides being able to also perform a real-time monitoring of the machine's motors through the mobile phone, thus entering the IoT and fitting into the Industry 4.0.

Oct 1, 2019

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

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

Oct 1, 2019

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

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

Oct 1, 2019

By 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 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 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 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 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 Guilherme Liziero Ruggio da Silva, Iara Patricia Vieira de Oliveira, João Ricardo Denicolo Braga, Paulo Santos Assis, Lorena Cristina Amorim Moura

Nos últimos anos diversos trabalhos evidenciam a possibilidade de utilização de small coque como constituinte da carga metálica dos altos-fornos, visando a redução na temperatura da zona de reserva térmica. Esse trabalho avalia a viabilidade técnica, em escala laboratorial, da produção de um determinado small coque altamente reativo, através da adição de 2 catalisadores: pellet feed e cal virgem totalizando 3% em massa, em sua superfície. Foram realizadas caracterizações químicas dos catalisadores por meio de Fluorescência de Raios-X (FRX) e avaliados os impactos destas adições sobre CRI (Coke Reactivity Index) e CSR (Coke Strength after Reaction) das amostras produzidas. Os resultados mostraram aumentos acima de 2% na reatividade do small coque, tanto para a adição de cal virgem quanto para pellet feed, porém mais significativo para a adição de cal virgem, comprovando que a técnica de Pós-adição de catalisadores da reação de Boudouard no small coque, pode ser uma alternativa para redução de custo e emissões de CO2 no Alto-Forno.

Oct 1, 2019

By Rodrigo Abreu, Nilson Luiz Biccas, André Luiz Bonelar dos Santos, Odilon José da Silva

A Coqueria no contexto siderúrgico é a área responsável pela produção de coque metalúrgico para os Altos-Fornos. O coque geralmente é obtido em fornos verticais, que tem a finalidade de aquecer a mistura dos carvões minerais até a temperatura de pirolise, através da queima controlada de um combustível. O objetivo deste trabalho é apresentar as alterações realizadas no Controle de Combustão das Baterias de Coque da ArcelorMittal Tubarão para garantir a estabilidade operacional e o maior controle do tempo líquido de coqueificação. O aprimoramento do modelo matemático ajustado as condições atuais do processo, trouxe benefícios tais como a obtenção de uma melhor distribuição de calor ao longo das paredes de aquecimento e consequentemente a redução das resistências aos desenfornamentos, consumo de calor e emissões de poluentes, preservando a estabilidade operacional das baterias de coque e contribuindo para o prolongamento da vida útil.

Oct 1, 2019

By Xiaowei Du, Xitao Wang, Xuekun Shang

The deformation behaviors under both tensile and compressive forces and microstructure evolutions of cast SA508-4N steel were investigated at elevated temperatures. True stress-strain data were obtained from hot deformation experiments performed on a Gleeble-3500 thermal-simulator under different temperatures (750-1200C) and strain rates (0.001-10 s-1). The reduction of area decreases as a function of temperature from 750C to 900C and then increases. At 1200C, the reduction of area reaches more than 99% with the strain rates of 0.5 s-1 and 1.0 s-1. The dynamic recrystallization under compressive stress occurs at 800C under low strain rate and a complete dynamic recrystallization can be observed when the temperature reaches above 1100C. A “two-stage” flow stress constitutive model concerned with dynamic recovery and dynamic recrystallization was established based on the true stress-strain data. This model shows good agreement with experiment results. Moreover, we developed a dynamic recrystallized grain size model to describe the average grain size after complete dynamic recrystallization.

Oct 1, 2019