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By Delio Amorim

Industry 4.0 concepts is the new biggest challenge on the industry nowadays and every company in every industry in every part of the globe is looking to implement this somehow on their factories and machines. To do that on the newest long rolling mills, that brings already onboard state-of-the-art technologies, is for sure a challenge of machinery builder industry, but how to become the long rolling mills built on 70’s, 80’s or 90’s part of this innovation process and connected to the new trends? This is the main mission here, to show some examples of applications that goes in this direction.

Oct 1, 2019

By José Aparecido Pereira

The innovative methodology developed by the author allows the elaboration of an Angle Roll Pass Design based on the practical observations of the rolling process and applies mathematical criteria, using the Ekelund´s formula supported by Advanced Excel tools (Reach Goal, PROCV-PROCH, Macros) and AutoCad. The first step is the definition of the number of stands, roll dimensions, gear boxes reduction, initial stock, average reductions, spread factors, finishing speed and type of grooves. For each pass are calculated: bite angle, spread, section reduction, lost and gain of temperature, separating force, speed, torque and motor power. After these calculations and checking of the parameters, the program calculates the dimensions of the passes transforming the flat passes into shaped ones. With these dimensions it is possible to draw the grooves using AutoCad and check section reductions. This methodology was already used for the development of a new project and also to check the parameters of existing ones, with comparison of the results and has shown to be reliable in real and tested projects. It is an innovative process that is not available in known literature.

Oct 1, 2019

By Antônio Augusto de Morais Piau, Miguel Araujo de Vasconcelos Filho, Bruno Mynelly Galdino de Sousa

Sludges and dusts generated by steel mills usually cause environmental problems and has a high cost solution. This presentation offers a different aproach to the problem with a solution that not only solves the enviromental issue but also brings great savings to the mill. This technology, reuses dusts and sludges in the sintering process, after they are mixed to the right composition.

Oct 1, 2019

By Bruno Deves Flores, Alessandro Gums, Eduardo Osório, Matheus Teixeira Fraga, Anderson Azevedo Agra, Janaína Machado, Antônio Cezar Faria Vilela, Anderson Nicolodi

A utilização de carvão vegetal em substituição a outros materiais de origem fóssil na produção de coque é uma das alternativas para mitigar as emissões de CO2 na siderurgia. Contudo, a inserção de carvão vegetal na coqueificação apresenta fortes limitações, as quais estão principalmente associadas à sua elevada reatividade ao CO2. Assim, o presente estudo visou investigar alternativas para diminuir a reatividade do carvão vegetal. Para isso foram investigados os efeitos da temperatura de pirólise, desmineralização e impregnação por alcatrão. Os resultados mostraram que o aumento da temperatura de pirólise diminui a reatividade do carvão vegetal. Essa mesma tendência foi também observada ao se remover os componentes inorgânicos do carvão vegetal e ao se impregnar a sua estrutura com alcatrão. A associação dos tratamentos térmico, de desmineralização e impregnação com alcatrão resultou em reduções de reatividade na ordem de até 6 vezes a do material inicial.

Oct 1, 2019

By Lucas Gonçalves Generoso, Larissa Rodrigues de Carvalho Rocha, Mauro Vivaldino Fernandes, Gustavo Serrano dos Santos, Gustavo Alexandre da Costa Manso

O Alto-Forno 3 da Usiminas iniciou sua atual campanha em 1999. Projetada para durar 15 anos de operação, previa-se uma produção de 41 Mt de gusa. A partir de 2008, iniciaram as avarias mais significativas no sistema de refrigeração, possibilitando a entrada de água e os consequentes distúrbios operacionais. Buscando estender a atual campanha até 2021, a Usiminas realizou, dentre outras atividades de preservação, duas trocas de staves, em 2015 e 2018. Neste trabalho, são apresentados o planejamento e os principais procedimentos relacionados à parada operacional do alto-forno para a segunda troca de staves, com foco nas atividades operacionais que permitiram a redução do nível da carga até 25,1 metros em relação ao stock line. Destacam-se os cuidados e o êxito no abaixamento de carga até o nível das ventaneiras e a metodologia de troca de staves adotada. Por fim, a previsão de extensão da campanha em 7 anos, possibilitará atingir uma produção acumulada de 53,5 Mt, superando em 12,5 Mt o valor projetado.

Oct 1, 2019

By Andrea Codutti, Gianni Tiussi, Andrea Tonnicchi, Morris Codarin

Essar Algoma Steel, Canada, awarded Danieli Transimissions a strategic order for the upgrade of the main drive spindles belonging to the most loaded stands of the Hot Strip Mill, F1-F2, F5 and F6. Featuring special heavy duty design and advanced torque monitoring system, these spindles replace existing competitors’ grease lubricated design with the efficient continuous oil lubricated solution to withstand the tough working conditions, increase life expectations and provide room for a product mix extension. The first couple of spindles have been installed in September 2017 by the expert Service team and are showing already good and reliable performance. Progressively all the others are being installed.

Oct 1, 2019

By Larissa Rodrigues de Carvalho Rocha, Mauro Vivaldino Fernandes, José Eduardo da Silva Moreli, Beatriz Fausta Gandra, Adriano Cesar Carvalhido

No atual cenário siderúrgico, o prolongamento da campanha de um alto-forno tem sido prática usual em diversas empresas. Nesse contexto, a Usiminas tem realizado diversas ações de preservação dos altos-fornos, conciliando com a manutenção da competitividade. Particularmente, o Alto-Forno 3 da Usina de Ipatinga passou por duas trocas de staves, em 2015 e 2018, totalizando a substituição de 68 peças. No presente trabalho é apresentado o planejamento e a execução do retorno operacional após a 2ª troca de staves, destacando as contingências adotadas e lições aprendidas face às ocorrências que impactaram o cumprimento do cronograma previsto. Essa intervenção possibilitará a postergação da reforma para 2021, em alinhamento com as diretrizes da empresa e garantindo uma estabilidade operacional, fundamental para os cumprimentos e superação das metas.

Oct 1, 2019

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 Fabrício Domith Rodrigues, Marcelo Moreira Furst Gonçalves, Leonardo José Silva de Oliveira, Luiz Fernando Andrade de Castro

Eventualmente é necessário ajustar a largura de placas via processo de oxicorte. Contudo, o processo de corte convencional a frio não é recomendado para algumas qualidades de aço por gerar susceptibilidades às trincas na seção de corte. Para contornar a ocorrência de trincas no corte convencional foi desenvolvida e aplicada na Usiminas uma nova técnica de oxicorte em placas com base na utilização de duplo maçarico. Após otimização dos parâmetros de velocidade e posição dos maçaricos foi possível obter temperaturas da ordem de 200°C, homogeneamente distribuídas ao longo da seção de corte, favorecendo o ajuste dimensional sem trincas. Com a implementação industrial, verificou-se índices superiores a 85% de aprovação de placas e, consequentemente, o aproveitamento de placas que anteriormente não eram destinadas a geração de produtos laminados.

Oct 1, 2019

By Baoliang Xiao, Hui Pan, Yajun Hui, Kun Liu

The microstructure, properties, strengthening mechanism and work hardening mechanism of 600MPa grade high ductility hot-rolled sheet steel for automotive square tube were investigated by utilizing optical microscopy, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The results show that the microstructures of low C-low Mn-Nb and Ti microalloyed steel (Steel A) and high C-high Mn-Nb microalloyed steel (Steel B) are composed of ferrite and a small amount of pearlite. Compared with steel B, the size of ferrite and pearlite of steel A is finer, while the size of the second phase precipitates is larger. The mechanical properties of the two tested steels are similar before tube forming, except that the yield ratio of steel A is higher. Steel A has/exhibits significant work hardening after tube forming; the yield strength and tensile strength increase by 45 MPa and 26 MPa, respectively, while the elongation decrease by 6.0 percent. The yield strength and tensile strength of steel B increase by 22 MPa and 10 MPa, respectively, and the elongation decrease by 4.0 percent. The grain refinement strengthening is the dominant strengthening mechanism, accounting for 52.9 to 61.8 percent of the total yield strength; the solid solution strengthening is the second strengthening mechanism, accounting for 17.2 to 25.3 percent, while the precipitation strengthening and dislocation strengthening contribute little to the yield strength. The dislocation strengthening increase by 82 MPa of steel A after tube forming, which is higher than that of steel B. Therefore, steel B has a low work hardening rate that is more suitable for manufacturing automotive square tube for secondary tube forming.

Oct 1, 2019

By Amauri Garcia, Noé Cheung, André dos Santos Barros, Clarissa Barros da Cruz

Embora a resistência ao desgaste seja geralmente a principal propriedade avaliada decorrente da adição de terceiros elementos em ligas Al-Sn, não somente os fenômenos tribológicos são responsáveis pela deterioração gradual das peças, mas também os fenômenos relacionados à corrosão. Dessa forma, o presente estudo objetiva analisar o efeito de características microestruturais formadas durante a solidificação transiente da liga Al-9%Sn-5%Zn na resistência à corrosão em solução 0,06M NaCl investigada por polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica. Foi observada uma morfologia microestrutural caracterizada por dendritas da fase α-Al com concentrações de Zn tanto na matriz dendrítica quanto em regiões ricas em Sn localizadas nos contornos interdendríticos. A evolução dos espaçamentos dendríticos primários (λ1) também foi correlacionada com parâmetros térmicos de solidificação. Finalmente, constatou-se que a amostra com microestrutura mais grosseira, ou seja, λ1 = 89,6 μm, apresentou comparativamente menor densidade de corrente de corrosão e maior resistência à polarização.

Oct 1, 2019

By Alexandre Furtado Ferreira, Fernando Paulucio Quinelato

A solidificação tem papel fundamental nas propriedades finais do material, uma vez que parâmetros como temperatura, composição química e cinética influenciam diretamente na micro e macroestrutura resultante. A solidificação dos aços no lingotamento contínuo ocorre através do crescimento dendrítico em direção ao núcleo da placa. A velocidade de crescimento interfere diretamente sobre a formação da micro e macroestrutura, bem como na formação das dendritas. Tais efeitos influenciam o perfil de microssegregação e macrossegregação finais. O objetivo deste trabalho é avaliar o comportamento dos espaçamentos dendríticos secundários em função da temperatura de lingotamento e da macroestrutura resultante, além de calcular, através do uso de equações empíricas, a taxa de resfriamento local. Os resultados mostraram que para menores superaquecimentos os espaçamentos dendríticos secundários apresentam-se menores. Foi verificada uma elevada correlação entre espaçamento dendrítico secundário e posição ao longo da espessura da placa para o intervalo de superaquecimento de 22°C e 34°C. Com a utilização de uma equação empírica, foram obtidas curvas que mostram o comportamento da taxa de resfriamento local em função dos espaçamentos dendríticos secundários. Os resultados obtidos são importantes para subsidiar estudos futuros e propostas de otimização de processo relacionadas a micro e macrossegregação em placas de aço.

Oct 1, 2019

By Karl Berger, Michael Steinkogler

The evolution in Metal Cutting: Inventors around the world have been successfully developing innovations for decades, but only some of these developments have had „GAME CHANGING“ potential. One of these innovations is the new developed saw blade LINCUT®, a patented changing system that paves the way for a fundamental reorientation of the entire saw blade industry worldwide through a simple and economical concept for rolling mills or heavy forging lines. Cost efficiency starts with the raw material: Circular saws equipped with a standard saw blade are expected to have a necessary 2 percent standstill per year due to required tool changing. The applied technology reduces this unnecessary loss of production by more than 50%. The ROI can therefore be reached faster which immediately lowers your production costs. No matter what material, conventional carbon steel or highly alloyed stainless steel, the coating and shape of carbide plates is perfected for extended tool life up to 25% with increased performance. Due to LINSINGERs own tool-technology-centre in Austria specialized in research and development of tools, constantly expanding R&D activities, best results are achieved in quality and cost efficiency: a (r)evolution in metal cutting.

Oct 1, 2019

By Lays Augusta Leal Carvalho, Alex Milton Albergaria Campos, Paulo Santos Assis

A presente pesquisa dedica-se a analisar a adição de biomassa de serragem, que é uma matéria-prima carbonosa que pode ser utilizada nas misturas de carvão para produção do coque metalúrgico, preservando a qualidade exigida, com menor custo. A qualidade do coque metalúrgico pode ser determinada por meio da efetividade das suas funções químicas, físicas e térmicas no interior do alto-forno. Para produção de ferro gusa, qualquer modificação nos constituintes das matérias-primas pode ter influência direta na produtividade do alto-forno e na qualidade final do aço. A partir das análises de degradação térmica como reatividade do coque (CRI) e resistência do coque após reação (CSR), resistência a frio (DI) e análises imediatas, pode-se definir a qualidade do coque metalúrgico produzido com serragem. Assim sendo, o objetivo é relacionar estes parâmetros com as particularidades do material e suas funções no alto-forno. Os resultados mostram que tecnicamente é viável a utilização de até 2% de serragem de eucalipto na mistura de carvões.

Oct 1, 2019

By Bruno Deves Flores, Guilherme Liziero Ruggio da Silva, Eduardo Osório, Anderson Azevedo Agra, Jamile Guarda, Antônio Cezar Faria Vilela, Anderson Nicolodi

Na literatura são descritos basicamente dois modelos de relações entre resistência mecânica e parâmetros microestruturais: (1) relações entre parâmetros microestruturais médios do coque e índices de ensaios mecânicos e (2) quantificação dos poros mais críticos a resistência mecânica, a partir de determinados critérios que levam em conta o tamanho e a forma dos poros. Nesse trabalho coques laboratoriais produzidos a partir de carvões com propriedades distintas foram caracterizados pela associação das técnicas de microscopia ótica e análise de imagens. Os principais modelos da literatura de relação entre resistência mecânica e parâmetros microestruturais foram avaliados. Foi demonstrado que nenhuma das relações estudadas conseguem descrever o comportamento mecânico de coques produzidos a partir de carvões de alto teor de componentes inertes (>40%). A partir desses resultados duas novas abordagens foram realizadas a fim de obter modelos que contemplem tais coques: (1) introdução de uma nova relação entre resistência mecânica e os parâmetros microestruturais e (2) um novo critério de classificação das regiões derivadas de componentes inertes como críticas a resistência mecânica.

Oct 1, 2019

By Pedro Cunha Alves, Wagner Viana Bielefeldt, Vinicius Cardoso da Rocha, Julio Aníbal Morales Pereira, Antônio Cezar Faria Vilela

A limpeza e a reoxidação de um aço SAE 1055 modificado foram avaliadas durante a sua produção em uma aciaria elétrica. Escória A no sistema óxido CaO-SiO2-MgO-Al2O3-CaF2 (CSMA-F) e escórias B e C no sistema óxido CaO-SiO2-MgO-Al2O3 (CSMA) foram analisadas. Duas amostras de aço foram coletadas em ambiente industrial: forno panela e barra laminada. ASPEX Explorer foi utilizado para obter informações sobre as inclusões, organizando-as por composição química, tamanho, densidade e tipo. FactSage v7.2 calculou as inclusões formadas durante a solidificação do aço, fração líquida e sólida das escórias e viscosidade da fração líquida. Após o refino secundário, o tipo mais comum de inclusão encontrada foram os aluminatos de cálcio. Na barra laminada, o espinélio foi o tipo de inclusão mais frequente, indicando um possível produto de reoxidação. Sua formação pode ser causada devido a interação com os materiais utilizados no distribuidor e molde. A redução da temperatura também favorece a formação de espinélios, como demonstrado pelo FactSage. As inclusões de espinélio foram analisadas pelo método Função de Densidade Populacional (PDF), que identificou que as corridas A1, A2, C1 e C2 apresentavam inclusões de espinélio formadas por reoxidação. Uso de escória no sistema CSMA é indicado já que eventos de reoxidação foram diminuídos nas corridas B1 e B2. No entanto, é necessária uma análise mais profunda dos materiais utilizados no distribuidor e molde para melhorar a limpeza do aço SAE 1055.

Oct 1, 2019

By Fábio Dian Murari, Antônio Adel dos Santos

The effect of reheating temperature of slabs on the precipitates dissolution and mechanical properties of Ti-Nb microalloyed steel was investigated in pilot scale. It was verified, by means of transmission electron microscopy, a significant decrease in precipitates formed during the solidification of the steel as the reheating temperature increased from 1100°C to 1200°C. No significant changes in size and shape of the precipitates were observed with further temperature increase up to 1280°C. In line with the precipitates dissolution behavior, an increase in strength was observed with the elevation of the reheating temperature up to 1200°C, due in part to the reprecipitation of fine Nb-rich precipitates during the hot rolling. At 1200°C the presence of deformed ferrite on the microstructure contributed to the additional increase in strength. After reheating above 1200°C up to 1280°C, a decrease in strength of the rolled plates was noticed. This effect has been credited to the absence of deformed ferrite grains and also to a small increase in the low angle grain boundaries size. The results were in agreement with Thermo-Calc and Dictra simulations.

Oct 1, 2019

By Zhisong Chai, Wei Xu

Q&P steels undergo continuous multiple processes, including hot rolling, intermediate heat treatment, cold rolling and continuous annealing etc. The inheritant effect of initial microstructure could affect the final microstructure and mechanical properties of Q&P steels. In this work, effects of different hot rolled microstructure/texture on the final microstructure and properties subjected to Q&P process were investigated in Fe-0.38C-1.58Mn-1.6Si system. Different initial microstructures were generated combing different TMCP and cooling strategies. The microstructure and texture of hot rolled materials were characterized in detail. The hot rolled material was subsequently processed by intermediate annealing, cold rolling and continuous annealing. The comparison reveals great effects of the initial hot rolled microstructures, i.e. inheritance effect. The faster reverse transformation would lead to more sufficient austenitization and it would greatly weaken the inheritant effect of the initial microstructure. Although the difference of final phase fraction for different initial microstructures was not significant, the inheritance effect was mainly reflected in the effect on austenite morphology. For the mechanical properties, no obvious difference in strength was shown for the samples with different initial microstructures after Q&P heat treatment, but there was fluctuation in elongation.

Oct 1, 2019

By Andrew Slifka, Pello Uranga, Douglas Glenn Stalheim

Structural steel final mechanical properties of strength and ductility are predominately generated by the final ferrite grain size/packet size and homogeneity of that ferrite grain size/packet size through the cross-sectional area. Forty to seventy percent of the strength components come from how fine the final cross-sectional ferrite grain size/packet size that can be produced.[1] All the ductility properties of structural steels for a given microstructure are predominately driven by how fine AND homogenous the final cross-sectional ferrite grain size/packet size can be refined.[2,3,4] One key ductility property of structural steels used in construction and energy transmission applications is fatigue. Both low and high cycle fatigue can be realized in these end applications, however, low cycle fatigue is typically the predominate mechanism. In construction applications the environment for fatigue is typically air, such as in wind towers or high-rise building construction. In energy applications, there is an interest in high pressure (5.5 – 21 MPa, 800-3000 psi) gaseous hydrogen as an alternative fuel source to fossil fuels. A project to study the effect of the cross-sectional grain size/homogeneity of a relatively pure polygonal ferrite microstructure on the fatigue performance in air and high-pressure gaseous hydrogen has been developed. This paper will discuss the project strategy, microstructure developed for the project and initial test results.

Oct 1, 2019

By João Domingos Guimarães de Athayde Junior, Luiz Fernando Andrade de Castro, Willian Facundes, Marlon José dos Anjos Silva

O aumento da demanda por aços com baixos teores de enxofre tem levado algumas indústrias siderúrgicas a estudar formas de otimizar o tratamento de dessulfuração no aço, visando reduzir o consumo de agentes dessulfurantes, o teor de enxofre e o tempo de tratamento no refino secundário. Neste trabalho, foi analisada a evolução do enxofre durante o tratamento de dessulfuração de duas classes de aço no forno panela, nas 30 corridas experimentais utilizou-se uma mistura micropulverizada contendo cal e fluorita. Após avaliação dos resultados e das condições termodinâmicas e cinéticas, foram desenvolvidas equações para cálculo da mistura a ser injetada em função do teor de enxofre inicial e objetivado. O uso da mistura proposta no processo resultou na redução de 1,1 kg/t de mistura micropulverizada, 0,22 kg/t de alumínio, 3,3 kWh/t de energia, 0,034 kg/t de eletrodo e 2 minutos de tratamento.

Oct 1, 2019