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By Cameron Soltys, Hamid Ghorbani, Maher Al-Dojayli

Cooling staves in blast furnaces are used to minimize the process heat loads on steel shell and refractory system. Copper staves are exposed to significant fluctuating thermal loads which may lead to premature stave failures due to cracks, water leakage, bending, abrasion and resultant wear. In this paper, an assessment methodology is presented to evaluate the effect of thermal cycling on copper staves including bending, fatigue and thermal ratcheting. This approach incorporates temperature-dependent copper properties including creep and plasticity to more accurately capture inelastic deformations, damage and fatigue in staves under transient and cyclic thermal loading conditions. Root cause failure assessment and improvements to copper stave design can be assessed using the presented methodology.

Oct 1, 2019

By Letícia dos Reis Gonçales

A liga AZ91D apresenta 9%pAl e 1%pZn e pode ser submetida a tratamento térmico de solubilização seguido de envelhecimento para melhoria de propriedades mecânicas por meio de precipitação da fase beta-Mg17Al12. Esta fase, porém, pode ter efeitos distintos sobre o comportamento de corrosão da liga. Buscando estudar a influência do tamanho de grão da matriz alfa e a presença de precipitados beta sobre a resistência à corrosão da liga AZ91D, este trabalho utilizou lingotes com estrutura bruta de fusão na obtenção de amostras solubilizadas, laminadas a frio e então envelhecidas, para subsequente análise microestrutural e do comportamento de corrosão. A solubilização ocorreu a 445ºC por 24h e foi efetiva em dissolver quase completamente a fase beta. A laminação levou a uma redução de 20% da espessura das amostras e de 400 para 130 µm o tamanho de grão médio, após envelhecimento. O envelhecimento feito a 200ºC em 2 e 24h permitiu a precipitação de fase beta em maior quantidade e melhor distribuição por contornos de grão em relação às amostras fundidas ou solubilizadas. Ensaios de imersão foram realizados, apontando uma leve queda na taxa média de corrosão quando se lamina a amostra, enquanto as amostras solubilizadas (sem fase beta) mostraram maior susceptibilidade à corrosão. Assim, é possível indicar que o refinamento de grãos é benéfico ao formar uma rede de proteção em ligas de magnésio AZ91D, apesar de introduzir defeitos gerados pela laminação.

Aug 17, 2017

By Everton Azola de Mattos

Na operação da Anglo American localizada em Barro Alto, utiliza-se 2 (dois) Fornos Rotativos no processo de fabricação de ferroníquel. Esses fornos possuem 6,2m de diâmetro e 185m de comprimento, no qual é necessário o monitoramento de temperatura (20) e vazão (4) ao longo do forno. Originalmente essas medições eram realizadas através de 2 PLC’s embarcados nos fornos, no qual recebiam as medições via cabos em bandejamentos. Esses PLC’s se comunicavam via rádio modem com os PLC’s principais dos Fornos. Durante a operação encontramos diversas dificuldades de manutenção e confiabilidade, já que os fornos operam em regime de 24h por dia e 7 dias por semana. Por várias vezes alguns cabos se danificavam devida a alta temperatura dos fornos, as bandejas que se desprendiam, falhas de cartões dos PLC’s, etc. Com isso as medições eram interrompidas. Para solucionar esse problema, foi desenvolvido um sistema de Instrumentação Wireless. Esse sistema basicamente é a instalação de instrumentos com a tecnologia WirelessHart no qual os instrumentos não possuem alimentação por cabos e sim por baterias e a comunicação é feita via sinal wireless. Esses instrumentos apresentam alta confiabilidade nas medições no qual foi possível retirar toda a infraestrutura antiga e garantir continuidade/confiabilidade nas medições.

Oct 30, 2017

By Marcio José Cuccolo Rosales

A soldagem por brasagem a vácuo promove a união de materiais dissimilares com alto valor agregado. Este trabalho visa estudar a interação química do nitreto de boro hexagonal (h-BN) na interface de ligação brasada do par Kovar®/h-BN. As variáveis de processo são determinantes para formação da junta brasada metalurgicamente estável. O trabalho estuda a molhabilidade do h-BN quando em contato com ligas de adição do sistema eutético Ag-Cu durante a solidificação. Foram conduzidos ensaios no h-BN a fim de caracterizar sua aplicação no sensor de posição do feixe de elétrons (BPM) do projeto do Sirius, e as propriedades que influenciam o seu processamento durante a brasagem, como coeficiente de expansão térmica e molhabilidade superficial. Os ensaios de brasagem com a liga Ag-Cu-4,5Ti, mostraram boa molhabilidade e espalhamento na superfície, favorecendo a formação da junta sem descontinuidades. As reações na interface são complexas no sentido de formação de novas fases e intermetálicos e, influenciadas pela seleção dos materiais, que possuem diferentes temperaturas de fusão e coeficientes de expansão térmica. Os resultados indicam que a seleção da liga com Ti, que é o elemento de ativação, promove a interação na superfície do h-BN com os demais materiais da junta.

Oct 30, 2017

By Angela Lorena Cardenas Manosalva

Este trabalho investigou o efeito do hidrogênio nas propriedades do aço 2,25Cr-1Mo-0,25V. As amostras foram envelhecidas a 600°C por 100h e 600h. Uma parte dos corpos de prova foi deixada somente na condição envelhecida e conduzidas ao ensaio de tração. Outras partes dos corpos de prova foram carregados com hidrogênio, sob tensão elástica e sem tensão aplicada, antes de serem conduzidos ao ensaio de tração. Análises microestrutural e fractografias foram realizadas via microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os corpos de prova envelhecidos por 600h não apresentaram significante diferença entre as tensões de escoamento e máxima, entre os corpos de prova carreagados com hidrogênio e não carregados (envelhecidos). Os corpos de prova envelhecidos por 100h e carregados com hidrogênio, no entanto, apresentaram uma queda nas tensões de escoamento e máxima quando comparadas com os corpos de prova somente envelhecidos.

Oct 30, 2017

By Ivo Filipovic

The steel melting process in an Electric Arc Furnace is a complex set of tasks, coping with highly dangerous hazards as fire, explosions, uncontrolled reactions, hot metal projections and gas or dust emissions. Melt shops are dangerous working areas for operators, recording statistics with a high frequency of injuries. In the past years, without dedicated safety equipment, there wasn't a real attitude to the risk prevention. The paper describes the available technological packages to eliminate the manned activities on the melting floor, with the aim to prevent accidents and keep furnace operators safe. The technological packages suite extends the automatic control of the EAF melting process to all the operations from charging phase to tapping. Plus, the integration of the most frequent operations by automated specialized tools effectively minimizes power-off times, enhancing reliability and improving the transformation costs.

Aug 17, 2017

By Claudio Fabbro

The increasing demand of wire rod high carbon grades for both small and large sizes are challenging the wire rod producers to enhance new technologies by combining high plant productivity and efficiency of superior quality finished products with extreme process flexibility. The possibility to change process route according to the final application of the rolled steel grade and to simplify production planning is one of the most important keys to success that distinguishes the mill plants developed by Danieli. This paper will focus on the most important metallurgical and process targets and on the in-line heat treatment technologies representing the core of Danieli know-how on high carbon grades production.

Jul 30, 2018

By Sander Mul, Michael Brandner, Armin Paar

Graphitic HSS roll grades such as ESW’s brand VANIMO can be considered as the latest developments for the last finishing stands in hot strip mills. These roll grades are developed on the basis of the alloying concept of (Carbide Enhanced) Indefinite Chill work roll materials. During the development of VANIMO, the amounts and types of carbide forming elements were increased and adjusted into the direction of cast HSS roll grades. The microstructure of graphitic HSS roll grades therefore consists of tempered martensite, cementite and several different carbide types as well as a well-defined amount of free graphite. The main purpose of graphitic HSS roll grades is to combine the high surface quality of Indefinite Chill alloys as well as the high wear resistance of HSS roll grades. Several systematic steps were taken to increase the wear performance from Carbide-Enhanced Indefinite Chill grades to the more advanced VANIC grade and further on to the highest alloyed roll grade VANIMO. In every development step, the surface quality of the roll grades was carefully monitored. The decision to invest in new testing equipment at ESW’s plant was driven by the wish to see microstructural effects of different alloys in a macroscopic dimension. Usually samples are taken from cast rolls and investigation is done in comparably small areas compared to the total surface of a roll. Rolling of strip is done with the entire barrel, so effects of alloy and microstructure can appear anywhere on the barrel surface. To ensure better understanding and deeper knowledge about influences of alloying trials we decided to install the last version of LRI (Lismar Roll Inspection). LRI includes the latest technology of Eddy Current with an enormous resolution. Depending on the formation of carbide precipitations, carbide network as well as matrix and free graphite, the EC test can detect smallest differences. The possibility to analyze the different results of EC and UT surface wave inspection will be discussed. A few examples of surface effects in the mill application will be discussed and improvement strategies explained.

Oct 1, 2019

By Getúlio da Silva Abreu

O objetivo geral deste trabalho foi produzir e caracterizar as propriedades mecânicas de um compósito abrasivo nanoestruturado no sistema D-Si, via sinterização cíclica de alta pressão e alta temperatura (APAT). A sinterização cíclica em alta pressão e alta temperatura de compósitos foi feita a partir de uma mistura de 70% diamante e 30% de Si como ligante, e com 1 a 4 ciclos de pressão (P) de 7GPa-4GPa e temperatura (T) 1600°C-300°C, para um tempo (t) de 1min. O aumento do número de ciclos gerou razoável elevação na microdureza e densidade das amostras. Os valores médios de tenacidade à fratura ficaram entre 8,86 e 9,43 MPa.m1/2. No ensaio de desgaste o aumento do número de ciclos diminuiu a perda de massa das amostras no disco de granito. As curvas termogravimétricas apresentaram uma boa estabilidade térmica dos compósitos até a temperatura de 660ºC. Finalmente, por meio deste trabalho será possível melhorar a produção de futuros compósitos abrasivos no sistema D-Si.

Aug 16, 2017

By Nicolás Ariel Zabala

During the make-up and break-out of the connections, threaded joints are exposed to intense mechanical and tribological solicitations. The connection performance is influenced by its geometry, material properties, surface treatments and thread compound. The aim of this work is to evaluate and characterize the tribological behavior of different thread compounds applied on manganese phosphated carbon steel under low speed and high pressure sliding contact. Four thread compounds were evaluated: one containing lead, zinc and graphite; other lead-free, containing copper and finally, the last two lead-free and containing non-metallic solids. The tribological behavior was analyzed by a block-on-ring tribotest. During the test, load varied linearly between 250 N and 7000 N; loading and unloading lasted 14 sec and were performed in opposite directions of rotation to simulate the make-up and break-out operations. Friction force and load as a function of time were registered. Upon completion of the test, wear surfaces were analyzed by SEM, optical microscopy and energy dispersive spectroscopy. The obtained results show that the lead and zinc containing thread compound displayed the best behavior, showing a wear reduction of approximately 20%. These results are in line with previously known oilfield experience. Average COF values around 0.15 were measured and no significant differences between dopes were observed; indicating that the wear behavior was influenced by the additive package.

Jul 31, 2018

By Carlos Alexandre Cavalcante de Sousa

A energia elétrica é uma das formas de energia mais utilizadas pela sociedade. Com a modernização dos meios de produção e o aumento populacional, a sua demanda cresce cada vez mais. Por este motivo, existe uma grande necessidade de fazer o transporte dessa energia de forma eficiente. O desenvolvimento de novos materiais para serem utilizados como cabos de transmissão e distribuição é de suma importância. O presente trabalho visa estudar a liga de alumínio Al-0,05%Cu-0,40%Fe-0,30%Si-0,22%Zr para transmissão de energia elétrica. A liga foi obtida por fundição direta em lingoteira metálica em formato de "U". As pernas correspondentes ao perfil foram seccionadas, usinadas e separadas em dois grupos, o primeiro sem tratamento térmico e o segundo com tratamento térmico. Após esta etapa os corpos de prova foram submetidas ao processo de laminação a frio para os diâmetros de [2,7; 3,0; 3,8 e 4,0] mm e encaminhados para a caracterização elétrica e mecânica. Verifica-se que o tratamento térmico de 150ºC/2h melhorou a condutividade elétrica para o diâmetro de 3,0 mm. Após a aplicação dos testes de termorresistividade para o diâmetro de 3,0 mm, constata-se que para ambas as orientações, tanto a liga sem quanto com tratamento térmico se enquadram como termorresistentes..

Oct 30, 2017

By Amanda Coutinho Campanatti

O objetivo desse trabalho é caracterizar o processo de delaminação, tanto em Modo I como em Modo II, de abertura de trinca. A densidade e porcentagem de fibra do compósito carbono-epóxi foram calculadas para caracterizar o compósito. O inserto, para simular o início da trinca, foi feito no processo de fabricação dos compósitos a fim de manter sua integridade. Pelo mesmo motivo o corte foi feito a jato d’água. Para caracterização da delaminação foram feitos ensaios de DCB (Double-cantilever Beam) e ENF (End-notched Flexure), segundo as normas ASTM D5528 e ASTM D790-10, sendo ambos realizados na máquina universal de ensaio MTS, capacidade de 250 kN. A fractografia em Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) foi feita a fim de identificar os mecanismos de dano durante a propagação da trinca. Foi possível concluir a fabricação do compósito, bem como do inserto, é viável. Porém, houve aparecimento de bolhas, por causa da baixa pressão da bomba a vácuo. O corte a jato d’água manteve a integridade do compósito. A rigidez alta do compósito pode ser comprovada por meio das propriedades mecânicas obtidas pelo ensaio de tração. Os valores de GIC e GIIC estão dentro do esperado pela literatura, sendo GIIC maior que GIC por causa da presença de um capo de compressão no ensaio em modo II, enquanto que em modo I é abertura pura por tração.

Aug 7, 2018

By Hugo Montalvão Gontijo

O complexo de extração, beneficiamento e transporte de minério de ferro denominado Minas-Rio, de propriedade da Anglo American, consome na moagem primária uma grande quantidade de corpos moedores (bolas metálicas). Recentemente, foi desenvolvido em 4 etapas um trabalho para automatizar a reposição dos corpos moedores e estabilizar o grau de enchimento do moinho. Na etapa A, com a reposição sendo realizada com auxílio de um operador. Na etapa B, com a reposição sendo realizada automaticamente de acordo com uma taxa de reposição predefinida. Nas etapas C e D, com a taxa de reposição sendo alterada por meio do sistema de controle avançado OCS-4D©, considerando a potência do moinho como indicação indireta do grau de enchimento. É possível verificar após a implementação das modificações uma maior estabilidade da potência e consequentemente maior estabilidade do grau de enchimento.

Oct 30, 2017

By Thais da Silva Rocha

O objetivo deste trabalho é avaliar a reatividade de um metacaulim comercial a partir da análise de sua cristalinidade. Um tratamento térmico é proposto a fim de tornar o material mais amorfo e para isso o metacaulim comercial já calcinado foi submetido a três tempos e temperaturas de queima em forno mufla (700°C em 1h, 600°C em 2h e 500°C em 1h). Após a queima o tratamento térmico que alcançou o melhor resultado foi o de 600°C em 2 horas, apresentando quase que somente picos cristalinos de quartzo nas análises de DRX. Para avaliar a influência do amorfismo na resistência mecânica de argamassas geopoliméricas foram moldados corpos de prova cilíndricos de Ø 50x100 mm com o metacaulim comercial como referência e com os metacaulins calcinados. Todas as argamassas foram feitas com a mesma dosagem e ensaiadas com 24 horas após a moldagem. O aumento de resistência à compressão chegou a 53% com o metacaulim queimado a 600°C, mostrando que assim como acontece com argamassas de cimento Portland a calcinação completa é um fator crucial para o ganho de resistência mecânica em argamassas geopoliméricas.

Oct 30, 2017

By Loyslene Rabelo Fernandes, Tom Depover, Dagoberto Brandão Santos, Davi Silva Alves, Kim Verbeken, Lisa Claeys

Os aços inoxidáveis duplex (AID) possuem boas propriedades mecânicas da ferrita com a resistência a corrosão da austenita. São bastante empregados na indústria petroquímica, de papéis e nuclear. Porém, são suscetíveis à fragilização por hidrogênio (H2). Amostras de AID 2205 foram recebidas na condição de recozimento de homogeneização (1100ºC por 300 s e resfriamento em água). Em seguida, foram laminadas a frio e recozidas a 1100ºC por 2 h e a 850ºC por 24 h. Foram então carregadas com H2. Análises de extração por fusão foram aplicadas para quantificar o hidrogênio no aço. Testes de tração in situ com carregamento de H2 simultâneo foram usados para avaliar a fragilização provocado por esse elemento. Completando as análises de H2, foram construídos espectros de dessorção térmica. A microestrutura foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura, difração de elétrons retroespalhados (EBSD), difração de raios-x e microscopia eletrônica de transmissão. Na condição envelhecida o foram identificadas as fases sigma, chi e carboneto. O AID apresentou uma redução de ductilidade considerável, alcançando 5% de alongamento já no estado envelhecido. O carregamento de hidrogênio não alterou essa condição. A extração por fusão revelou um teor de hidrogênio na microestrutura de até 50 wppm para a condição recozida, enquanto para a amostra envelhecida foi de 10 wppm. Apesar da alta fração volumétrica de fases intermetálicas e carregamento com H2, as superfícies de fratura foram caracterizadas como microcavidades e intergranulares.

Oct 16, 2019

By Paulo Sérgio Moreira, Geraldo Lúcio de Faria, Rhelman Rossano Urzêdo Queiróz, Amanda Aparecida Fátima Arruda, Ana Cecília de Carvalho

O aço inoxidável ferrítico 410D (UNS S41003) é um aço relativamente novo e ainda em desenvolvimento no mercado Brasileiro. Ele tem sido posicionado como um candidato a substituir aços baixo carbono comuns e aços patináveis em algumas aplicações onde existam exigências no que diz respeito à resistência do material à oxidação e à corrosão. Entretanto, ainda existem algumas lacunas de conhecimento a respeito do seu comportamento mecânico que permitam avaliar a viabilidade de sua aplicação em condições agressivas de trabalho, como por exemplo em temperaturas relativamente elevadas. Partes estruturais de caldeiras, tubulações para condução de vapores e gases quentes, entre outros, são exemplos em potencial para aplicação do aço 410D. Nesse contexto, o presente trabalho avaliou o comportamento do referido aço quando submetido a ensaios de tração a quente nas temperaturas de 300°C e 600°, comparando-se os resultados obtidos com o seu desempenho à temperatura ambiente. Concluiu-se que o aço inoxidável 410D é susceptível ao fenômeno de envelhecimento dinâmico na temperatura de 300°C, tendo sua capacidade de deformação plástica significativamente diminuída. A 600°C observou-se uma diminuição de 45% no seu limite de escoamento e um aumento de 7% no alongamento total em relação à temperatura ambiente.

Oct 8, 2019

By Brunno Spinelli Pimentel

Ambientes contendo H2S e CO2 impõem condições severas a componentes fabricados em aços, já que estes podem sofrer corrosão com perda de propriedades mecânicas e falha das instalações. Uma preocupação é a quantificação dos fenômenos envolvendo difusão do hidrogênio atômico, o qual (seja pelo gás H2 em interfaces ou pela interação com ligações atômicas ou discordâncias) pode causar redução nas energias superficiais de fraturamento prejudicando ductilidade e tenacidade. Neste cenário, este trabalho investiga a fragilização por hidrogênio em um aço microligado API 5L X65 sour obtido de um tubo de diâmetro externo 32” e espessura de parede 20,6 mm fabricado pelo processo UOE. Amostras longitudinais e transversais de tração (ASTM E8/E8M) foram extraídas e imersas em solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284-2011, fazendo-se purga com N2 e injeções de H2S. Os tempos de imersão foram de 0, 96 e 360 horas, sendo os ensaios de tração realizados após doze dias do término da imersão. Os resultados não revelaram efeito estatisticamente relevante na resistência mecânica, na evolução tensão-deformação e tampouco no módulo de tenacidade. Entretanto, foi observado maior espalhamento dos resultados advindos de amostras submetidas a H2S. Esse comportamento sugere que o hidrogênio influenciou no micromecanismo local de fraturamento, mas com inexpressivo comprometimento das propriedades monotônicas macroscópicas. Tal desempenho pode ser fruto da microestrutura com grãos refinados e do baixo nível de inclusões encontrado, indicando poucos e uniformes sítios de ancoramento de hidrogênio irreversível.

Aug 8, 2018

By Humberto Tronconi Coelho

The use of friction dampers are wide proposed for a variety of mechanical systems for which it is not possible to apply viscoelastic materials, fluid based dampers or others viscous dampers. An important example is the application of friction dampers in aircraft engines to reduce the blades vibration amplitudes. In most cases, friction dampers have been studied in a passive way, however, a significant improvement can be achieved by controlling the normal force in the contact region. The aim of this paper is to study four control strategies for friction dampers based on three different hysteresis cycles. The first control strategy maximizes the energy removal in each harmonic oscillation cycle, by calculating the optimum normal force based on the last displacement peak. The second control strategy combines the first one with the maximum energy removal strategy used in the smart spring devices. Finally, is presented the strategy which homogenously modulates the friction force. Numerical studies were performed with these four strategies defining the performance metrics. The best control strategy was applied experimentally. The experimental test rig was fully identified and its parameters were used for numerical simulations. The obtained results have shown the good performance for the friction damper and selected strategy, also, the agreement between numerical and experimental results.

Jul 31, 2018

By Steven G. Jansto

Nearly one third of the globally produced structural flat and long structural products are in the 0.11 to 0.16% carbon range. By definition, numerous steelmakers globally define this approximate carbon range as peritectic in their melting grade family within their organization. The metallurgical consequence is the result of numerous global structural specifications which allow carbon to wide carbon ranges resulting in quality issues. For example, such specifications as ASTM A588 set no minimum carbon and a 0.15 to 0.19%C maximum depending on the specific grade designated within the specification. This peritectic region is specifically challenging in production compared to less than 0.10%C because of solidification issues and a higher propensity for slab or billet cracking during continuous casting. During hot rolling, rejects and/or deviates are increased as well. The relative steelmaking operational cost of production is compared between peritectic and non-peritectic carbon compositions for a given specification.

Aug 17, 2017

By Lukas Pichler

The market trend of advanced high strength steel (AHSS) with demand for higher strength products is increasing continuously. The inline cooling technologies have established as the most powerful metallurgical tool to achieve these demands. However, the cooling capabilities of existing hot strip mills, plate and Steckel mills are often not adequate to generate high cooling rates and the cooling accuracy required for the production of AHSS. Hence there have been many developments for an intensive, highly flexible accurate homogeneous cooling technology. Considering the wide variety of strip and plate geometry, Primetals Technologies have developed Power Cooling Technology for strip and introduced MULPIC®4 Technology for the plate production. In this paper we shall discuss these enhanced technologies that provide the inline cooling requirement with examples from the recently commissioned machines.

Aug 17, 2017