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By Anand Kumar Agrawal, Kinzel Klaus Peter, Lorenzo Micheletti, Cristiano Castagnola, Horst Kappes, Andre Oliveira, Björn Rösner, Philippe Bermes

Blast furnaces are widely employed today for iron production all around the world, with a total production of around 1.2 billion tons per year. Its operating principle, which relies on usage of coke to reduce the ore, to ensure the permeability in the reaction vessel, to maintain its flexibility of operation and acceptability for varying qualities of iron ores. The blast furnace route is widely considered as the most economic and efficient route of iron production, however it is based on fossil energy carriers. The blast furnace route has undergone significant developments in terms of energy efficiency in the last decades, which led to a substantial reduction in the use of fossil reduction materials. Being an energy intensive process, competitiveness and cost saving in the blast furnace plant was always strongly related to the saving of energy and hence reduction of CO2 emissions. In addition to this, EU emissions trading system (EU ETS) as a cornerstone of the EU's policy in response to climate change has set new “challenges” for iron production in Europe. Paul Wurth has always been deeply involved in the development of energy saving technologies for blast furnaces. In the following a review of energy saving achievements developed in the last decades will be presented and the potential of available CO2 saving technologies will be summarized. Additionally, an outlook about the potential of future technologies, concepts and their impact on the blast furnace and the steel plant’s energy balance will be discussed. Finally, the replacement of carbon by hydrogen as reduction agent in the steel plant will be reviewed, with special focus on a comparison of costs and incentives.

Oct 1, 2019

By Gustavo Henrique Bolognesi Donato

O projeto e a operação de estruturas que podem vir a conter trincas demandam estudos de integridade estrutural suportados por propriedades mecânicas à fadiga e à fratura advindas de ensaios experimentais (p. ex.: curvas J-R ou da/dN vs. ?K), sendo tais experimentos altamente dependentes da medição instantânea do tamanho da trinca. Essa medição em muitos casos é realizada com base na variação da flexibilidade com o crescimento do defeito. O objetivo do presente trabalho é validar experimentalmente soluções numéricas recentes de flexibilidade elástica que descrevem o tamanho instantâneo de uma trinca em corpos de prova de geometria C(T) e SE(B) incorporando efeitos tridimensionais. Ainda, objetiva comparar tais soluções com as disponíveis nas normas ASTM vigentes. Corpos de prova C(T) e SE(B) foram usinados conforme as referidas normas e testados em máquina universal de ensaios MTS 810.25. Na sequência, os dados obtidos foram convertidos em valores de flexibilidade normalizada (µ), determinando-se o tamanho de trinca (a) esperado com base nos referidos equacionamentos. As previsões de tamanho de trinca geradas foram comparadas com medições reais da profundidade de trinca obtidas de fractografias das amostras após separação final. No geral, tanto as soluções da ASTM como de Moreira (2014) foram consideradas acuradas e com erros máximos abaixo de ~ ±1,5%. No entanto, os resultados mostram equivalente aderência experimental das soluções disponíveis nas normas ASTM com as de Moreira (2014) para amostras C(T), mas melhor desempenho das propostas de Moreira para amostras SE(B) de variadas geometrias e profundidades de defeitos.

Aug 17, 2017

By Gustavo Henrique Bolognesi Donato

Frente ao crescente número de falhas por fadiga, o projeto considerando cargas cíclicas passou a ser uma fase natural da concepção e otimização de componentes, em especial de setores de responsabilidade, como aeronáutico, automobilístico e de óleo e gás. Em geral, as avaliações se baseiam em resultados de ensaios uniaxiais que empregam máquinas universais servo-controladas de tração-compressão ou tração-tração. Entretanto, embora precisos, tais equipamentos custam centenas de milhares de dólares, apresentam elevado custo operacional e de manutenção e exigem expressivo tempo para a realização dos ensaios. Como alternativas simples e baratas existem as máquinas do tipo flexão alternada (biela-manivela), as quais podem apresentar curvas de vida à fadiga comparáveis ao caso uniaxial se os campos de deformações e tensões nas amostras forem bem conhecidos. Dessa forma, buscando avançar nesse tópico e fazendo uso de refinados modelos não lineares de elementos finitos, este artigo apresenta uma metodologia de ensaios de flexão alternada controlada por deformação (curvas e-N), assim como uma análise crítica dos resultados experimentais. Foram ensaiados um aço SAE 1008 e um alumínio 1200 H14 e, além da geometria recomendada pela ASTM B593, uma nova geometria é proposta para menor dispersão dos resultados experimentais. A metodologia desenvolvida obteve sucesso na condução dos ensaios e a geometria proposta reduziu a dispersão dos resultados para o aço SAE 1008 que apresenta elevado encruamento. As curvas e-N obtidas, além de diretamente úteis para projetos mecânicos, apoiarão comparações futuras com resultados de fadiga uniaxial dos mesmos materiais.

Aug 17, 2017

By Bruno Vidal de Almeida

A campanha dos refratários à base de carbono aplicados como revestimento de trabalho de diversos equipamentos siderúrgicos depende da soma de diversos fatores como resistência à corrosão, resistência à oxidação do carbono, estabilidade termomecânica, entre outros. Durante a etapa de aquecimento inicial de revestimentos refratários novos ocorre a oxidação prematura do carbono presente no revestimento refratário, reduzindo a vida útil do revestimento precocemente. Para reduzir a oxidação precoce do carbono foi desenvolvido um novo coating cerâmico que atua como uma eficiente barreira física, reduzindo o contato do oxigênio da atmosfera de aquecimento com o carbono presente no refratário. O coating desenvolvido possui uma fase ligante com pega química ativada termicamente e possui como carga refratária um composto sílico-aluminoso com elevada estabilidade térmica. Os resultados laboratoriais de avaliação de desempenho revelaram que com a aplicação do novo coating desenvolvido reduz-se a oxidação prematura do carbono em até 77% e elevase a vida útil do revestimento em alguns casos em até 15%. O coating desenvolvido revelou possuir excelente desempenho quanto a proteção do refratário MgO-C contra a oxidação do carbono que ocorre durante a etapa de aquecimento de equipamentos com refratários novos, comprovando sua aplicabilidade em diversos equipamentos siderúrgicos que possuem revestimentos refratários à base de carbono.

Aug 17, 2017

By Thiago de Souza Amaral

Os aços de alta resistência microligados ao nióbio tem se demonstrado uma solução ótima na fabricação de aços para utilização em perfis estruturais utilizando os conceitos já desenvolvidos para a indústria de gás e óleo. O nióbio com seu efeito refinador de grãos, com redução da temperatura de transformação entre austenitaferrita, endurecimento por precipitação e retardamento da recristalização da austenita, usado em equilíbrio com titânio, manganês e silício e os novos processos de produção com resfriamento controlado torna possível a obtenção de aços com microestrutura bainítica, baixo carbono e alta resistência mecânica. Este trabalho demonstra os pontos de destaque referentes ao projeto de estruturas utilizando estes aços, bem como uma avaliação quanto ao processo de soldagem durante a fabricação das mesmas. É possível evidenciar que a estrutura final se torna ideal para aplicação em diversos ambientes devido a sua baixa temperatura de transição dúctil-frágil, produção de uma estrutura com cerca de 10% a menos em peso, 5% a menos em custo e com excelente soldabilidade.

Aug 17, 2017

By Hugo de León Carvalho Cedro

O presente trabalho tem como objetivo avaliar os efeitos da degradação da superfície de lentes de contato via métodos ópticos. Sendo biomateriais, as lentes estão em contato direto com estruturas sensíveis do corpo humano e seu uso surge da necessidade de reduzir enfermidades, propiciando melhora da acuidade visual e proteção ocular. Outro aspecto relevante é que as lentes se tornam uma nova estrutura refrativa de entrada da luz no globo ocular, e desse modo devem manter características de transmitância compatíveis com a córnea. Com o uso das lentes, é esperado uma degradação natural das propriedades ópticas e superficiais da mesma. Para avaliarmos essa degradação, foi planejado um experimento com um ensaio de degradação. O ensaio de degradação visa comparar o efeito de diferentes soluções simuladoras sobre a superfície das lentes tóricas: solução extrema de acetato de potássio 5% pH5, solução fisiológica usada pelo fabricante do tipo Boston Simplus multiação e solução de água ultrapura obtida de um dispositivo milli-Q (controle). O efeito da degradação foi analisado através do estudo das variações da topografia e da transmitância da lente.

Oct 30, 2017

By Jesse Paegle

Um grande esforço foi realizado por diversas empresas, visando à melhoria de nosso parque industrial e, nos últimos 10 anos, o nível de investimento no setor foi importante. Este cenário, fez com que novas tecnologias surgissem por aqui, facilitando ao corpo técnico avançar com soluções mais eficazes para carroçarias. A disponibilidade local de todos os estágios da cadeia produtiva, desde a matéria-prima, até a adequação das linhas de manufatura das montadoras, afasta o efeito da variação cambial. A ideia que ficou impregnada no mercado brasileiro, é que novos materiais e tecnologias são caros para nossa região. O que não é verdade. Estudos de caso realizados antes de 2005, incluíam no preço, taxas de câmbio e internação, pois consideravam o produto importado. Com a localização este custo extra reduz. Ações governamentais atuam, hora incentivando localizações, hora definindo objetivos de emissões e segurança. O programa INOVAR AUTO estabelece algumas metas importantes de emissões, percentual de localização e promove o P&D local. Todos estes ingredientes têm auxiliado no aumento da utilização de AHSS (Advanced High Strength Steel) nas estruturas veiculares. Usando os aços de alta resistência como base, temos um crescimento significativo. Em 2001 não passavam de 2% das carrocerias. Em 2008 chegaram a importantes 8%. Atualmente, estão próximo dos 15%.

Aug 17, 2017

By Alexander Schultz Rizek

O trabalho que será apresentado irá descrever o projeto realizado de atualização tecnológica do sistema de controle com controladores Automax instalado em um laminador de fio máquina de dois veios, a Acerías Paz del Río, da Votorantim Siderurgia na Colômbia. Este projeto consistiu na substituição do antigo sistema de controle com PLC’s Automax do laminador fio máquina de dois veios, mantendo-se parte do sistema antigo Automax convivendo com o novo sistema Contollogix. O novo PLC instalado para o controle do laminador foi o Rockwell ControlLogix, através do qual foi desenvolvido o controle principal do laminador, como: cascata de velocidade utilizando o fator R, que poderia ser ajustado do IHM (antes os ajustes eram feitos diretamente no rpm dos motores), controle de laços, controle das mesas de laço, as primeiras da Russula, produzidas e programadas em companhia com a Russula Itália exclusivamente para esse projeto, controle de tração, ciclos de posicionamentos manuais e automáticos, intertravamentos, etc.

Jul 30, 2018

By Jarinson Ribeiro Rodrigues

Os aços resistentes à abrasão da classe 450 HB foram desenvolvidos para operações em ambientes onde ocorre desgaste excessivo, sendo estes aços martensiticos de elevada dureza e uma difícil soldabilidade. Este trabalho propôs-se a otimizar os parâmetros de soldagem do processo FCAW (Flux Cored Arc Welding) através da análise do projeto de experimentos (Design of Experiments - DOE) utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta (Response Surface Methodology – RSM). Após a determinação dos parâmetros de soldagem ideais, foi realizado a caracterização mecânica e metalúrgica de uma junta soldada com estes parâmetros a fim de certificar-se das propriedades da junta com parâmetros de soldagem otimizados.

Aug 16, 2017

By Jean Igor Margem

Nestes dias materiais ecológicos como compósitos com fibras naturais em matriz polimérica estão chamando a atenção de pesquisadores científicos, devido ao seu bom desempenho na substituição de materiais como madeira, polímeros à base de petróleo e outros. Neste trabalho foram avaliadas as propriedades de tração de compósitos de matriz epóxi reforçados com diferentes espécimes de fibras lignocelulósicas. Compósitos reforçados com até 30% em volume de fibras longas, contínuas e alinhadas de malva, sisal e bambu foram testados em uma máquina Instron a temperatura ambiente. A fratura foi analisada por SEM. Os resultados mostraram alterações significativas nas propriedades mecânicas com a quantidade dessas fibras. Estas propriedades mecânicas foram comparados com outros resultados em compósitos testados em ensaio de tração. A análise da fratura revelou uma fraca interação da interface fibra / matriz, o que poderia ser responsável por um maior desempenho de algumas propriedades.

Aug 17, 2017

By Leonardo Matsumota

Este trabalho aborda um estudo de caso sobre a transferência do conhecimento siderúrgico de colaboradores da empresa para o sistema que realiza o controle de produção da Usina de Cubatão. Este processo de transferência foi realizado em etapas até a implantação do sistema que registra os principais eventos realizados pelas máquinas operacionais. Estes registros são armazenados em banco de dados e com o uso de ferramentas, podem ser apresentados em relatórios e gráficos. Com isso, a empresa possui um sistema de produção muito confiável, por ter condição de analisar e diagnosticar cada etapa do processo de produção e acompanhar com precisão as falhas e acertos operacionais. Quando há estabilidade no processo e todos os eventos acontecem de acordo com a condição normal de operação, o sistema possibilita um controle aprimorado no consumo de gás e da produtividade. O método utilizado é baseado em um projeto de experimentos que examina a influência dos principais parâmetros de controle no processo de produção industrial.

Jul 30, 2018

By Betânia Mendes Sena

Neste trabalho é apresentada a influência de diferentes processos de tratamentos térmicos sobre as microestruturas e propriedades mecânicas resultantes em tubos de um aço sem costura do tipo API 5L. Após tratamentos térmicos, o material foi estudado em três condições diferentes: apenas laminado, normalizado e temperado e revenido, objetivando obter os graus X42R, X42N e X70Q, respectivamente. Ensaios de tração, dureza e impacto foram utilizados para caracterizar o comportamento mecânico dos diferentes graus do aço. Técnicas de microscopia eletrônica de varredura foram utilizadas para caracterizar as microestruturas resultantes dos tratamentos térmicos e as fractografias dos corpos de prova de tração e impacto. Os resultados mostram que tubos de aço sem costura do tipo API 5L não precisam ser de graus tão elevados quanto os tubos soldados, pois graus intermediários relativos aos tubos sem costura possuem propriedades mecânicas similares aos elevados graus de aço relativos aos tubos soldados, o que evidencia a vantagem da rota de fabricação de tubos sem costura.

Aug 17, 2017

By Vagner Silva Guilherme

Na busca de novas tecnologias para o processo de sinterização de minério de ferro, a recirculação dos gases de saída do processo podem proporcionar algumas vantagens em relação ao processo convencional. Para tal estudo, foi utilizado um modelo multi-fásico de sinterização para a avaliação da recirculação dos gases de saída do processo. Foram analisados cinco casos de recirculação dos gases de saída, do processo de sinterização, visando, sempre uma operação estável do processo. Os resultados de simulação indicam alargamento da frente de combustão com a recirculação dos gases de saída e a possibilidade da redução do consumo do combustível sólido. Como resultado, houve aumento da fração de cálcio-silicatos, proporcionando melhoria da redutibilidade do sínter, além da redução da emissão de CO2 e PCDD/Fs na máquina de sínter.

Aug 1, 2018

By Renato Ferreira Lima e Corrêa Pereira

Na manufatura de produtos metálicos, o forjamento é o processo de transformação a quente de materiais dúcteis, como aços e ligas, através de conformação mecânica efetuada com esforço de compressão por uma prensa, de modo que eles assumam os formatos desejados. Este processo normalmente é utilizado para produzir peças de formas complexas e com uma maior precisão dimensional de acordo com a especificidade exigida pelo cliente final. Para obter resultados de qualidade, foi necessária a implantação de técnicas de medição indireta de última geração, que proporcionam ganho de tempo e a redução de desperdício de energia e material, além de aumentar a segurança, reduzindo a presença de pessoas próximas aos materiais para medições manuais. O presente trabalho trata da criação de um sistema de visão que, por meio de análise de imagem, é capaz de coletar a medida do perfil de barras em uma Forjaria em tempo real, podendo ser utilizado durante a operação da prensa, para garantir que o material está em conformidade com o especificado. A execução do sistema em produção aponta que as medidas realizadas apresentam desvio máximo de 2mm em relação àquelas realizadas pelos operadores.

Jul 30, 2018

By Jean Igor Margem

Materiais sustentáveis estão sendo investigados para substituir os materiais sintéticos, os compósitos com matriz polimérica têm sido aplicados em componentes, tais como capacetes e blindagem para os quais a resistência em um requisito importante. O presente trabalho avalia a classificação energética de impacto Charpy e Izod da matriz de epóxi compósitos DGEBA / TETA, reforçado com até 30% em volume de fibras de malva contínuas e alinhadas (Urena Lobata, L). Os testes de impacto foram realizados em amostras padronizadas em matriz de epoxi obtidas por aplicação de pressão em molde com cura a temperatura ambiente por 24 horas. Os resultados mostraram aumento significativo da energia de impacto com a fracção de fibras incorporadas de malva. A superfície de fratura foi analisada por microscopia eletrônica de varredura, SEM. O desempenho das amostras incorporados com 30% de fibras, sofreu apenas ruptura parcial devido a dificuldades impostas ao quebrar-se as fibras, e, consequentemente, a natureza dos quais fendas tendem a propagar na interface entre a matriz de fibra / resina epóxi, o que ajuda a absorver a energia do impacto.

Aug 17, 2017

By Haysler Apolinário Amoroso Lima, Francisco Pereira Netto, Vladnilson Peter de Souza Ramos, Bruno Nery Stoco, Gilvan Nascimento de Souza

Em um mercado dominado por tijolos de Al2O3-MgO-C, o revestimento de trabalho de panela de aço monolítico e CarbonFree se apresenta como uma tecnologia disruptiva para um novo patamar de qualidade do aço e eficiência energética. O presente estudo relata a motivação para a implementação do primeiro fundo de panela de aço com revestimento monolítico concretado in situ no Brasil, e apresenta uma análise preliminar dos resultados e vantagens observadas. Uma panela da Ternium Brasil foi revestida com refratários de Al2O3-MgO, e colocada em operação sem nenhuma necessidade de ajuste na operação da aciaria. A partir dos dados de processo e das medições a laser, calculou-se o desgaste do revestimento, bem como verificou-se a garantia de qualidade nos aços IF (interstitial free) e a maior preservação na temperatura do aço durante o refino secundário.

Oct 1, 2019

By Anderson Azevedo Agra

O Pó de Aciaria Elétrica (PAE) é um resíduo sólido gerado durante a fabricação de aços em usinas com Forno Elétrico a Arco (FEA). Esse resíduo contem quantidades apreciáveis de metais, tais como ferro e zinco, tornando sua reciclagem interessante não só do ponto de vista ambiental como econômico. Assim, esse trabalho teve como objetivo avaliar a autorredução de misturas de pó de aciaria elétrica e coque verde de petróleo (CVP). Para isso, misturas e pelotas de PAE:CVP, com variados teores de redutor, foram submetidas a ensaios de autorredução em termobalança e, na forma de pelotas autorredutoras, numa retorta aquecida em forno elétrico vertical. A redução das amostras foi analisada a partir da perda de massa das misturas. Além disso, a redução das pelotas autorredutoras foi observada através de análises de difração de raios X. Nestas análises foi possível verificar decomposição da Franklinita e a redução dos óxidos de Ferro e Zinco.

Aug 17, 2017

By Juan Marcelo Rojas Arango

O refino de grão da estrutura bruta de solidificação da liga Cu-8%Sn com a adição de Zr foi estudado através da análise térmica e da observação da macro e microestrutura. Os resultados macro e microestruturais mostram que a adição de Zr causa a diminuição do tamanho médio de grão em até 90%. A diminuição do super-resfriamento da recalescência e do período da recalescência, medidos nas curvas de resfriamento, estão correlacionados com a diminuição do tamanho médio de grão causado pela crescente adição de Zr, indicando uma possibilidade de controle do tamanho de grão a partir da análise térmica. A análise da microestrutura das amostras em conjunto com a técnica de extração de precipitados por réplica mostra evidências de que o mecanismo de inoculação é a nucleação heterogênea da fase Cu-a sobre as partículas de ZrC formadas no banho líquido a partir das adições de Zr.

Aug 17, 2017

By Gabriel Mendes de Almeida Carvalho

O processo de soldagem de pontos por resistência elétrica é uma técnica econômica e adequada para a união de chapas, pela alta velocidade e adaptabilidade, torna-se um método amplamente difundido para a produção em massa. É utilizado principalmente em carrocerias de automóveis por apresentar elevada eficiência e qualidade. Este artigo analisa as diferenças apresentadas nas microestruturas de pontos de solda produzidos através do controle da refrigeração do eletrodo. Para garantir a qualidade de uma junta soldada e aumentar a vida útil do eletrodo é importante que os parâmetros empregados na soldagem sejam bem ajustados, para que o ponto de solda também apresente características que irão garantir uma boa performance do produto final. O objetivo deste trabalho é fazer a comparação da qualidade dos pontos de solda produzidos, além de avaliar a estrutura formada em diferentes temperaturas do eletrodo no momento da soldagem.

Aug 17, 2017

By Guilherme Vieira Braga Lemos

Uma superliga a base de Níquel, popularmente conhecida como Inconel 625®, foi estudada no presente trabalho. A Soldagem por Fricção e Mistura Mecânica (SFMM) aplicada a liga 625 foi realizada com velocidades de rotação da ferramenta entre 1200 a 200 rpm e velocidade de soldagem entre 1 e 1,5mm/s. O aporte térmico foi calculado como função dos parâmetros de soldagem empregados. Adicionalmente, análises metalográficas e de microdureza foram realizadas na seção transversal das juntas soldadas. A aplicação da soldagem no estado sólido foi efetiva e resultou em maiores valores de microdureza todas as juntas soldadas. Por outro lado, um aumento na velocidade de rotação causou um aumento do aporte térmico.

Aug 17, 2017