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By Sidiney Nascimento Silva

O trabalho descreve os principais resultados dos testes industriais realizados na Usina Presidente Vargas, CSN, Brasil, envolvendo a adição de um catalisador à mistura de carvões, em termos da qualidade do coque e do processo da coqueria. O catalisador em questão é o produto Thermact, que possui partículas nanométricas em sua composição, fornecido pela empresa Abhitech Energycon Limited, Índia. O catalisador foi dosado e adicionado à mistura de carvões via correia transportadora, na proporção, em peso, de 1kg de catalisador para 4.000kg da mistura de carvões. Os resultados dos testes realizados nas Baterias # 1, 4A, 4B e 5 com a adição de um catalisador à mistura de carvões, sinalizaram a viabilidade técnica e financeira da sua aplicação no processo da coqueria. Os principais benefícios decorrentes da adição do catalisador foram: i) aumento potencial da capacidade de produção de coque ao redor de 10% ou, alternativamente, melhoria da qualidade do coque - aumento de 1,4% do valor médio do índice de resistência mecânica a frio do coque, DI150/15, mantendo-se o tempo total padronizado do processo de coqueificação, visando à preservação das Baterias, ou ainda, a utilização de uma mistura de carvões de menor custo, sem prejuízos ao atendimento à especificação do coque para os Altos-Fornos; b) aumento da geração e redução do consumo de gás de coqueria, GCO; iii) aumento na produção de BTX (Benzeno, Tolueno, Xileno) e redução da produção de alcatrão na Planta de Carboquímicos; iv) limpeza do sistema “PROven”, “goosenecks”, tubos de ascensão e paredes dos fornos, sinalizando a sua viabilidade técnica e econômica.

Aug 1, 2018

By Nilson Nedes de Paula

Este trabalho visa apresentar os resultados de um estudo de correlação envolvendo concentração magnética nas escalas bancada-piloto e piloto-industrial. Os testes que sustentam este estudo foram realizados no CPT (Centro de Pesquisas Tecnológicas da Vale). A correlação entre as escalas piloto-industrial tende a ser direta, uma vez que, concentradores magnéticos piloto possuem os mesmos mecanismos de atuação de um industrial. Por outro lado, entende-se que a correlação entre as escalas bancada-piloto não seja tão direta assim, necessitando de um entendimento/conhecimento maior para descrevê-la. Aproveitou-se este trabalho também para estudar uma forma de melhorar o modelo atual utilizado pelo CPT em interpretações mineralógicas voltadas para concentração magnética. A metodologia deste trabalho foi dividida em seis etapas distintas: escolha das amostras, amostragem industrial, caracterização das amostras, interpretação mineralógica, testes piloto, testes de bancada e análise de correlação. Em relação aos resultados, este trabalho confirma a interpretação mineralógica como uma boa ferramenta para estimar recuperação mássica e qualidade de concentrado em processos de concentração magnética, e que modelo utilizado atualmente pelo CPT apresenta melhores resultados em relação à modificação proposta neste trabalho. Os testes piloto apresentam resultados praticamente idênticos aos resultados da industrial, confirmando que a correlação entre as escalas piloto-industrial é direta. Por fim, este trabalho confirma que é possível correlacionar os resultados de bancada com os resultados da piloto. Os gráficos de correlação apresentam R2 superior a 0.77, podendo se basear na utilização de equações de regressão para estimar resultados piloto, a partir dos resultados de bancada. Entretanto, entende-se que é necessário realizar teste complementares, uma vez que, o espaço amostral (número de amostras estudadas) foi pequeno.

Aug 1, 2018

By Fabiana Fonseca de Morais

A sinterização é um dos mais importantes e mais antigos processos de aglomeração da indústria metalúrgica. Entender a realidade atual do processo de sinterização e as qualidades requeridas para o sínter é primeiro passo para o desenvolvimento de equipamentos ou processo. Este trabalho visa entender o impacto das diferentes características de minério e resíduos empregados em uma sinterização, seu comportamento na qualidade do sínter e a sugestão de equipamentos para amenizar problemas encontrados. Parâmetros como CaO/SiO2, SiO2, Al2O3 e MgO são avaliados para entender a tendência do mercado e o efeito na qualidade final do sínter. A correta avaliação das necessidades da planta para otimização dos equipamentos a matéria-prima disponível se faz necessário para o melhor resultado no alto-forno. A granulometria da matéria-prima também é um ponto importante a ser analisado. O sinter feed tradicionalmente possui uma maior fração entre 0,7 e 6 mm, uma fração menor entre 0,2 e 0,7 mm e um conteúdo de ultrafino (<0,150 mm) limitado a 15%. Estudos identificam uma tendência do sinter feed com maior conteúdo de sílica e o consequente aumento da utilização de ultrafinos. Como resposta ao incremento de ultrafinos na sinterização as grandes siderúrgicas já estão investindo em equipamentos que minimizem grandes perdas de produtividade, como a instalação do misturador intensivo, utilizado em projetos da Pau Wurth. Outra solução inclui a instalação de uma mini-sinterização dedicada para receber este material mais fino e resíduos. O sínter produzido poderá ser adicionado diretamente no forno e/ou ser utilizado como nuclueante na sinterização grande para aumento de sua produtividade.

Aug 16, 2017

By Sebastien Maillard, Stephane Georges, Thomas Vallee, Stanislas Mauuary

Steel strip manufacturing ever reinvents proposing new grades, requiring to tackle technical limitations of production systems. Primetals Technologies breaks through strip welding by expanding the welder LW21L “Asolid” technology used on low gauges for high-end market such as automotive CAL/CGL. Addressing the usual drawbacks in maintenance, operation and safety of current welding system based on mechanical cutting and CO2 laser welding, the newly developped LW21H “Asolid” technology processes thicker strips up to 7 mm with solid-state laser cutting and welding. This new welder is brought to reality through a scale 1:1 pilot developed, manufactured and tested in Primetals Technologies workshop.

Oct 1, 2019

By Detlef Ehlert

Flexibility in terms of producing high sophisticated products with an exceptional wide range of properties and dimensions requires physical based process models for the generation of optimal set points. Therefore SMS applies since many years an integrated PSC® (pass schedule model), PCFC® (profile, contour and flatness model) and CSC (cooling section control) for the use in hot strip mills, CSP® plants and plate mills offering best possible product tolerances. Focus during the development of the model was made on the best possible physical description of the rolling process to minimize the need of complex adaptation algorithms. As an addition SMS has also developed a microstructure model to ensure the quality control with respect to mechanical properties and to save up the needs of taking samples. Beside of this the modular design of the Microstructure and Material Property Model (MPM) offers additional benefits to improve the accuracy of the other models, e. g. the recrystallization model in the finishing mill. Using the results of that model strain hardening or softening effects during rolling can be predicted and an optimum pass schedule can be calculated to avoid rolling stability problems related to phase transformation.

Aug 16, 2017

By Luiz Bruno de Oliveira Araujo, Luciano Morais Teixeira, Luiz Gustavo Pedrosa de Melo, Altair Lúcio de Souza

The off-line simulation of the metallurgical process in an industrial line brings several benefits such as: evaluation of the influence of the main parameters that affect the results of the process, comparison between different set ups, greater assertiveness in operational adjustments, process optimization and reduction tests for development of new products. With this objective, a software for offline simulation of the hot strip mill process of Gerdau Ouro Branco was developed based on the logic of calculations implemented in the online model. The software results in important process variables such as mill pass scale, load, torque, and power at each pass, temperature and the hot mean flow stress of the simulated material. During rolling mill process the strip presents different temperatures and time between passes for different points along the length, which directly influences the hot strength of the product and consequently in the calculated variables, thus the calculations executed by the software were divided to three points of the strip, head, body and tail bringing the individual results to each of these positions.

Oct 1, 2019

By Oliver Schulz

This paper presents the latest references of the Siemens VAI slab casting technology. Following the connect & cast philosophy Siemens VAI has developed technological packages suitable for installation in existing casters of any original supplier, as well as for complete new machines. A major demand on new machines is to adapt quickly to different market demands. This requirement for flexibility can be divided into two actual trends. Firstly into casting a broad range of steel grades, thicknesses and width on the same machine and secondly having installed slab, bloom and billet caster in one steel plant to deliver all different types of needs on the market. Depending on the condition of the existing machine the focus of modernization ranges from the substitution of single components featuring state-ofthe-art technology to complete caster revamping projects. In this paper concepts and references for short machine outages and fast caster ramp-ups at moderate investment costs are presented.

Jul 30, 2018

By Bruno Alves Resende, Antonio Adel dos Santos

Temperature, microstructure and dimensions are the main material parameters to be controlled during hot rolling of steel. Although thermal mathematical models have long been developed and applied for hot strip rolling, each Hot Strip Mill (HSM) must have its own model adapted to its facilities. Thus, a mathematical model for temperature evolution during rough rolling has been developed for the Usiminas HSM at Ipatinga Plant. The model achieved a high level of accuracy, which was assessed by comparing measured values of temperature at the hot strip mill entry with the calculated ones, the difference ranging from 9°C to 17°C. Application examples have shown that the slab can be occasionally stopped before start of rolling for as long as a couple of minutes without compromising its further processing. On the other hand, if the transfer bar stops after rough rolling even for short time, further processing in the HSM can be hindered, due to excessive temperature drop. In case of such abnormal line stop, the model can be used as a tool for decision-making to either continuing the planned rolling schedule or to changing the route, thus improving the overall rolling process.

Oct 1, 2019

By Jose M. Rodriguez-Ibabe, Beatriz Pereda, Beatriz Lopez, Felipe Bastos

The modeling of austenite evolution during the hot rolling of steels is covered in the literature for a wide range of chemical compositions, although mainly for carbon contents below 0.20%. In addition, most research on this topic is oriented for processes that are characteristic of flat products. Compared to those processes, the hot rolling of bars for structural applications presents considerable particularities concerning mainly deformation, rolling speed and rolling temperature profile. Those particularities result in considerable changes on process parameters that affect the austenite microstructure evolution, both in the softening and hardening mechanisms if microalloying elements such as Nb is present. The aim of this work was to develop a model to predict the evolution of austenite microstructure that is suitable for the hot rolling of structural reinforcing bars. Different torsion tests simulating industrial schedules particular from those type of processes were performed. The tests showed the need to investigate Nb strain-induced precipitation interaction with softening mechanisms that can occur during the deformation schedule. At the end, the new proposed kinetics and routines were introduced to a program, MicroSim-Bars®, that is able to model austenite evolution under structural bar hot rolling conditions.

Oct 1, 2019

By L. Martins Demuner, D. Burzic, V. Cunha Aranda, F. L. Lourenço, G. Romeu Trindade dos Santos, F. Ramstorfer

For many years, Dynamic Soft Reduction has been regarded as a proper method in improving internal quality of slabs. Even though processes models improved significantly over the past years, the efficiency of Soft Reduction was always limited by the discretization error, which inherently exists if segment rollers cannot be positioned individually. The recently developed SRD segment type allows for an individual roller positioning within the mushy zone by avoiding any discretization deviation from the optimal gap. This paper provides a detailed technological overview of the SRD segments as well as operational results at their very first implementation at Ternium Brazil.

Oct 1, 2019

By G. Martino, F. Silva, Emmanuel Marchal

The definition of the chemical specification at multiple steps of the steelmaking process is very common in the industry. Among all elements and compounds, the Sulphur content has a special control over several stages, from the coal blend to the final products. Coke, iron and steelmaking specialists usually agree on a static specification for each intermediate product according to their local operation capacity and production cost. However, local decisions have major impacts on the whole production chain and many global factors should be considered in order to make the best decision. In this study, we will exemplify focusing on Sulphur content concepts and techniques that could be applied to many decisions in an integrated carbon steel plant. The variation of coal and coke prices, the desulphurization cost and time, the processes operating points, the hot metal rate at converters, prices and demands of low and ultra-low Sulphur steel grades are some of the integrated factors that are usually disregarded during the specification process. Mathematical modeling presents itself as a proper option into dealing with all the complexity that emerges from integrating all these processes' trade-offs and decisions. This study presents the results of a mathematical model that encompasses economic, thermal, chemical, and mass balances, physical quality of materials and productivity constraints of all processes of a hypothetical integrated carbon steel plant. It optimizes the iron and steelmaking process on a global and unique objective, dynamically defining targets for product quality to achieve the lowest steel production cost. This study details multiple market-plant scenarios in order to compare economic and operating results of a static vs dynamic specification practice.

Oct 1, 2019

By Marco Antonio Meggiolaro

Most cyclic plasticity models used in multiaxial fatigue life predictions are based on a concept of a yield surface, which divides the elastic and plastic domains. Plastic straining occurs when the stress state reaches the surface and tries to move outward. Subsequent plastic straining causes the stress state to remain on the yield surface, which will translate to prevent the stress point from moving outside it according to a kinematic hardening rule that models the Bauschinger effect. The accurate modeling of the yield surface shape is fundamental to predict stress-strain relations. In this work, the main yield surface equations for isotropic materials are compared. Even though most materials can be modeled using Mises and Tresca surfaces, other need to consider the effect on the yield strength of the hydrostatic stress or the normal stress acting on a critical plane. It is shown that pressure-sensitive models originally devised for concrete can be applied to predict yielding in some materials, and even fatigue life for metallic structures with short cracks.

Aug 8, 2018

By Daniel Stickel

Current political, economic and ecological guidelines demand the increase of power densities of nearly all machinery parts today. In order to further lower the wear rate towards the ultra-mild sliding wear regime an integral approach is needed, which has to regard contact conditions, surface topography, surface chemistry, as well as sub-surface properties. Still there are no simple parameters to classify the performance of tribosystem. In this study the area and volume affected by tribocontacts are calculated by means of a three dimensional elastic-ideal plastic contact model. The surfaces are generated by means of conventional machining procedures and characterized by scanning white light interferometry. The further input data as to normal and friction forces are derived by ultra-mild sliding wear tests under boundary lubrication conditions of carburized steel against carburized steel and 52100 steel against case-hardened spheroidal cast iron. This contribution will depict the distinct influence of the topography on friction and ultra-mild sliding wear of common Fe-base materials and point on the marked importance of highly localized effects, which govern the acting mechanisms.

Jul 31, 2018

By Vinicius Cardoso Ottani

Os processos de estampagem de materiais de alta resistência requerem o uso de aços ferramenta de alto desempenho, uma vez que a aplicação de pressões elevadas produz o desgaste acelerado das ferramentas de conformação, e até mesmo a ocorrência de falhas catastróficas e prematuras. Frequentemente, o desgaste de ferramentas é superado pelo aumento da dureza dos punções e matrizes, o que implica na diminuição da tenacidade. Esta estratégia, entretanto, não pode ser aplicada em operações de conformação de alta solicitação em que os componentes devem ser tenazes o suficiente para suportar as cargas elevadas envolvidas. A maior dureza retarda o início das trincas, porém também diminui a tenacidade do material, facilitando sua propagação. Uma dureza mais baixa, por outro lado, propicia maior resistência do material à propagação de trincas pela maior tenacidade, porém facilita sua nucleação. Constata-se então, que a relação dureza e tenacidade em aços ferramenta deve ser aprimorada através de um design microestrutural preciso, no qual ambas as propriedades possam ser melhoradas. O presente estudo buscou avaliar a vida útil de punções e matrizes de aços ferramenta AISI D2 e VF800AT limitada por trincas e lascamentos em processos de estampagem. O VF800AT apresentou resultado satisfatório e contribuiu para um aumento de até cinco vezes da vida útil da ferramenta quando comparada com o aço AISI D2. Os ferramentais empregados nesse trabalho foram também caracterizados em laboratório por meio de microscopia óptica e eletrônica de varredura. O superior desempenho das ferramentas produzidas em aço VF800AT é justificado pela sua superior tenacidade em relação ao AISI D2, devido a uma microestrutura composta de uma matriz de martensita revenida e carbonetos primários em menor fração volumétrica.

Jul 30, 2018

By Steferson Ferreira de Oliveira

Desenvolvido nos últimos anos, o processo NDE, vem se tornando uma maneira promissora de usinar e nitretar simultânea a superfície de materiais metálicos. A Usinagem por Descargas Elétricas (EDM) é um processo de usinagem não convencional que tem grande potencial em aplicações de engenharia de superfície, ao melhorar a resistência superficial do material por meio de tratamentos termoquímicos, como por exemplo, a nitretação. Propriedades como: baixa densidade, boa resistência à tração (comparável à de muitos aços ligados) e excelente resistência à corrosão, possibilitam a aplicação do titânio e suas ligas nas indústrias aeroespacial, naval, química e automotiva e ainda no campo da medicina. Porém, raramente são usados como peças sujeitas ao deslizamento, devido a sua devido à sua baixa resistência aos mecanismos de desgaste abrasivo e adesivo e alto coeficiente de atrito. O tratamento termoquímico de nitretação pode solucionar esta restrição. Além de aumentar a resistência ao desgaste, o nitreto de titânio melhora a biocompatibilidade de suas ligas. O objetivo deste trabalho foi estudar a camada nitretada na liga de titânio Ti6Al4V por meio do processo de Nitretação por Descargas Elétricas (NDE), usando como fluído dielétrico solução de água deionizada e ureia granulada, como fonte de nitrogênio. Uma máquina de EDM por penetração foi utilizada no processo. Cobre e grafite foram utilizados como materiais dos eletrodos ferramenta. Foi avaliada a usinabilidade da liga Ti6Al4V com solução de água e ureia, relacionada aos parâmetros: taxa de remoção de material (TRM), taxa de desgaste (TD) e desgaste volumétrico relativo (DVR) para eletrodo de cobre e de grafite. Para caracterizar a camada nitretada foram realizadas microscopia óptica e medição de microdureza Vickers. A formação de nitretos na superfície foi avaliada por meio de difração de raio-x. Imagens metalográficas da seção transversal da superfície mostraram a formação da camada nitretada, devido ao ganho no valor da dureza. Os parâmetros relacionados à usinagem apresentaram valores que indicam um melhor desempenho quando se usa eletrodo ferramenta de cobre em relação à grafita. Nitretos de titânio foram observados no difratogramas da amostras nitretadas por NDE.

Oct 30, 2017

By Henrique Silva Furtado

Light meter is an ArcelorMittal innovation that uses off-gas light intensity to predict bath carbon, which is akin to the visual cues that the operators employ to finish a blow. Light meter enables the prediction of end point that is independent of any operator’s judgment. The results have been in general consistent with the actual carbon content at BOF end point at Tubarão. Besides some outliers that occurred due to strange intensity curves, the system implemented in Tubarão BOF 3 reported a carbon prediction error statistic that is very similar to dissolved oxygen–carbon end point statistics. Preliminary trials using light meter without any filter improved carbon hit ratio significantly.

Jul 30, 2018

By José Fagundes Junior, Cleudson dos Santos Rego, Bruno Bastos da Silva Murad, Vitor Borlot Borba

Since the startup in 2002, the Hot Strip Mill at ArcelorMittal Tubarão has increased gradually the coil output as the customers demand new and more resistant dimensionally challenging (thinner and/or wider) steel grades. As a critical feature for customer applications, improvements have been carried out aiming a higher thickness performance and reduction of internal losses while still meeting the more restrict tolerances booked by the customers. This paper presents the recent thickness performance evolution since 2017 and the main actions deployed to improve it.

Oct 1, 2019

By Jean-Philippe Houde

The Blast Furnace Campaign lifetime is highly depending on the wear progress of the hearth lining. This progress is monitored in general through single and double thermocouples at the cold side of the lining. This type of monitoring becomes ineffective as soon as heat resistance will be formed in the refractory lining. Paul Wurth’s monitoring system, consisting of MTP-Sensor and Heat Flux Probes, is able to identify such heat resistances to give a true hearth lining wear. Since last year Paul Wurth is also able to install safely those MTP-Sensor and Heat Flux Probes on running blast furnace without salamander tapping, thanks to a newly developed cooled core drilling device. Blast Furnaces that are equipped with Paul Wurth’s monitoring system have optimized their campaign lifetime as they received right information upon the true wear lining such as detection of heat flux transfer failure, detection and monitoring of brittle layer or detection of hot spot.

Aug 16, 2017

By Álvaro Lúcio

This paper outlines the DPC process as na economic and environment friendly option for the use of cultivated forest as a source of raw material for metallurgical charcoal.The DPC process was specially developed to bring logistic, environmental, technical, economic and global energy efficiency when compared to termal1 the existing biomass carbonization process. The DPC process utilizes the volatile materials (condensable and non condensable) as a source of the energy required by the carbonization process guarantying its complete combustion. As result the DPC process avoids the burning of termal1 the loaded wood, obtaining a higher charcoal to biomass yield, and avoids the emission to the atmosphere of polluting gases. Gases emitted by the carbonizing wood have na energy termal1e enough to dry the wood soon after its harvesting. By avoiding the storage in the field during na average of 150 days, the resulting economy is quite significant. As a termal1e1 the higher charcoal to biomass yield na termal1e1e economy is obtained through the reduction of the cultivated forest term. This paper emphasizes the economic advantages of the DPC process.

Aug 16, 2017

By Roman Vaynshteyn

In places where Blast Furnaces are usually located, climatic factors may be unfavorable. Raw materials may be exposed to e.g. rain during transport/storage, bringing moisture into the process with consequences for stability and hot metal cost. This paper describes a technology for drying and pre-heating pellets and coke in the stockhouse. It does not require additional handling or logistical equipment and does not introduce extra transfer steps and degradation. Not only can moisture content be reduced, it can be controlled to a stable level by the operator.

Aug 16, 2017