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By Juan Garcia de Blas, Allan Ribeiro de Souza

uso do método dos elementos finitos (MEF) para uma determinação mais realística da resistência estrutural de aços estruturais sob a ação do incêndio vem crescendo à medida que um número maior de países vem adotando os códigos baseados em desempenho no lugar dos tradicionais códigos prescritivos. O algoritmo MEF interpreta o comportamento termomecânico do aço através do emprego de modelos constitutivos. Os modelos constitutivos convencionais usados na engenharia de incêndio são de natureza empírica e abordam de forma dissociada os fenômenos do encruamento plástico e da fluência. Este trabalho apresenta em linhas gerais um modelo constitutivo unificado baseado fisicamente na cinética de deformação plástica resultante do deslizamento de discordâncias, encruamento e recuperação dinâmica inspirado nas contribuições de Kocks, Mecking e Estrin. O modelo proposto tem a sua estrutura matemática modificada para condições de temperatura variável, isto é, para cenários de incêndios.

Oct 1, 2019

By Milan Terčelj, Matej Drobne, Urška Klančnik, Peter Fajfar

The study of oxidation behavior of High Chromium Steel material used for surface layer of work rolls was carried out. Specimens taken directly from the roll were subjected to thermal fatigue in the temperature range between room temperature and 500 °C up to 700 °C by using thermo-mechanical simulator Gleeble 1500D. Our observation was focused on the impact of oxidation as a principal mechanism of degradation of the roll’s surface layer - mainly on the characteristics of oxidation propagation in relation to the test temperature and microstructure constituents characteristics of the material. Oxidation is considerably accelerated by certain characteristics of eutectic and primary carbides, i.e. their size (area), composition, morphology, orientation regarding to the water-cooled surface, etc. In the presented paper selected cases where emphasized oxidation takes place are investigated, analyzed and explained. Obtained results thus represent a contribution to explanation of conditions which lead to acceleration of oxidation behavior that in turn can lead to chipping or even early spalling of material from the roll surface layer.

Oct 1, 2019

By Sérgio Roberto Lopes Moreira, Leonardo José Silva de Oliveira, Rodrigo Seara Martins, Rodrigo Madrona Dias, Fabiano Abrahão Moreira

O nível de inclusões presentes no aço líquido interfere diretamente na qualidade das placas produzidas por lingotamento contínuo e são determinantes na formação de defeitos superficiais em produtos laminados a frio. A reoxidação do aço, bem como a passagem de escória do distribuidor para o molde, a interação do aço com o pó de cobertura do distribuidor e com o pó fluxante, têm forte influência na limpidez das placas originadas no processo de solidificação no molde. No presente trabalho, avaliaram-se as inclusões formadas durante o início do processo de lingotamento contínuo para aços de ultra baixo teor de carbono, sob três diferentes condições de adição do pó de cobertura do distribuidor, além da própria condição padrão. O objetivo do estudo é reduzir a quantidade das inclusões e consequentemente, os defeitos superficiais em placas iniciais, por meio da relação com o teor de oxigênio no veio da máquina de lingotamento contínuo. Tal investigação visou fornecer informações para alterações nas condições do processo para melhoria da qualidade do produto final.

Oct 1, 2019

By Gerson Evaristo de Paula Júnior, Bruno Santos Malaquias, Henriquison Magela Bottrel Reis

O desafio no processo de coqueificação está relacionado à elaboração de misturas de carvões que produzam coque com a qualidade para utilização nos altos-fornos. Foi avaliada, em escala piloto, a influência de materiais inertes (coque verde de petróleo [CVP], antracito e carvão com alto teor de inerte [CATI]) às misturas de coqueificação sobre a formação de microtexturas e a qualidade do coque. Os resultados indicaram que, para a mistura avaliada, a adição do CVP até 30% produziu coque com qualidade (DI15-150) adequada para os altos-fornos da Usiminas. As principais microtexturas foram do tipo mosaico, fragmentária, fusita, inerte anisotrópico e o próprio CVP. O antracito provocou redução significativa de DI15-150 e CSR. A análise de microscopia óptica revelou partículas livres na matriz de coque, contribuindo para a queda de qualidade. A adição de CATI às misturas de coqueificação resultou em forte queda na qualidade do coque e a microtextura do tipo mosaico foi predominante. De forma geral, o carvão com alto teor de inertes foi o que apresentou menos benefícios, diferentemente do CVP, que apresentou melhor resultado para ser utilizado nas misturas de coqueificação da Usiminas.

Oct 1, 2019

By Daniel Carvalho, Marcos Viana, Leonardo Demuner, Herbert Castro

Intensive process and technology improvements related to the BOF converter — the key process to increase steel plant productivity and stability — have been performed at Ternium Brazil. This paper details the road map for process developments and investments in equipment technology, as well as the results achieved. The main topics of this development are the process control and optimization systems, slag forming model, oxygen blowing pattern, end-of-blow point control and slag carryover control. The outcomes of this development are improvements in the reblow rate, end-of-blow oxidation, direct tapping, slag carryover, slopping ratio, metallic yield and lining life.

Oct 1, 2019

By Rafaela Pacheco Malvão dos Santos, Rafaela Pereira Batista Carvalho, Flávio Monteiro de Souza, Bruno Moura de Jesus, Rodrigo da Silva Magalhães

Dentre as impurezas do gusa, o fósforo se destaca por promover fragilidade a frio ao aço, uma propriedade normalmente indesejada. A sua adequação a teores aceitáveis ocorre no Conversor LD, através da oxidação do banho e adição de fundentes. O modelo proposto objetiva determinar a adição de fundentes de forma dinâmica: com base na termodinâmica e ajustes com dados históricos visando promover uma escória adequada a proteção do revestimento refratário e a desfosforação. O modelo está em uso nos Conversores LD da Aciaria da Companhia Siderúrgica Nacional e demonstrou resultados satisfatórios.

Oct 1, 2019

By Gerhard Finstermann, Ichiro Maeno, Takehiko Saito, Hironori Shimogama, Konrad Krimpelstätter

Automobile manufacturers are developing Electrified Vehicles with light steel body structure designs that reduce mass and therefore greenhouse gas emissions over the vehicle’s entire life cycle. This raises the demand for the production and development of Advanced and Ultra High-Strength Steels (AHSS / UHSS) and Electrical Steels with increased permeability and reduced core loss to improve energy conversion efficiency. To meet this requirements the steel market is tending towards new generations of AHSS with improved formability (3rd generation AHSS) and high-silicon steels with higher strength and thinner products. With this growing demand for advanced high-strength steels and electrical steels, producers are faced with a unique and interesting challenge in producing materials that strain or exceed the capabilities of existing mill equipment and automation designed to produce low- to medium-carbon sheet. While specialty steel producers have known for decades how to process special high-strength steels and thinner gauges, this equipment typically does not offer the yield and productivity desired by the market, necessitating innovation in re-engineering existing equipment to meet the market demands more economically than new construction. In the case of cold rolling, this can be supported through variable roll geometries, more effective roll-gap lubrication technologies, application of strip heaters (Warm Rolling) to reduce risk for edge crack propagation and strip breaks as well as continuous rolling managed by state-of-the-art automation technologies.

Oct 1, 2019

By Daniel Paulo Santos, João José dos Santos Carvalho, Leonardo Passos Perdigão, Alexandre Santos Tardin, Filipe Sathler, Leonardo Barbosa de Oliveira Mello, Odilon José da Silva, Marcelo Tardin Alves

A estabilidade operacional do alto-forno depende da qualidade de suas matérias-primas, sendo a resistência mecânica do coque após a reação – Coke Strength after Reaction (CSR) um dos principais parâmetros de controle da qualidade do coque para verificar a degradação granulométrica do coque após sua reação com CO2. O desafio das empresas siderúrgicas está em produzir um coque de baixo custo e elevada qualidade com resultados precisos e consistentes para atendimento às especificações requeridas pelo alto-forno. Neste trabalho em particular, utilizando a metodologia Seis Sigma, foi desenvolvido e validado uma equação matemática (modelo de regressão linear múltipla) para previsão do CSR produzido pela coqueria da ArcelorMittal Tubarão, a partir de dados estatísticos correlacionados à parâmetros da mistura de carvão (teor de cinzas totais, enxofre médio e a composição química das cinzas expresso pelo índice de basicidade).

Oct 1, 2019

By Márcia M. S. M. Pereira, Hervé Tavernier, Gérson T. Ferreira, Caio Nogueira Araujo Diniz, Fabio Luiz Lourenço, Wagner C. Moreira, Vinicius Cunha Aranda

Pós fluxantes desempenham um papel significativo na qualidade do aço durante o processo de lingotamento contínuo. Os pós fluxantes são escórias sintéticas usadas para lubrificar o molde durante o lingotamento contínuo do aço. Para que isso ocorra, o fluxante deve apresentar as seguintes funções: isolamento químico e térmico do aço, absorção de inclusões não metálicas do aço, lubrificação do molde e controle da transferência de calor entre o aço e o molde. O desempenho de cada função está relacionado às propriedades químicas e físicas do pó fluxante, que são dependentes de sua composição química e sua composição mineral, devido a sua relação com a taxa de fusão do material. A fim de garantir uma produção eficiente e de alta qualidade durante o lingotamento de um aço ultra baixo carbono, os pós fluxantes A e B foram investigados de acordo com diferentes propriedades físico-químicas. Diversos experimentos laboratoriais foram realizados para comparar o desempenho dos materiais A e B, visando à diminuição de captura da escória pelo aço no molde: avaliação do comportamento de fusão e fluidez, composição química e viscosidade. As temperaturas de processo foram avaliadas através de testes estatísticos, visando caracterizar o fluxo de calor e o trabalho de fricção durante lingotamento. Os testes industriais preliminares, realizados na Ternium Brasil, foram conduzidos com o objetivo de analisar o comportamento do pó fluxante durante a operação de lingotamento contínuo em relação a alguns aspectos operacionais e fornecer informações sobre sua influência na qualidade superficial do aço. Os resultados mostraram que, aumentando a viscosidade do fluxante, o consumo de pó tornou-se menor, levando a um maior trabalho de fricção e menor fluxo de calor no molde. No entanto, o comportamento da camada de escória mostrou que, apesar do aumento da força de atrito no molde, a espessura da escória foi adequada e não houve relatos de defeitos superficiais durante o uso do material fluxante de maior viscosidade.

Oct 1, 2019

By Eustáquio Vieira Júniorr, Dalton Martins Neto, Filipe da Costa Oiveira

O Alto-Forno 2 da Ternium Brasil, no Rio de Janeiro, iniciou sua primeira campanha em 16 de dezembro de 2010. No decorrer de sua campanha, verificaram-se problemas de deslocamento de staves de ferro fundido e deformação dos staves de cobre chamado “efeito banana”, causando a perda da capacidade de refrigeração destes componentes do sistema de arrefecimento. Após a análise dos eventos foram executadas diversas ações para recuperação e preservação do Alto-Forno 2, sendo estendidas também ao Alto-Forno 1. Dentre as ações de preservação para o Alto-Forno 2 foi estabelecido que deveriam ser substituídos os staves danificados e alguns setores da carcaça que apresentavam trincas e deformações, e consequentemente a perda de suas propriedades mecânicas, visando eliminar as interrupções na operação do Alto-Forno 2 para reparos localizados e redução das instabilidades operacionais causadas pela não uniformidade das superfícies dos staves. O trabalho apresenta o detalhamento da técnica utilizada para substituição dos staves, a seleção dos materiais assim como os preparativos operacionais que garantiram o bom desempenho do Alto-Forno 2 nos momentos que antecederam a parada e após seu retorno à operação, mostrando a viabilidade técnica e econômica da atividade.

Oct 1, 2019

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

A microestrutura porosa do coque pode ser definida como a relação espacial entre a matriz carbonosa e seus poros. A formação da microestrutura ocorre durante o processo de carbonização dos carvões coqueificáveis. Portanto, o conhecimento das propriedades que governam a formação da microestrutura torna-se atrativa como uma ferramenta na escolha estratégica de carvões na composição de misturas para produção de coque. Neste trabalho coques laboratoriais foram produzidos por carvões com diferentes propriedades, visando a formação de coques com microestrutura com propriedades microestruturais distintas. A caracterização microestrutural foi realizada a partir de uma ferramenta de microscopia ótica associada a análise de imagens. A partir dos parâmetros obtidos na análise, foi estudado a influência das propriedades dos carvões nos parâmetros analisados. Além disso a convergência com outros modelos (MOF e CBI) foi estudada. Os resultados obtidos mostraram que carvões com estágio plástico desenvolvido e elevado teor de matéria volátil geram coques de alta porosidade e com poros de tamanho excessivo. Carvões ricos em componentes inertes apresentam microestrutura de baixa porosidade, composta de poros pequenos, no entanto, com poros de baixa circularidade. Os carvões com as melhores propriedades (critérios dos modelos MOF e CBI) resultaram nos coques com as microestruturas mais regulares, de baixa porosidade, com pequenos poros e com formatos adequado.

Oct 1, 2019

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 Dr. Steven G. Jansto

The market demand for reduced fuel consumption and CO2 emissions in the automotive, energy and construction sectors have further increased the demand for new and advanced higher quality microalloyed grades produced via TMCP. The technological integration of the process and physical metallurgical advancements of value-added niobium (Nb) microalloyed thermo-mechanical controlled process (TMCP) steels continue to be developed and is an important element for these more demanding end user requirements and cost-effective steel production. The reheat furnace process step has a profound effect on the TMCP performance, final hot rolled steel quality and mechanical property consistency during the production of hot rolled steels. The uniformity of heating applied across the entire width, thickness and length of the slab or billet is essential in the successful achievement of consistent customer properties regardless of the chemistry. The resultant ferrite grain size in the final hot rolled product is significantly governed by the initial prior austenite grain size. However, the transition from laboratory melted and TMCP hot rolled heats to the production scale is often quite challenging. Aberrations in the reheating process step at the industrial furnace are often the root cause of mechanical property quality issues. These combustion process metallurgy parameters connect directly to the resultant TMCP product quality and is defined as Combustion Metallurgy

Oct 1, 2019

By Luigi Giacomini, Bruce Kiefer

A new plant for special steel long products was commissioned in recent years at Dangjin, South Korea, for Hyundai Steel. Two multi-line rolling mills can produce yearly 1 million tons of billets, straight and coiled bars, with dimensions from 5.5 to 350 millimeters. The products are used for manufacturing engine and transmission components used by Hyundai Kia Automotive Group. The processed grades include carbon, special alloy, spring, bearing and free-cutting steel. The first mill rolls blooms into finished large round and square products, as well as into intermediate billets. A 2-high reversing breakdown stand is followed by a finishing and sizing train with CGA stands equipped with an under-load roll parting system for automatic gap control. The second mill combines lines of small bars, rods and bars-in-coil. Billets are rolled in a continuous rolling mill with original RedRing Series 5 stands. The rod outlet features Morgan No-Twist and Rod Reducing/Sizing mills, Morgan High-Speed Laying Head and Stelmor conveyor. Advanced sensors and electronics integrate with mechatronic packages, thus equipping the mill for Industry 4.0 applications. Hyundai can meet the demanding requirements posed by the automotive industry and benefit from optimized conversion costs, the flexibility to meet market changes, achieve high product quality, and reduce floor personnel.

Oct 1, 2019

By Daniel Abbott Albertacci, Celso Luiz Moraes Alves, Fernando Paulucio Quinelato

No cenário econômico atual do mercado siderúrgico, otimizações de processo que aumentem o rendimento metálico estão no alvo das empresas competitivas. Além disso, cada vez mais os clientes exigem níveis mais elevados de qualidade e menor índice de recusa. Neste contexto, desenvolver trabalhos que conciliem otimização e garantia de qualidade são prioritários para o negócio. O objetivo deste trabalho é definir o menor descarte de início de lingotamento para aços com aplicações severas com total garantia de qualidade. Foi elaborada uma metodologia específica para avaliação da qualidade dos produtos: placa e bobina laminada a quente. Primeiramente, avaliou-se a quantidade de inclusões não metálicas em placas, o que permitiu determinar o comprimento de descarte mínimo necessário para garantia de qualidade das placas. Posteriormente, análises de inclusões também foram realizadas em bobinas para confirmar os resultados da ação de alteração de tonelagem de descarte. Os resultados mostraram que as placas produzidas após o descarte determinado pelo estudo resultaram em bobinas aptas para atendimento das aplicações, sem nenhuma perda de qualidade.

Oct 1, 2019

By Nelson SOUTO, Nicolas LEGRAND, Sami ABDELKHALEK, Zafer KOONT

A work roll thermal crown model has been developed for a wide range of hot and cold rolling mill applications. The model is extremely fast, robust and accurate to determine the evolution of thermal crown all along the rolling campaigns. It has also ability to consider work roll shifting, multiple segmented cooling zones along the length and circumference of the roll as well as composite rolls properties (e.g. different thermal properties between mandrel and core of the roll). Moreover, the model includes simultaneously fast and slow temperature evolution calculations, respectively near roll surface (skin area) and at a certain distance below the roll surface (bulk area). This gives to thermal crown predictions a higher accuracy than conventional thermal crown models from literature that consider only the slow temperature evolution regime. An optimization procedure together with roll surface temperature and roll thermal profile measurements have been used to tune the model. The tuned model applied to hot rolling conditions has shown a significant influence of roll shifting and composite rolls properties on the prediction of roll temperature distribution and thermal crown during rolling. The tuned model applied to cold rolling conditions highlights the importance of mill operators practices to modify cooling distribution across roll barrel length with the segmented cooling zones to adjust the thermal crown and to get better strip shape control.

Oct 1, 2019

By Geovane Viturino da Silva, Diogo Costa, Paulo Eduardo Marcelino, Alan José Santos De Almeida, Marco Antônio dos Reis, Deilton de Oliveira

A utilização de coque como combustível em Altos Fornos é necessária, apesar das restrições ambientais e dos custos envolvidos. Para diminuir a quantidade de coque utilizado no processo, são adotadas medidas como a injeção de hidrocarbonetos, dentre os quais, o carvão pulverizado, que é comprovadamente um bom substituinte parcial do coque carregado nos Altos Fornos. A injeção de carvão pulverizado (pulverized coal injection - PCI) propicia um maior retorno econômico, quando utilizado no processo de fabricação do ferro-gusa, pois permite uma maior capacidade da taxa de injeção ao se comparar com o emprego de óleos, gases e outros substituintes. No processo da injeção de carvão, conforme o objetivo do presente trabalho, se faz necessária uma baixa variabilidade (relação da taxa de carvão real com o set point pedido). A utilização da metodologia (Six Sigma) foi de fundamental importância para as principais ações adotadas, e trouxeram como principais resultados, estabilidade nos processos de moagem e injeção, bem como a redução do desvio da taxa de injeção de 16% para 10%, gerando uma economia para a Ternium BR.

Oct 1, 2019

By Antonio Adel dos Santos, Carmos Antonio Gandra, Fabricio Mazola da Silva Paiva, Vicente Tadeu Lopes Buono

Abstract Usiminas Steel Plant in Ipatinga installed an accelerated cooling device named CLC (Continuous On-Line Control) in 2010, enabling it to supply steels produced by TMCP (Thermo Mechanical Control Process) technology. This technology complements the TMCR (Thermo Mechanical Control Rolling), with the inclusion of the accelerated cooling process after controlled rolling. There are various gains in terms of quality and productivity associated to the application of such technology. However, the flatness control for API steel becomes crucial because large thermal stresses may be generated due to thermal heterogeneity during the fast cooling when the austenite phase decomposes mostly into ferrite and bainite. In literature, there is lack of knowledge regarding a full understanding of the relation among cooling conditions and plate flatness. Therefore, this work has focused on the effect of the cooling strategy for API steels, aiming at optimizing flatness and keeping the mechanical properties within the specified ranges. The starting point was dilatometer simulation, where cooling conditions such as start cooling temperature, SCT, finish rolling temperature, FRT, and cooling rate, CR, were changed in order to evaluate their effect on microstructure. Those laboratory conditions supposed to give the best results were transposed to industrial scale, so as to produce experimental lots of plates with five different cooling strategies. It was shown the possibility to find a cooling profile that guarantees the balance between mechanical properties and flatness requirements. The influence of cooling strategy on flatness was explained by the varied heat transfer regimes occurring from hot steel surface to the ambient

Oct 1, 2019

By Marcos Pereira Manso, Carlos Alberto Rodrigues Lares, Sandro Luiz Zahner, Alexandre Dolabella Resende, Marcelo Martins Ferreira, Rodrigo Garcia Ribeiro

O Distribuidor é um equipamento fundamental no processo de Lingotamento Contínuo por ter como função, dentre outras, assegurar a continuidade do processo durante a troca de panela, bem como manter o aço líquido na temperatura adequada para o processo. O presente trabalho apresenta um estudo de melhoria no Distribuidor da Gerdau Divinópolis, no qual foi realizada a redução da temperatura de entrada do aço no distribuidor após modificações no projeto refratário e estudos de simulação numérica. As simulações indicaram que seria possível uma redução significativa da temperatura de entrada do aço no distribuidor e a implementação na prática dessa alteração levou a ganhos significativos, tais como, redução de Power On, redução de Temperatura Média para liberação e consequente redução de consumo de energia.

Oct 1, 2019

By Johne Jesus Mol Peixoto, Itavahn Alves da Silva, João Víctor Gomes Guimarães Ananias, Salvatore Giuliano Peixoto Tropia de Abreu, Weslei Viana Gabriel, Thiago Araujo Santos de Oliveira

O fluxo de aço em um distribuidor de lingotamento contínuo é um dos fatores que ajuda a determinar a qualidade final do aço. O presente trabalho aborda o caso de fluxo assimétrico em um distribuidor de dois veios provocado pelo posicionamento descentralizado da válvula longa, avaliando o efeito de diferentes configurações de barreiras e diques na assimetria, além da influência nos campos de velocidades. Foram realizados testes em modelo físico de acrílico, utilizando água para simular o aço e KCl como traçador para obtenção das curvas de Distribuição de Tempo de Residência (DTR). Simulação computacional e a técnica PIV também foram utilizadas para análise do fluxo. Foi possível verificar que a utilização de barragens e diques melhoraram as condições para a flotação de inclusão, devido ao aumento do tempo mínimo de residência do aço, além da diminuição de zonas mortas e da quantidade de descarte gerada durante a troca de panelas. A utilização de barragens e diques em conjunto foram eficientes para uma melhor distribuição do fluxo na superfície livre do distribuidor, o que também favorece a limpidez do aço.

Oct 1, 2019