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By Eleir Mundim Bortoleto

A finite element modeling approach was developed to study adhesion phenomena during the unidirectional contact between a two-dimensional plane-strain square and a flat slab. Surfaces were metallic or ceramic, different pairs of materials were analyzed and their adhesion was considered by means of a FORTRAN subroutine (DLOAD), which was connected with commercial finite element code Abaqus and provided surface attractive forces based on the Lennard-Jones interatomic potential. Adhesive loads were considered both during approximation and separation of the surfaces. During the separation step, material transfer between surfaces, due to adhesion, was modeled by means of damage initiation and propagation at the flat slab. The parameters considered in the simulations were normal load, chemical affinity and system size and the different conditions were analyzed by comparison of the interaction forces during approach and withdrawal. This work also presents detailed descriptions of: (i) the evolution of energy dissipation due to adhesion hysteresis, (ii) the formation-growth-breakage of adhesive junctions and (iii) the evolution of stress distribution during the process. Results have indicated that chemical affinity between the bodies in contact is more relevant for adhesion than the applied load. Besides, smaller asperities are less prone to promote adhesive wear, but they may be subjected to high stress concentration effects.

Jul 31, 2018

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 Dilermando Nagle Travessa

High strength-light weight materials are very attractive for the transportation sector, particularly to the aerospace industry. High strength-age hardenable aluminium alloys are widely used in airframes due to their unique combination of strength, density, toughness, corrosion resistance, cost and easy processing. However, the hardening capacity of such alloys is somehow saturated due to thermodynamic issues related to the conventional processing. The production of aluminum-matrix composites is a promising strategy to overcome this limitation, resulting in strength levels that cannot be reached by actual commercial aluminum alloys. In the present work, multiwall carbon nanotubes were used to reinforce the AA6061 aluminium alloy. 1 and 2% weight percent of MWCNT were mixed to the alloy powder by high-energy ball-milling process. The blended powder was consolidated by hot extrusion. The obtained composite bars were submitted to heat treatment for the T6 condition in order to combine both CNT dispersion and precipitation hardening effects. Optical and scanning electron microscopy, as well as hardeness testing, was used to characterize the bars. Typical wrought microstructure, free of defects, was observed on the extruded bars. Hardness of the composites was observed to increase by 20, 28 and 68% for 1% MWCNT 6 h milling, 2% MWCNT 6 h milling and 2% MWCNT 10 h milling, respectively, in the as-extruded condition. The better performance for the composites blended at higher milling time was attributed to a better nanotubes dispersion. Subsequent heat treatment to the T6 condition did not result in additional hardening.

Aug 8, 2018

By Diego José Inforzato

Hot tensile data were correlated with creep data, in Aluminum Alloy AL7475-T7351, as part of a broader research program, aiming at the validation of a methodology that proposes an equivalence between the two kind of results, for metallic materials in general. The methodology is based on a criterion that establishes correlation among the following parameters from each test: the strain rate, ultimate tensile stress, and time to reach the ultimate tensile stress, in tensile tests, are equivalent respectively to the: minimum strain rate, applied stress and rupture time, in creep tests, for a given test temperature. The present material was tested at 3 temperatures: 133,166 and 193ºC, using 3 nominal tensile strain rates in the hot tensile tests: 3.2x10-6, 1.6x10-4 and 6.4x10-3 s-1 and 9 applied stress levels in the creep tests, varying from 140 to 400 MPa. The conversion of the hot tensile data to creep-like data allowed performing the analysis of all the results together according to the traditional creep relations proposed by different authors, namely: Norton, Arrhenius, Zener-Hollomon and Monkman-Grant, with the determination of the corresponding parameters in each case. The equivalence between hot tensile and creep data is also confirmed for this aluminum alloy.

Aug 8, 2018

By Charles Sóstenes Assunção

A mathematical model of heat transfer and solidification for a continuous casting of round billets was developed. The water flux density of the secondary cooling zone was experimentally measured, using an apparatus in industrial scale with two types of nozzles, flat jet and full cone jet. The profiles of water distribution were applied on the mathematical model. The results showed that the water distribution is not uniform in both longitudinal and angular directions owing to the unevenness of the spray and to the curvature effect of the round billet. This non-uniformity causes important variation of the heat transfer coefficients and superficial temperature of the billet, especially in the first cooling zones, where the temperature is higher. The mathematical model was used to simulate a change of nozzle type in the first cooling zone. The results showed that the heat flux and superficial temperature variations were reduced with a full cone jet nozzle in comparison with the flat jet nozzles.

Aug 16, 2017

By Marcus Vinicius Laudares Mendonça

SMS calculates and improves tooth and flank profiles individually to realise a homogeneous pressure distribution over the complete load flank. With a tooth profile and flank profile according to AGMA, ISO or DIN standard the contact pressure varies along the load flank. To realize a homogeneous distribution of the contact pressure and to avoid a premature mesh, SMS improves the tooth profile and flank profile in three steps. First SMS is doing a preliminary calculation and design according ISO, DIN or AGMA standard, with safety factors based on more than 125 years of experience. Second SMS calculates and checks the local contact pressure at the load flank under consideration of shaft, gearing and housing deformation, as well as the bearing behaviour. Finally SMS calculates and designs an improved tooth profile and flank profile to receive a homogeneous contact pressure at the load flank. The result is an increase of the torque transmitting capacity of up to 30% of the SMS advanced gears with the same outer dimensions than traditional gears.

Aug 17, 2017

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 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 Jorge Alberto Soares Tenório, Marcela dos Passos Galluzzi Baltazar, Lidiane Maria de Andrade, Márcio de Morais Tavares, Denise Crocce Romano Espinosa, Bruno Karolski

A contaminação de solos e do ambiente hídrico por hidrocarbonetos de cadeias longas, geralmente por rompimentos de dutos ou por acidentes ocorridos no seu transporte afetam o meio ambiente de forma deletéria. Visando aplicabilidades futuras na remediação de solos e águas, existe a necessidade de estudos de biodegradação específicos, como por exemplo, bactérias que utilizam óleos de cadeias longas como fonte de carbono, visando melhorar o entendimento do mecanismo de interação do óleo com as bactérias. Baseado neste raciocínio, para desenvolvimento deste trabalho que visou encontrar, estudar e entender o metabolismo de uma microbiota capaz de utilizar hidrocarbonetos de cadeias longas como fonte de carbono, foram isoladas linhagens de bactérias provenientes de uma comunidade encontrada em borra de petróleo. Esta comunidade bacteriana teve avaliado seu poder de biodegradação de várias moléculas, constituintes do petróleo, assim como a sua preferência metabólica por cadeias específicas, resultando em um melhor entendimento do processamento dos componentes do óleo derivado de petróleo por micro-organismos. Os resultados de cromatografia comprovaram a biodegradação através da redução dos picos, e através do estudo dos cromatogramas foi possível identificar as substâncias biodegradadas.

Mar 1, 2019

By Sandra Goulart-Santos

Os aços galvanizados são amplamente utilizados devido à sua excelente resistência à corrosão. Além disso, esses aços apresentam alta qualidade superficial, o que é um requisito importante para aplicações exigentes como as da indústria automobilística. Dentre os parâmetros de processo importantes para a qualidade dos revestimentos está o teor de alumínio no banho de zinco. Nesse estudo, foi utilizado o simulador do processo de galvanização a quente (HDPS), para investigar a influência do teor de alumínio efetivo do banho na qualidade superficial do revestimento galvannealed (GA), sendo avaliados os teores de 0,09% e 0,14%. Para acompanhar os estágios de formação das fases Fe-Zn foram realizadas interrupções do ciclo de galvanização ao longo das etapas de imersão no banho e de tratamento térmico de galvannealing. Utilizando a técnica GDOES, foi possível acompanhar as variações da concentração de alumínio ao longo do revestimento durante a formação das fases Fe-Zn. Os resultados das simulações mostraram que o alumínio efetivo mais baixo no banho favoreceu a cinética de formação das fases Fe-Zn durante o tratamento térmico e diminuiu a ocorrência de regiões com aspecto brilhante no revestimento, melhorando a qualidade superficial.

Jul 30, 2018

By Elisiane Maria Berton

Neste trabalho propõe-se o estudo do efeito do processo de SHTPN (Tratamento térmico de solubilização após nitretação por plasma), e do tratamento térmico de têmpera e revenido sobre a microestrutura, dureza e resistência à corrosão do aço inoxidável ferrítico AISI 409. Por meio do SHTPN obteve-se uma camada martensítica de nitrogênio na superfície do aço. Após o SHTPN as amostras foram temperadas de 950°C e revenidas nas temperaturas de 200, 400 e 600°C. A resistência à corrosão foi avaliada por meio da técnica de polarização cíclica e a dureza através de ensaios Vickers. Verificou-se que o SHTPN afetou significativamente a dureza do aço e o tratamento de têmpera refinou e melhorou a distribuição da martensita de nitrogênio. A camada martensítica formada apresentou espessura da ordem de 660 ?m. Os resultados indicam que é possível obter uma camada martensítica com dureza de 620 HV e aumento da região passiva, bem como do potencial de nucleação de pite quando comparado à condição não tratada (ferrítico). O melhor resultado de corrosão foi obtido para a amostra revenida na temperatura de 200°C.

Aug 8, 2018

By Alexandre Aparecida Morais

No processo de lingotamento contínuo de placas, o controle de fluxo de aço líquido entre o distribuidor e os moldes pode ser realizado através de tampão refratário ou válvula gaveta. Quando se usa o controle via tampão refratário, aproveita-se o mesmo para reter um volume mínimo de aço no distribuidor, visando efetuar a partida do veio. Este volume de aço é importante para evitar o congelamento da primeira porção de aço e prevenir o arraste de impurezas existentes no fundo do distribuidor para o molde. Já quando se usa o controle via válvula gaveta, para acumular o volume de aço necessário, utiliza-se de outros “artifícios”, como o uso de anteparos metálicos em forma de bujões, cuja eficiência é limitada. Visando melhorar o desempenho de partida das máquinas com controle de fluxo de aço distribuidor-molde, via válvula gaveta, desenvolveu-se o chamado tampão flutuante de fibra cerâmica, cujas funções principais são: equalizar o nível de aço para proporcionar uma partida normal e impedir que impurezas arrastadas pela primeira porção de aço, se dirijam para os veios. Este trabalho mostra o desenvolvimento pioneiro desta técnica para distribuidores de aços planos na ArcelorMittal Tubarão.

Jul 30, 2018

By Mauricio Monteiro Machado, Neyda de la Caridad Om Tapanes, Ana Isabel de Carvalho Santana, Rodolfo Salazar Perez, Rodrigo Ribeiro Soares, Roberta Gaidzinski

Vasos de pressão são equipamentos empregados nas mais variadas indústrias, sendo responsáveis por significativa parcela do orçamento. Os materiais mais utilizados para a construção de vasos de pressão para a indústria de óleo e gás são as ligas de aço carbono e em alguns casos se justifica o emprego de ligas de aços inoxidáveis. O objetivo deste trabalho foi estudar as características dos vasos de pressão, materiais de fabricação e o custo de aquisição de vasos de pressão por parte da Petrobras. Para o desenvolvimento foram utilizadas duas ferramentas de processamento de dados: a Lei de acesso à informação que permitiu a criação de uma base de dados, e o Planejamento de experimentos que possibilitou avaliar a influência do tipo de material e outras variáveis sobre o preço do vaso de pressão (variável de resposta). Os resultados estatísticos demonstram que, para as faixas analisadas o comprimento entre tangentes (CET) e o Diâmetro (D) possuem uma influência estatística direta sobre a variável de resposta Preço. Finalizando, o estudo conseguiu conciliar aspectos construtivos com os fatores financeiros, sendo de grande valia para os fabricantes de vasos de pressão.

Aug 1, 2019

By Letícia Miranda Alves

Os fluxantes são misturas de minerais que em contato com aço irão fundir e gerar uma escória líquida que irá permitir a troca térmica e favorecer a lubrificação ao longo da interface placa/molde. Durante o processo de lingotamento contínuo de placas parte do filme de escória irá solidificar-se tendendo a formar fases amorfas e/ou cristalinas. O aumento na temperatura de solidificação bem como a formação de camada cristalina reduz a transferência de calor e pode repercutir em uma pele de aço mais fina favorecendo o breakout. Por outro lado, estas condições, como promovem uma solidificação do aço mais cuidadosa reduz a formação de trincas longitudinais a quente, depressões entre outros defeitos. Neste trabalho usando o software Thermocalc® simulou-se a formação de fases para dois tipos de pós fluxantes em função da temperatura. Usando o software FactSage estimaram-se os valores de viscosidade. Através de análise por difração de raios-x, microscopia eletrônica de varredura e análise térmica diferencial, buscou-se estabelecer as relações entre as propriedades e resultados esperados para cada tipo de pó fluxante no processo de lingotamento contínuo de placas.

Jul 30, 2018

By Carlos Cristiano Carvalho Teixeira

No carregamento volumétrico de vagões, onde a variância de pesos carregados é relevante, ocorrem grandes limitações operacionais, que vão desde a percepção do volume em carregamento até a capacidade real de controle. Neste contexto, a diversidade de cenários é enorme: velocidades variadas (25% a 80% da capacidade), variação do minério, diferentes tipos de vagões, etc. Maximizar ou atingir o ponto ótimo com repetibilidade leva tempo e experiência. A solução considerou a aplicação intensa e avançada de instrumentação e recursos de automação, obtendo um resultado favorável de elevação da capacidade de controle sobre o peso em carregamento, nas diversas condições operacionais. A metodologia utilizada partiu de uma engenharia conceitual destacando o tratamento de riscos considerando as imprecisões e as técnicas avançadas de controle necessárias. Instrumentos e equipamentos também foram tratados dentro desses riscos, entre eles: balanças, radares 2D, identificação dos tipos de vagões, níveis dos silos, lasers para medições de precisão e para redundâncias, e ainda a simulação para testes do processo. Conclusão: 1. Maior capacidade de controle de peso carregado e menor variabilidade. 2. A imprevisibilidade na variação do material como desafio adicional para os automatismos. 3. Simuladores como diferencial na implantação da solução.

Aug 16, 2017

By Marcelo Macedo Fialho

No processo produtivo de aço, as empresas buscam continuamente a redução do custo de produção. Isto pode ocorrer através de diversas formas, tendo como as principais, o ganho de rendimento, o aumento de produtividade, a redução do homem hora aplicado e a redução do custo de matéria prima. Objetivando reduzir o custo de produção integrado placa bobina, a ArcelorMittal Tubarão busca aumentar o percentual de placas enviadas diretamente do Lingotamento Contínuo de Placas para o Laminador de Tiras a Quente. Os ganhos se dão, em primeiro plano, através da redução da intervenção nas placas aumentando o rendimento de placa e exigindo menos mão de obra para o corte e escarfagem de placa e, em segundo plano, através do aumento da temperatura média de enfornamento, propiciando maior produtividade no laminador de tiras a quente e menor consumo de energia para realizar o pré-aquecimento da placa antes do processo de laminação. Somado a isto, a maior disponibilidade de placas no pátio do LTQ, aumenta a chance de laminação exigindo menos paradas do LTQ e aumentando a produção. Os ganhos estimados com o projeto, apenas no que diz respeito a redução de custo de condicionamento são de 6MUSD/ano.

Jul 30, 2018

By Ricardo Tadeu Meneses Sodré

Principalmente após a crise mundial de 2008, as grandes empresas brasileiras focaram na redução de custo como fator de sobrevivência, buscando manter, em contrapartida a produtividade e qualidade dos produtos. As normas brasileiras ABNT NBR ISO 55000/1/2, combinam atividades sistemáticas, coordenadas e práticas pelas quais uma organização gerencia de forma organizada e sustentável seus ativos tangíveis e intangíveis e sistemas, seu desempenho, bem como seus riscos e custos associados. A norma trata do ciclo completo do ativo, desde a concepção até o seu descarte. A implantação de uma norma deste porte requer compromisso de toda organização, principalmente da alta direção, no intuito de correlacionar os objetivos do negócio com as atividades de manutenção. O ponto principal é entender que a Manutenção é parte de um ciclo mais amplo que trata de todo o ciclo de vida do ativo, logo a Manutenção está contida dentro da Gestão de Ativos. O trabalho visa mostrar de maneira prática como a ArcelorMittal Tubarão está se estruturando para uma implantação futura da ABNT NBR ISO 5500X. Tal estruturação engloba atividades estratégicas, táticas e operacionais de alto nível visando à elevação da maturidade em Gestão de Ativos.

Aug 7, 2018

By Matheus Felipe dos Santos, Eric Yoshimitsu Sako, Murilo Henrique Moreira, Douglas Fernando Galesi, Ricardo Afonso Angelico, Vladnilson Peter de Souza Ramos, Maria Gabriela Garcia Campos, Victor Carlos Pandolfelli

O consumo de energia em panelas de aço está relacionado às etapas do processamento que ocorrem durante o refino secundário. O aço líquido perde energia térmica quando são adicionadas ligas, pelo sopro de gases, agitação e por convecção natural. Cerca de 70% dessas perdas ocorrem pelos revestimentos refratários, que dissipam energia para o ambiente quando suas superfícies são resfriadas. A microestrutura dos refratários Carbonfree resulta na redução da transferência de calor no material, devido a presença de fases de baixa condutividade térmica (por exemplo, agregados porosos) e sem o carbono que é uma fase usualmente presente e aumenta a condutividade térmica nos materiais. O processo nas panelas de aço é transiente e necessita de ferramentas numéricas avançadas para investigar o desempenho desses materiais nas condições específicas de cada aciaria. Tais ferramentas foram aplicadas para estimar o potencial de conservação de energia dos revestimentos Carbonfree em um caso real (linha de metal e sola) e os resultados mostram um potencial de redução de 21%. Os testes realizados in-situ compararam as diferentes taxas de queda de temperatura para cada configuração com as previstas pela ferramenta. Os benefícios estimados foram comprovados e a eficiência dos materiais investigados foi validada.

Oct 1, 2019

By Isaias Moreira de Freitas

Componentes de alto custo como rodas ferroviárias estão em pleno desenvolvimento a fim de aumentar o desempenho em operação. Para isso, diversos materiais microligados têm sido testados para obter melhores propriedades mecânicas e metalúrgicas. Esses materiais estão fortemente sujeitos a fraturas devido às solicitações térmicas e mecânicas durante o trabalho. Muitas dessas fraturas frágeis são ocasionadas por propagação de trinca, impacto, fadiga ou alguma falha metalúrgica. Essas fraturas e riscos operacionais vêm aumentando gradativamente com as maiores cargas transportadas. Portanto, novos materiais e processos produtivos devem ser exaustivamente testados a fim de garantir alto desempenho e confiabilidade. O objetivo deste trabalho é avaliar as propriedades dos materiais atuais e de diferentes composições de aços microligados de rodas ferroviárias de vagões, fabricadas pelos processos de fundição e forjamento. As amostras foram submetidas a ensaios metalográficos, mecânicos e de tenacidade à fratura. Foram avaliadas rodas convencionais, microligadas ao vanádio e microligadas ao nióbio. Nas rodas forjada e fundida, foram observadas propriedades de tração e dureza similares, e superioridade para o microligado em relação ao aço convencional. As rodas forjadas apresentaram melhor resistência ao impacto e a tenacidade a fratura, destacando-se a microligada ao nióbio.

Aug 16, 2017

By José Carlos D’Abreu, Luiz Cláudio Pinto Oliveira

Os pós ou lamas de aciaria gerados nos sistemas de despoeiramento dos gases de exaustão do conversor LD têm papel relevante entre os coprodutos siderúrgicos devido às suas significativas gerações, dificuldades no manuseio e acondicionamento e expressivo custo para processamento e/ou disposição. Em contrapartida, o elevado teor de ferro que possuem lhes garantem um potencial de substituição dos materiais primários nos processos metalúrgicos. Um método desenvolvido para a reciclagem do pó de aciaria LD foi a aglomeração a frio via briquetagem, para utilização como refrigerante no conversor LD. O efeito refrigerante do minério de ferro é cerca de três vezes superior ao da sucata de aço. Os briquetes de pó de aciaria LD contém ferro em diferentes estágios de oxidação e assim, seu poder refrigerante se situa em uma condição intermediária. Neste trabalho são avaliados, teórica e operacionalmente, o efeito refrigerante dos briquetes de pó de aciaria em comparação com outros refrigerantes. Considerando que a sucata tem um poder refrigerante de 340 kcal/kg, constatou-se que o poder refrigerante dos briquetes é cerca de 1,8 vezes superior ao da sucata e o poder refrigerante das pelotas é 2,8 vezes superior ao da sucata.

Nov 3, 2019