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By João Luiz do Vale

In standard wear tests, such as pin on disk (ASTM-G99) or block on ring (ASTM-G77), the apparatus simulates conditions that are often different from a machine element real application. Therefore, for an accurate investigation of a tribological application, it is essential to test the real condition in which there are similarities as: geometry, contact details, force application mode, materials, among others. It emphasizes that for studies involving polymeric materials it becomes extremely relevant. Thus, the Laboratory of Surfaces and Contact (LASC) at UTFPR developed an apparatus for sliding bearing on shaft test. In that equipment, loads are applied by a dead-weight system and the frictional force is measured on a load cell. The apparatus operating ranges for load added to the dead weight system and rotation shaft are from 0.2 to 5.0 kgf and from 260 to 3500 rpm, respectively. This paper presents a detailed evaluation of such apparatus, which includes free-body diagrams analysis and a deduction to obtain an equation for the kinetic friction coefficient. Also, the standard measurement uncertainties of a caliper, an electronic scale, and a cell load were determined. It was verified that the kinetic friction coefficient equation is dependent on the apparatus geometry, the applied load, and the frictional force value. Additionally, through the statistical significance analysis it was concluded that some terms in the equation were not significant. Finally, through the application of the error propagation theory in the kinetic friction coefficient equation, the standard measurement uncertainty of the apparatus which showed a value nearby 0.002 along the operating range of the apparatus was obtained.

Jul 31, 2018

By Giuseppe Pintaude

The use of two-dimensional shape parameters to characterize abrasive particles is a possible approach to express their angularity. Nonetheless, in sliding abrasion, especially in pin abrasion testing, coated papers structure plays an important role and even its damage during the wear process should not be neglected. This manuscript discuss the limitations of two-dimensional shape descriptors in distinguishing wear caused by relatively hard particles, indicating that the wear data obtained in sliding abrasion tests are unable to distinguish different types of coated papers used when only the two-dimensional particle projection is considered for shape characterization.

Jul 31, 2018

By Tobias Krull

The characterisation of iron ore from a materials handling point of view is paramount in order to provide the best possible design for the desired application and maximise equipment uptime at the lowest possible capital and operational expenditure. Problematic issues in materials handling applications often arise in the iron ore industry due to the high density of the ore as well as the abrasive nature of the product. One of the key issues encountered during the handling of iron ore is excessive wear due to either impact or sliding abrasion. The applications and equipment typically affected by accelerated wear issues are mass flow hoppers, transfer chutes and conveyor belts. These wear issues often result in unplanned down times and loss in production which can lead to a considerable loss in revenue. This paper provides an overview of the best practises in the materials handling characterisation of iron ore and discusses available techniques for the modelling of iron ore in applications where accelerated wear is experienced. The application is illustrated through a number of industry relevant case studies for which engineering design work was undertaken to successfully reduce the wear rates of different materials handling equipment.

Aug 1, 2018

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 Leonardo Camilo dos Reis, Edmilson Fernandes Dadomi, Claudio Silva de Paulo

In the hot strip mill production, one of the factors that may affect the productivity is the occurrence of failure due to the geometry of the strip at the exit of the rolling mill, because the tip of the strip can turn-down or turn-up. This study had the objective of evaluating the behavior of the strip when leaving the working rolls, through numerical simulation, aiming to know the influences of the main variables that govern the formation of the turn-down. The methodology consisted in performing the computational simulation of the strip mill and to vary the operational and geometric parameters that could influence the process. The results showed that the rolling of hot strips of HSLA material with final thickness varying between of 3 to 6 mm and a reduction of 6.6% to 11.0% in the last stand of a hot strip mill, tends to bend towards the roll with larger diameter, higher friction coefficient , higher temperature and lower limit of material flow. It was observed that the variation in diameter is the main factor that contributes to the formation of the curvature of the front-end of strip. Based on these results, several measures were implemented in the industrial line, with a significant reduction in the occurrence of turn-down.

Oct 2, 2019

By Thomas Germershausen

Worldwide BOF-based steel plants are faced with demanding environmental requests and rising energy costs. For cleaning of primary gases from the BOF the scrubbing technology is worldwide adapted. For wet-scrubbers there is a direct relation between pressure loss and achievable clean gas dust content. Subsequently main energy consumers within Gas Cleaning Plants are the driving fans. To evaluate actual performance and to identify optimization measures extensive field measurements at existing Gas Cleaning Plants were performed. The operational results from various BOF plants worldwide will be presented and benchmarked. As a conclusion, advanced control strategies for reduced energy consumption and lower environmental impact were developed and implemented.

Jul 30, 2018

By Claudeir Carvalho Silveira

Para produzir os aços bifásicos galvanizados com revestimento de Zn-Fe as tecnologias de galvanização foram adaptadas visando à produção de aços com alta resistência, resistentes à corrosão e boa conformabilidade. Desta forma, e considerando as deformações obtidas na estampagem tornou importante a caracterização em laboratório da influência do nível e do caminho de deformação na geração de trincas do revestimento com Zn-Fe aplicado a um aço bifásico. O presente trabalho avaliou o efeito dos caminhos de Deformação Uniaxial, Deformação Plana e Estiramento Biaxial Simétrico na evolução das trincas do revestimento Zinco-Ferro (Galvannealed-GA) e sua conectividade considerando o aço base Dual Phase 600. Foi observado que aumento da área composta por trincas ocorre com o aumento do nível de deformação para todos os caminhos avaliados. O Estiramento Biaxial Simétrico foi o caminho de deformação que mais influenciou no aumento da área com trincas na superfície do revestimento e na conexão destas trincas com o aço base. Isso ocorreu em função do estado de tensão (tração-tração) imposta à superfície e à seção dos revestimentos. Mesmo sendo observada a conectividade das trincas com o aço base não foi verificado visualmente defeitos de desplacamento do revestimento tais como Powdering e Flaking.

Aug 16, 2017

By Luiz Filipe Cardoso de Oliveira, Alex Milton Albergaria Campos, Paulo Santos Assis

Em usinas siderúrgicas integradas a coque, o carvão mineral tem papel fundamental principalmente na produção de coque metalúrgico, que será utilizado nos altos-fornos para produção do ferro-gusa. O coque é produzido a partir de misturas, de carvões minerais com diferentes propriedades, formuladas para atender os requisitos operacionais do processo de coqueificação e a garantir a qualidade do ferro-gusa que será produzido nos altos-fornos. Além disso, está mistura deve ter o menor custo possível uma vez que a maior parte do carvão metalúrgico utilizado no Brasil é importado, representando assim uma grande parcela do custo do aço. O grande desafio do setor é obter misturas de carvões que atendam a coqueria e produzam coque com alta qualidade e baixo custo. Para tanto, é necessário uma otimização de vários processos, desde a compra e transporte do carvão até sua estocagem, formação das misturas e abastecimento da coqueria. Com isto, este trabalho vem com o objetivo de sugerir uma otimização e planejamento da mistura de carvão para a coqueria com a utilização de rejeitos plásticos de menor valor agregado na mistura que possibilitem a produção de coque com menor custo e com a qualidade exigida no processo de fabricação de aço.

Oct 1, 2019

By Franco de Castro Bubani

Cu-base alloys (Cu-Zn-Al, Cu-Al-Be, Cu-Al-Ni), depending on their composition, have martensitic transformations that can be thermally or mechanically induced between a metastable structure called austenite and one or more metastable structures called martensites. In single crystals, depending on the specific composition of the alloy and the crystallographic orientation of the tensile axis, martensite-martensite transformations can be mechanically induced. The hysteresis associated to these martensite-martensite transitions is usually much greater than the one associated to the austenite-martensite transformation. Thus, martensite-martensite transitions are potential candidates for energy dissipation in a mechanical damper. Possible applications that would benefit from high hysteresis include seismic damping devices, dampers for satellites and the aerospace industry, defense and others. We present pseudoelastic cycling results of alloys submitted to different thermal treatments. Our conclusions highlight the fact that, under certain conditions, Cu-base alloys deliver better damping performance than commercially available SMAs and even the new Fe-base SMAs.

Aug 7, 2018

By D. A. Aranda-Regino, C. Gómez-de-la-Garza, J. Ramírez-Cuellar, L. A. Leduc-Lezama

The Pickling Line Tandem Cold Mill (PLTCM) at Ternium’s Pesqueria plant with a 5 stands, 6 high configuration started in 2013. At the time of the start up the work roll specification and grinding practices were stablished following a low risk policy to be able to sustain any start-up associated accident. Once a stable operation has been achieved both these policies are being modified to improve productivity and reduce costs. The specified hardness of the rolls has been increased and efforts are being made to optimize the grinding according to the rolling campaign length and materials. The fatigue damage in work rolls, after rolling and its removal by grinding was followed by hardness measurements made at the end of the rolling campaign and after grinding. Softening of the rolls after rolling was found mainly in final stands to be related to the averaged stress experienced during the campaign, the original roll hardness was recovered after grinding. Hardness evolution was also followed after each grinding step finding that the total amount of grinding could be reduced. The grinding practice was modified accordingly for the first stands and the yield of work rolls in them has improved.

Oct 1, 2019

By Nathanael Wagner Sales Morais

Os aços maraging tem grande importância tecnológica devido sua aplicação nas industrias aeroespacial e nuclear. Uma das aplicações para esse material é a fabricação de cilindros de alta resistência pelo processo de estampagem profunda, logo o conhecimento da textura cristalográfica torna-se fundamental. Este trabalho investigou o efeito da laminação à frio seguida por um recozimento sobre a microestrutura, textura e anisotropia plástica no aço maraging 350. A anisotropia foi medida pelo cálculo dos coeficientes de Lankford e dos coeficientes de anisotropia normal (Rm) e planar (?R). Os resultados mostraram o aumento na deformação a frio gera um aumento na intensidade da fibra acompanhada de um aumento no valor de Rm. As análises metalográficas mostram que maiores reduções induzem à um precipitação intermetálica após o recozimento.

Aug 8, 2018

By Douglas Glenn Stalheim

The demands for improved mechanical properties in hot rolled long products are increasing as the expectations of global Standards and construction designer’s increase. Cost constraints limit the excessive use of expensive alloys to meet these expectations. In addition, depending on the mill, equipment can limit what can be realized to meet the increasing expectations. The most effective way to meet the increasing expectations for improved mechanical properties of optimum strength and ductility is through producing steel with as fine as possible uniform cross sectional grain size in the “as-rolled” condition. The best solution to the development of this fine and uniform cross sectional grain size is to develop a cost effective alloy design coupled with proper metallurgical process control implemented into an existing mill’s equipment capability and layout. In other words, properly bringing together alloy, metallurgy, process control and existing equipment capabilities to develop an optimum product that can meet the increasing demands of the construction designer. This paper is designed to give a solid understanding of the production and metallurgical requirements to achieve a grain size in “as-rolled” long products that is as fine as possible within the limitations of the process and production parameters of the individual plant.

Jul 30, 2018

By Henrique de Siqueira Queiroz

A indústria mineral brasileira é uma das maiores produtoras de minério de ferro do mundo e as reservas do país estão cada vez com teores mais baixos. Por isso hoje são necessários estudos para viabilizar a explotação de jazidas de baixos teores. Utilizando-se de minérios mais pobres, faz-se necessário uma maior cominuição para beneficiamento do minério. Com uma menor granulometria do material, o processo de flotação passa a ter importante papel no beneficiamento por ser mais tolerável aos finos. O objetivo deste trabalho foi testar diferentes coletores catiônicos, especificamente aminas, utilizados na etapa de flotação reversa de um minério de ferro da região do Vale do Rio Pardo. As amostras utilizadas nos testes são provenientes da remoagem que, pelo circuito de beneficiamento, alimenta a flotação de finos. Foram testados como coletores as aminas EDA, EDA3 e EDA 3C da Clariant. A amina que obteve melhor desempenho foi a Flotigam EDA 3C que obteve concentrado final com 67,4% Fe e 1,76% de SiO2, e recuperação metalúrgica de ferro de 92,14%.

Aug 7, 2018

By Cleber Caetano Thomazi

Rotary kilns are continuous process equipment used on calcining of nickel ore. The chemical and physical reactions are created by means of heat up the material to predetermined temperatures. Tertiary air fans are attached to the kiln shell to maintain oxidizing/reduction conditions. Special ducts orientate the air flow inside the kiln. In the present work, two types of failure on distinct tertiary ducts mounted on the same kiln are reported. Chemical analysis, hardness test, metallographic and fractographic examinations were carried out. Fabrication related problems and creep were identified as the root causes of damages.

Oct 30, 2017

By Angel Rafael Arce Chilque

Um estudo visando à caracterização metalográfica e metalúrgica foi realizado em um aço ARBL (alta resistência e baixa liga) tipo X80, soldado com o processo arame tubular (FCAW) robotizado, com três diferentes níveis de energia de soldagem. Para tal foram utilizadas técnicas de metalografia óptica e microdureza Vickers (Hv). Foram depositados cordões de solda em forma de camadas sobre chapas do aço X80, variando a energia de soldagem e sem pré-aquecimento, no estado como soldado. Os resultados mostram que a técnica de sobreposição utilizada, com baixa e média energia de soldagem, não foi suficientemente adequada para melhorar as propriedades metalúrgicas dos cordões depositados anteriormente, inclusive da ZTA do metal de base.Os cordões depositados com alta energia de soldagem promoveram crescimento do tamanho de grão da GGZTA do aço X80 com a consequente diminuição da resistência ao impacto.Este trabalho da subsídios para uma melhor compreensão das soldas multipasses.

Aug 16, 2017

By Pedro Cunha Alves, Wagner Viana Bielefeldt, Vinicius Cardoso da Rocha, Augusto Lachini Pereira, Julio Aníbal Morales Pereira

The capacity of steelmaking slags (CaO-SiO2-Al2O3-MgO) on inclusion removal from liquid steel was investigated through experimental conditions. Laboratory experiments with slag and steel samples (with inclusion population known) were performed using a vertical electric resistance furnace at 1600 ºC. After the melting experiments, slag and steel samples were separated and analyzed regarding their chemical composition and inclusion population evolution. The capacity of slags on inclusion removal was evaluated based on the thermodynamics (solid and liquid phases proportion, phase composition and effective viscosity of slags) calculated using the FactSageTM 7.2. Results indicated that changes in the composition of slags (regarding CaO/SiO2 e Al2O3) presented effects on the steel cleanliness. The total inclusion density decreased in all steel samples and the removal of inclusions by slags shows a tendency to improve as their viscosity decreases (< 0.23 Pa.s).

Oct 1, 2019

By Keli Vanessa Salvador Damin

A produtividade de uma linha de moldagem numa fundição é determinada pela vida de banca dos moldes. No processo com resina fenólica alcalina (Alphaset), a cura ocorre devido à reação de polimerização entre a resina e o catalisador orgânico ester. O tempo no qual a reação de polimerização ocorre é influenciado por dois fatores: temperatura e a relação entre a quantidade de resina e catalisador (vazão mássica). Esse estudo procura estabelecer um entendimento entre estes dois fatores no tempo de banca, estabelecendo o mais predominante, para que assim possa-se aperfeiçoar o processo utilizando a quantidade adequada de resina e catalisador, sem perder a produtividade. Para avaliar o efeito da temperatura no tempo de banca foi realizado o teste de gel time com a resina em diversas temperaturas. Para avaliar a variação da vazão mássica da resina devido as diferentes condições de temperaturas foi realizado o ensaio com o Copo Ford. Observou-se que o tempo de polimerização da resina reduz exponencialmente com o aumento da temperatura da resina, sendo o inverso verdadeiro também. O teste com o Copo Ford mostrou que a vazão da resina é muito sensível a temperatura, aumentando quase 40% num acréscimo de 10oC na temperatura.

Aug 16, 2017

By Pedro Forastieri de Almeida Prado

A fim de recuperar-se todos os materiais presentes em painéis fotovoltaicos, o emprego de solventes orgânicos para promover a dissolução da fração polimérica e liberação dos componentes é uma alternativa ao tratamento térmico tradicional. Com o objetivo de verificar-se o impacto dessa etapa na recuperação de prata, o metal de maior valor presente nos painéis de silício cristalino, comparou-se taxas de recuperação de prata para rotas distintas de separação de materiais e cominuição: uma rota por dissolução do encapsulante através de solventes e uma rota por tratamento térmico e destruição do encapsulante. Utilizando-se o isopropanol como solvente, ainda foi analisada a contribuição da cominuição para a liberação da prata. Os ensaios de lixiviação foram realizados com soluções de 5M HNO3, analisando-se as concentrações de prata por ICP-MS. O processo de calcinação foi realizado em forno a 480°C, a dissolução do encapsulante realizada com isopropanol e a cominuição realizada em moinho de facas. Foi concluído que a separação com isopropanol não afetou a quantidade de prata lixiviada na etapa de recuperação de metais. Além disso identificou-se que a cominuição não seria necessária sob as condições de lixiviação utilizadas, já que poderia potencialmente contribuir para perda de prata no processo.

Oct 30, 2017

By Willian dos Reis Lima

O aumento contínuo da produção de aço nas últimas décadas, fez com que usinas siderúrgicas se adaptassem a novas demandas a fabricação de aço. Este estudo teve como objetivo analisar os reatores que variam de 6-350 toneladas de aço vazado correlacionado seus parâmetros dimensionais e com a ajuda de uma ferramenta de extrapolação de dados, propor dimensionalmente um convertedor de 800 toneladas. Finalizando, verificando a correlação entre os aspectos importantes como: altura do nível do banho estático, relação de esbeltez e relação carga / volume. Os resultados mostram a grande variação dimensional entre os reatores. Em alguns casos, mesmo com capacidades semelhantes, os reatores são diferentes devido fabricantes diferentes. Em casos específicos, os reatores têm uma tendência para obter idealidade (volume específico igual a 1) ou superar com ele o nível adimensional tende a diminuir.

Oct 30, 2017

By Thiago Pinto Silva

Este estudo teve como objetivo investigar o efeito da adição de minérios com diferentes comportamentos a alta temperatura (assimilação e penetração de fase líquida) nos indicadores de processo em uma sinterização piloto. Para isso, seis sinter feeds foram caracterizados e, em seguida, submetidos ao ensaio de sinterização, considerando diferentes misturas a sinterizar. Foi observado que a substituição parcial de um minério que possui grande capacidade de assimilação por aqueles que assimilam pouco o líquido formado no processo de sinterização, resultou em maior resistência mecânica do sínter. Essa propriedade pode também ser associada ao formato dos poros no sínter produto, que reflete na sua redutibilidade. Em termos de penetração de fase líquida, os resultados indicam relação direta com a resistência mecânica do sínter. Dessa forma, esses ensaios de caracterização, juntamente com os aspectos mineralógicos, químicos e granulométricos, permitem subsidiar a tomada de decisão para a substituição mais adequada de um minério na mistura a sinterizar.

Aug 16, 2017