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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 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 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 Bernhard Hiebl

Global trends that are constantly challenging the iron and steel producers are related to worsening of the iron ore grades, higher substitution rates of main iron ores to cheaper raw materials due to economic pressure and increased environmental standards. Changing the raw materials in an operating plant can significantly influence the sintering or pelletizing process. Adjusting all process parameters to regain stable and high productive operation takes considerable time and causes production losses. Furthermore changes in raw materials lead to variations in the process gas flows and emission concentrations.Therefore SVAI developed two models for numerical simulation of sintering process and pelletizing process. Amongst others the models are based on Ergun equation and include chemical reactions of the related process. For already operating plants the simulations shall predict changes of the process parameters when raw materials are exchanged or when operational parameters are varied. Furthermore the simulations give advantageous information for the design of green field plants and allow the simulation of different plant configurations.The objective of this paper is to demonstrate what the latest developments are in these numerical simulations and what Siemens VAI is doing to overcome the remaining challenges in this field.

Aug 2, 2018

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 Rafael Lopes

Os aços utilizados na fabricação do vergalhão CA50 conforme norma NBR7480 são usados em todo o Brasil. A grande aplicação deste tipo de produto é na indústria de construção civil em função de sua excelente resistência mecânica e soldabilidade. Estas características permitem o avanço na construção de grandes empreendimentos. Em 2009, a Votorantim Siderurgia na sua Unidade de Resende, iniciou a produção do vergalhão CA50 em escala, procurando aumentar a sua participação no mercado de construção civil. Foi identificada uma grande variação nos resultados de limite de escoamento nos ensaios de liberação de produto realizados a partir de amostras coletadas no início das bobinas de vergalhão CA50. Em função disso, foi feita a caracterização do limite de escoamento e microestrutura ao longo da bobina onde foi identificado que esta grande variação do limite de escoamento estava presente em toda a bobina. Desta forma, foram definidos os principais parâmetros do processo de laminação que poderiam estar influenciando na variação do limite de escoamento e realizado um planejamento de experimentos (DOE) para o vergalhão CA50 16,0mm, aço 1030, onde foram identificadas que a combinação da melhor distribuição da vazão de água nas Caixas d’água utilizadas no tratamento térmico de têmpera e auto revenido, somada à maior distribuição das espiras no pelo Formador e à ventilação do Stelmor no mínimo apresentaram resultados de limite de escoamento acima do mínimo especificado pela norma NBR 7480 com menor desvio padrão quando comparado aos parâmetros de processo que eram utilizados na produção do vergalhão CA50.

Oct 30, 2017

By Elham Kordzadeh

As the world’s reserves of coarse and high-grade iron ores continue to shrink, beneficiation is becoming increasingly important. The resulting concentrates cannot be used directly as feedstock for iron making, but require an additional agglomeration step. Pelletizing is preferred, because the uniform chemical, physical, and metallurgical characteristics of pellets make them a more desirable feed for the iron making processes. The heat hardening or induration of pellets is typically done in shaft furnaces, grate-kiln systems or on straight grates. Rotary kilns were originally developed in the late 19th century for Portland cement production [1]. The main development work for the successful adaptation of the process to the thermal treatment (induration) of green balls from iron ore was performed by Allis Chalmers in Milwaukee, Wisconsin, USA in the 1960’s [2].The straight grate process, which was first used in 1955 at Silver Bay, Minnesota, was a dedicated development with the aim to pelletize and indurate magnetite (taconite) concentrate [2]. There are various important technical and economical distinctions between the two pelletizing technologies. The most important differences include that a grate-kiln has three distinct pieces of equipment, a preheat grate, a rotary kiln and an annular cooler, whereas in the case of a straight grate, the entire indurating process is done on one piece of equipment only. In addition, both technological solutions have differences in their recuperation systems, direction of air flow in drying, number of burners, form of pellet movement, etc., which cause differences in raw material suitability, process control, economical aspects, plant operation and product pellet quality.

Oct 30, 2017

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 (&lt;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 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 Elton Douglas Heriger Pereira

Refratários de alta alumina apresentam boa refratariedade, elevada resistência mecânica em altas temperaturas, boa resistência à variação bruscas de temperatura sem se romper sendo utilizados em revestimento de panelas e válvulas siderúrgicas devido sua propriedade anfótero e ter aplicações sobre à ação de escórias básicas. Neste trabalho procurou-se avaliar o efeito de adições de 1,5; 3,0 e 4,5%p. de Nb2O5 em refratário de alta alumina, estes obtidos a partir de uma mistura de diversos tipos de alumina, 5,0 %p. ZrO2 nanométrica (TZ-8Y) e agregado de mulita, sinterizados em temperaturas de 1400 e 1600 °C. Como nestes refratários a ZrO2 não surte o efeito de microtrincamento, a formação de fase vítrea a partir de Nb2O5 e a incorporação de agregados ao refratário foram fundamentais nas propriedades obtidas. Foram avaliadas propriedades tecnológicas como densidade e porosidade aparente pelo método de Arquimedes, formação de fases por difração de raios-X e análise microestrutural por microscopia eletrônica de varredura e resistência ao choque térmico.

Oct 30, 2017

By Thamyres Moura Lima

O presente trabalho, traz a analise eletroquímica, curvas de polarização,das ligas Ti-35Nb-xTa (x = 0; 2,5; 5,0; 7,5)Ta (% em peso) anodizadas, a um potencial de 20V e 1hora e sem anodizar , para verificar o aumento da resistência a corrosão dessas ligas. O meio ao qual os ensaios foram realizados foi o sfb ( fluido corpóreo simulado).Obtendo como resultado que as ligas anodizadas apresentam maior resistênciaa corrosão nesse meio. A liga sem adição de tântalo obteve menor densidade de corrente, assim tendo uma maior resistência a corrosão após anodizada o que não ocorre sem a anodização.

Oct 30, 2017

By Andrea Zanon

Slitting processes have been used for many years to increase the productivity of smaller diameter deformed bars, without making major investments in the rolling mill. This technology is used mainly for the production of reinforcing bars (7-20 mm diameter), but successful applications exist also for round bar production. The multi-slitting process enables to produce up to 5 bars starting from one billet, thus increasing the productivity of the smaller products. Danieli Morgårdshammar, world leader in the supply of rolling mills for long products, has been a front-runner in slitting technology since its first applications and has recently developed, first in the world, the technology to produce 5X8mm rebar. This process has been recently applied in BRSM steel, a company based in Bangladesh which is a worldwide benchmark for slitting technology performances. This paper presents the necessary modifications which need to be considered when developing a 5-strand slitting project (and multi-strand slitting projects in general), as well as the results obtained at BSRM Steel when the process was implemented in 2016, the first rolling mill in the world rolling 5X8 mm slit rebars.

Oct 30, 2017

By Jorge Alberto Soares Tenório, Denise Crocce Romano Espinosa, Beatriz Peralta Oruê

Manganese, a toxic mineral, related to manganism may have high added value for the steel industry. The difficulty in obtaining manganese encourages the exploration of new secondary sources such as the lateritic nickel effluent. In Brazil, nickel reserves are predominantly lateritic, making the country a potential producer. For the tests, a synthetic solution was used which simulates the lateritic nickel effluent from leaching. The oxidative precipitation with ozone occurred at the oxygen flow rates: 0.5; 1.0 and 2.5L/min, at the original pH 1.5 at 21°C in a 500 mL bubble column reactor. O3 was produced in the benchtop generator feed by 99% oxygen. The ozonation time was determined by the oxidation potential1.55V. The ozonated solution was centrifuged and filtered. The filtrate and collected samples were characterized in ICP-OES. Optimization tests with ultracentrifuge were performed. The best precipitation reached 97% at 0.5L/min O2 at 6.07 ± 0.045mg/min of O3 dosage and resulted in a solution 10-15mg/L Mn+2, above 1mg/L, maximum value acceptable by Conama 2011, to be retreated before being discharged into the water body or being reused as a manganese source.

Oct 3, 2019

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 Delciane Porfiro, Tiago de Mattos Serodre, Antônio Eduardo Clark Peres, Valdirene Gonzaga de Resende

The evaluation of the effect of the addition of carbon nanotubes (NTCs) directly to a etheramine on the flotation recovery of the quartz at pH 10.5 was carried out by means of microflotation tests in Hallimond tube. The quartz flotation was evaluated using 0.1% (w/v) etheramine solution with different percentages of carboxylic functionalized NTCs. The increase in the percentage of functionalized NTCs increased the flotation recovery to a maximum and from this it was observed a reduction of the recovery of the mineral. Pure etheramine and etheramine with the NTCs were characterized by FTIR spectroscopy and thermal analysis. FTIR spectra of both pure etheramine and etheramine with NTCs clearly showed peaks with the same wavelengths and diagnostics of the cation etheramine and acetate anion. Thermogravimetry indicated that the etheramine + NTCs-COOH mixture lost approximately the same weight percentage over a larger temperature range. In addition, the interaction of the nanotubes with the etheramine caused them to decompose at a lower temperature.

Oct 3, 2019

By Roberto Carneiro da Silva, José Geraldo da Silva Moreira, Eder Quental de Araújo, Patrick Petronio de Castro Andrade

Os fornos de reaquecimento são equipamentos comumente utilizados na indústria siderúrgica para aquecimento de produtos intermediários produzidos pelo processo de lingotamento. A operação correta desses equipamentos pode ser medida através de sua produtividade, seu consumo específico e seu rendimento metálico. Isso se torna ainda mais desafiante quando se trata de fornos multicombustível, e de uma siderúrgica integrada de grande porte como é o caso da Gerdau Ouro Branco, que possui 5 fornos de reaquecimento para atender a 5 diferentes laminações onde a disponibilidade de gases combustíveis é variável para cada forno. Dessa forma, esse trabalho traz uma metodologia de otimização capaz de determinar qual a melhor mistura de combustíveis e Poder Calorífico Inferior do Gás Misto (PCIGM) para operar os fornos de reaquecimento em diferentes situações e necessidades operacionais e de produção.

Aug 1, 2019

By Jorge Magalhães Ávila de Paula

A aplicação de materiais metálicos exige que os mesmos sejam submetidos a etapas de conformação mecânica. Estes procedimentos elevam significativamente a densidade de descontinuidades, alterando a morfologia dos grãos, assim como o estado de tensão induzida na estrutura. Os materiais submetidos a processos de conformação, em especial aos de conformação a frio, são submetidos, após a deformação, a um tratamento térmico denominado de recozimento de recristalização, cujo objetivo é recuperar a estrutura e recristalizar os grãos. Neste contexto, estudou-se a viabilidade de aplicação da técnica de calorimetria diferencial (DSC), como ferramenta para a determinação da temperatura de início de recristalização de aços. Para a execução deste trabalho, foram utilizados amostras de aço SAE1010 que foram deformadas a frio e em seguida submetidas a rampas de aquecimento em um equipamento DSC. A técnica de DSC evidenciou apenas o início do fenômeno de recuperação do material. Algumas amostras deformadas foram submetidas a tratamentos térmicos de recozimento de recristalização a 500°C, 600°C e 700°C. A partir da caracterização microestrutural e de ensaios de microdureza, calculou-se os valores de k e n do modelo de Avrami para as amostras tratadas a 600°C e 700°C, obtendo-se após isto a energia de ativação para as deformações de 69,6% (199,5KJ) e 87% (178,4KJ). À 500°C, as amostras não se recristalizaram, confirmando esta temperatura abaixo da crítica para as deformações estudadas.

Aug 16, 2017

By Carlos Renato Inchoste Meure, José Ernesto Boff

Nowadays, many companies have the idea where to be occupied is to be productive, this work aims to show with practical tests that to get the best performance of the machine with tools of high performance and yield is the best option for a company to become productive and economic at the same time . The company targeted for this work began its activities in the Metallurgical branch more than 75 years, Metisa Metalúrgica Timboense serves the national and international market with several product lines. Due to its large backlog of overdue hours, a job was started in the tooling sector to make the process faster and more economical. In this context, this work has as general objective the restructuring of the critical processes of the tooling sector, aiming at a better functioning of the organization and greater satisfaction of its direct clients. In addition, this work has specific objectives, such as (1) application of high performance tools, (2) analysis and improvement of existing processes, development and application of new processes, (3) (High Speed Machining) (4) production monitoring and technical support for maintenance of new processes. Thus, after the implementation of the process improvements, it was possible to obtain a reduction of 81% in the final cost and 80.5% in the process time. In addition, with some of the new processes deployed, there was a reduction in the use of personal resources and better management of machine hour load and a significant gain in the sector response time.

Nov 22, 2018

By Bruna Silva de Almeida

Este trabalho apresenta o desenvolvimento do tratamento térmico de austêmpera em escala industrial do aço microligado ao Boro 22MnB5 da Companhia Siderúrgica Nacional – CSN, fornecido em bobina para o cliente Panatlântica para beneficiamento e posteriormente austemperado e testado em seu cliente Metal Mecânica Itália – MMI. Assim, descreve-se as etapas do processo de fabricação e caracterização do comportamento do material na aplicação em tiras austemperadas de aço na confecção de lâminas rotativas, que é um item importante na indústria de transformação de papel ondulado. O diferencial está na versatilidade desse aço, pois, apresenta boas propriedades de tenacidade, alta faixa de dureza e resistência ao desgaste, aliada a boa estampabilidade. Tal sucesso se deve a microestrutura bainítica e sua excelente ductilidade capaz de suportar as operações de estampagem após tratamento térmico.

Oct 30, 2017