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By Andrew Slifka, Pello Uranga, Douglas Glenn Stalheim

Structural steel final mechanical properties of strength and ductility are predominately generated by the final ferrite grain size/packet size and homogeneity of that ferrite grain size/packet size through the cross-sectional area. Forty to seventy percent of the strength components come from how fine the final cross-sectional ferrite grain size/packet size that can be produced.[1] All the ductility properties of structural steels for a given microstructure are predominately driven by how fine AND homogenous the final cross-sectional ferrite grain size/packet size can be refined.[2,3,4] One key ductility property of structural steels used in construction and energy transmission applications is fatigue. Both low and high cycle fatigue can be realized in these end applications, however, low cycle fatigue is typically the predominate mechanism. In construction applications the environment for fatigue is typically air, such as in wind towers or high-rise building construction. In energy applications, there is an interest in high pressure (5.5 – 21 MPa, 800-3000 psi) gaseous hydrogen as an alternative fuel source to fossil fuels. A project to study the effect of the cross-sectional grain size/homogeneity of a relatively pure polygonal ferrite microstructure on the fatigue performance in air and high-pressure gaseous hydrogen has been developed. This paper will discuss the project strategy, microstructure developed for the project and initial test results.

Oct 1, 2019

By Patrícia Mundim Campos Faria

The process of particle size reduction by grinding is inherently inefficient and involves high capital and operating costs. In particular, ball milling is one of the important unit operations in the iron ore pelletizing process. The mill product, due to its physical properties, determines the efficiency of subsequent stages of classification, filtration and pelletizing, thus impacting the quality of iron ore pellets. The work demonstrates the application of the population balance model in the optimization of a full-scale ball mil circuit grinding pellet fines with the aim to evaluate the optimal solids concentration to improve iron ore pellet quality. Initially, detailed experimentation was carried out in a 25.4 cm diameter batch mill and a relationship for mill scale-up using a linear population balance model in wet grinding systems was established. The selection and breakage parameters and the specific selection functions were determined for pellet feed iron ore. It was possible to identify the non-normalizable nature of the breakage functions of the ore studied, which were modeled properly. Afterwards, as a result of incorporating the specific selection functions and breakage functions into the linear population balance model, it was possible to predict product size distributions in the pilot and plant scale mills (0.416 and 5.18 m diameter, respectively) from data obtained in the 25.4 cm diameter mill. Finally, with this scale-up procedure it was possible to appraise the plant scale optimization via laboratory scale grinding mill tests. The effects of changing percent solids were assessed in order to improve the industrial mill performance and the optimal value should be in the range from 76 to 80%.

Aug 1, 2018

By Piotr Pajaczkowski

Hydro generators installed in Itaipu Binacional power plant with 824/737 MVA rated output power (50/60 Hz) belong to the largest ones in the world. Among many unique features the generators are equipped with the largest hydrodynamic thrust bearings ever built (external diameter 5200 mm, axial load equals approximately 3600 t). This paper is an attempt to propose a new thrust bearing design with the use of the state-of-the-art technologies and simulation techniques that demonstrate a reduction of friction power losses generated by the thrust bearing. This paper is divided into two parts. Within the first one the original thrust bearing design which was implemented in the generators is described. Related calculation results based on a thermo-elasto-hydrodynamic (TEHD) calculation software used by Alstom will be presented. A comparison between measurement results gathered in the 1980’s is given. In the second part a potential solution of a more beneficial bearing design is described. The proposed thrust bearing design modification is an implementation of Alstom’s PolypadTM coating. This modern polymer (PEEK) coating material has already been used by Alstom in projects around the world for many years. This coating allows pushing the operating parameters limits toward higher temperatures and lower oil film thicknesses far beyond the limits known for the conventional bearing materials.

Jul 31, 2018

By Alessandro Marques

Based on a short overview regarding steel defects in the final product, several refractory approaches to maintain or increase steel cleanliness are reviewed in this publication. By applying a ladle to mold approach, one potential to maintain cleanliness is to reduce the probability of air ingress by selection of a suitable slide gate system. Following this path, also the influence of a special configured impact pot is presented to maintain steel quality. Finally, higher productivity as well as cleanliness can be provided by selection of PROIL as a revolutionary product at the casting machine.

Oct 30, 2017

By Demetrius Da Rós Ruy

O lingotamento contínuo é uma das etapas mais importantes na produção de aço, sendo um método rápido e eficiente na fabricação de placas ou tarugos através de processos de resfriamento onde o aço líquido é moldado e solidificado. Contudo, têm sido historicamente observado problemas de processo corrosivo acentuado na câmara de exaustão e na estrutura das máquinas da ArcelorMittal Tubarão. Os mecanismos deste processo corrosivo em máquinas de lingotamento contínuo, em geral, são variados e diretamente relacionados às condições operacionais da máquina, conduzindo a elevados custos de manutenção, diminuição da vida útil das máquinas, causando insegurança e interferindo na qualidade do produto. Este trabalho objetiva descrever as causas principais deste processo corrosivo e mostrar o desenvolvimento de testes que foram conduzidos visando a minimização deste fenômeno na máquina de lingotamento de placas #1 da ArcelorMittal Tubarão no ano de 2017.

Oct 30, 2017

By Luis Armando Espitia

AISI 410 martensitic stainless steel specimens were low temperature plasma nitrided at 400°C in a mixture of 75%N2:25%H2, during 20 h. Active screen technic was used to avoid any edge effect The nitrided case is composed of expanded martensite (a’N) and e-Fe3N iron nitride, whilst chromium nitride precipitation was avoided. Surface hardness reached 1275 HV0.01. The transverse microhardness profile shows a gentle hardness gradient with a NHT nitrided case depth of 28 µm. Nanoindentation tests were carried out in order to assess the hardness (H), the Young modulus (E), the H/E and H3/E2 ratios and the elastic recovery (We) of both nitrided and non-nitrided specimens. The cavitation erosion mass losses were measured as a function of exposure time. The results showed a decrease of 27 times of the mass loss compared to the non-nitride specimens. Wear rate decreased from 2.56 mg/h for the non-nitrided condition to 0.085 mg/h after nitriding. The increment in the elastic recovery and the higher hardness values are responsible for the greater cavitation erosion resistance exhibited by the expanded martensite. Such results showed that low temperature plasma nitriding and the formation of expanded martensite are effective to increase cavitation erosion resistance of AISI 410 stainless steel.

Jul 31, 2018

By Adriana Amaro Diacenco

This work presents the finite element modeling of Euler-Bernoulli beams constituted of a metallic material, discussing theoretical and numerical aspects. The numerical analysis uses Hermitian interpolation functions and finite elements with two degrees of freedom per node. A numerical simulation will be done for uniform loading considering two kinds beams (steel and aluminum). The paper is organized as follows: introductory comments and numerical simulations to evaluate the static and dynamical behavior of the metallic beams.

Aug 7, 2018

By Adriana Amaro Diacenco

Neste trabalho, os procedimentos para modelagem de estruturas de compósitos do tipo sanduíche que incorporam materiais viscoelásticos são apresentados. A análise numérica foi desenvolvida utilizando a Teoria de Deformação Cisalhante de Primeira Ordem (FSDT), que é implementada em um elemento Serendipity retangular contendo oito nós e cinco graus de liberdade. A incorporação do amortecimento para os modelos de elementos finitos em compósitos de placas laminadas é feita usando a abordagem de módulo complexo e a resolução numérica das equações resultantes do movimento são aspectos particularmente relevantes dos procedimentos de modelagem. Após as discussões de vários aspectos teóricos, as funções de resposta em frequências (FRF's) são calculadas para placas laminadas de compósitos com camada viscoelástica.

Aug 17, 2017

By Rafael Lopes

O rendimento metálico é um dos principais indicadores de processo de laminação de longos, uma vez que tem influência direta na redução do custo de produção, sendo fundamental no atual cenário econômico da siderurgia brasileira. Em função disso faz-se necessário identificar as principais causas de perdas metálicas para aumentar o índice desse indicador, utilizando a metodologia DMAIC. Como resultado houve o aumento de 1,22% alcançado pela otimização dos parâmetros de processo do tratamento térmico, redução do comprimento do descarte da cabeça e cauda da barra na tesoura e melhoria na automação das válvulas do sistema de têmpera e autorevenido.

Aug 17, 2017

By Patrick Tassot

Increased worldwide highly competition in steel market imposes innovative measure for the steelmaker targeting cost reduction and climate-friendly steelmaking process in order to have the ability to withstand the pressure of the market. At the same time the demand for high purity and highest quality steels continues to grow from year to year, especially in the sector automotive in transportation of oil and gas, in the construction Industry and in the manufacture of heavy plate. As they allow producers to be up to the requirements while allowing expanding their product mix, new secondary metallurgical treatments have become a must additionally to standard equipment elements of steel plants modern. Most of these treatments occurs in the steel ladle increasing the pressure to ensure a reliable and as possible neutral reactor. Intelligent solutions for refractory lining ladles should integrate better adaptation to the operational process parameters and the high reliability/availability at the best cost/performance. This challenge has conducted Refratechnik to develop new concepts to overcome the frontier between shaped and unshaped materials and that’s what will be covered in this paper.

Aug 17, 2017

By Douglas Glenn Stalheim

Hot strip structural steel coil used in construction, engineering, transport, structural applications and other applications are widely used in yield strengths from 300 – 700 MPa. However, structural design engineers are now not only requiring various strength levels but also other mechanical properties, primarily good formability, toughness and weldability. To produce a balanced approach to a cost effective structural steel, hot strip coil requires an understanding of utilization of an optimized alloy composition designed for the layout/equipment capabilities of a given hot strip mill to produce the desired metallurgy for optimum mechanical property performance. The term “cost effective” does not just focus on alloy design, but also ease of overall processing from steelmaking, casting, rolling and cooling, stable mechanical properties with a statistically normal distribution, no downgrades/rejections and a product that the end user recognizes as being superior to others. The desired metallurgy is simply understanding what will be the optimum microstructure and cross sectional grain size/distribution needed to meet the mechanical property requirements. This paper is a follow up paper that previously described optimum base alloy designs along with steelmaking/casting processing considerations and will focus on proper reheating, rolling and cooling metallurgy/processing strategies to produce quality cost effective hot strip structural steel coil.

Aug 17, 2017

By Maria Fernanda Gonçalves de Oliveira

O objetivo do trabalho é estudar a viabilidade da realização do tratamento superficial via implantação iônica por imersão em plasma (3IP) de nitrogênio de chapas de nióbio soldadas previamente com feixe de laser, para formação de camadas de nitretos sobre superfície do material base, zona termicamente afetada (ZTA) e do cordão de solda. Os resultados obtidos são discutidos levando-se em consideração a influência do tratamento nas alterações apresentadas pelo material tratado. Os resultados mostram uma significativa alteração na superfície do material, em termos de composição química, evidenciando a formação de nitretos de nióbio sobre esta superfície. Em geral, os nitretos de materiais refratários apresentam propriedades desejáveis para aplicações que envolvem temperatura elevadas de trabalho como: estabilidade térmica, elevado ponto de fusão, boa resistência à oxidação; além de apresentarem elevada dureza e baixas taxas de desgaste e corrosão. Em virtude do aquecimento do substrato, durante o tratamento, observam-se mudanças microestruturais no material tratado. Tais alterações microestruturais, nas diferentes regiões analisadas, mostram-se benéficas na homogeneidade dos valores de dureza apresentados, especialmente na região do cordão de solda e material de base. A redução da dispersão dos valores de dureza entre o cordão de solda, a zona termicamente afetada (ZAC) e o material de base podem minimizar a presença de regiões com concentrações de tensões, melhorando a resistência mecânica do material quando submetidos a esforços mecânicos, como tração uniaxial.

Aug 8, 2018

By Bruno Pinheiro da Silva

Controlar a distribuição de carga do Alto Forno é fundamental para o controle de processo, e através de sua otimização, dentre as mais variadas configurações operacionais, busca-se lograr da estabilidade do processo e aproveitamento do gás no interior do reator. Para tal, utiliza-se um sistema de carregamento, sendo o mais usado na atualidade o do tipo Bell Less Top com calha rotativa. Durante o carregamento do forno as partículas passam pela calha rotativa, resultando em abrasão dos elementos de desgaste que por sua vez, altera a geometria da mesma, gerando alterações na trajetória das partículas carregadas e a mudança de trajetória pode perturbar a marcha do Alto Forno. Nesse contexto, a boa condição da calha passa a ser um fator essencial para a manutenção da estabilidade operacional. O presente trabalho, aplica o método dos elementos discretos (DEM) para caracterizar os efeitos do desgaste da calha na trajetória do material descarregado, podendo assim avaliar melhor os distúrbios na estabilidade do Alto Forno, e com isso a indicar o melhor momento para troca da calha.

Oct 30, 2017

By Rodrigo Monzon Figueredo

Neste trabalho foi estudada a corrosão dos aços API 5L B e X52MS em soluções ácidas descritas nas normas NACE TM0284 e TM0177. A susceptibilidade ao trincamento induzido pelo hidrogênio (HIC) foi determinada em cada meio, os produtos de corrosão foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura e espectrometria de energia dispersiva de raios-X e, posteriormente identificados por difratometria de raios-X. Conclui-se que o pH afeta diretamente a solubilidade dos produtos de corrosão e a permeação de hidrogênio. Na solução 177-A, ambos os aços sofreram corrosão generalizada, enquanto que na solução 177-B foi evidenciada a presença de um filme fino descontinuo. Somente o API 5L B não passou no teste de HIC. Na solução 284-B de maior pH, os aços apresentaram filmes espessos e o trincamento pelo hidrogênio não foi observado.

Oct 30, 2017

By Lucio Fabio Cassiano Nascimento

A determinação dos parâmetros cinéticos de cura de uma resina polimérica, bem como do compósito de matriz polimérica constitui importante ferramenta científica e tecnológica para processos industriais. No presente trabalho foi utilizada a técnica de calorimetria diferencial de varredura (DSC), prevista pela ASTM E698, com taxas de 5, 7,5 e 10°C/min para determinação da energia de ativação “E” (kJ/mol), fator pré-exponencial “Z” (min-1) e o tempo médio para alcançar 50% de cura “t1/2” para o epóxi puro e para o compósito reforçado por fibras de malva, em temperaturas variando na faixa de 25ºC a 100ºC. Os resultados mostraram que o tempo médio de cura de 24h, utilizado para a produção de placas de resina epóxi DGEBA-TETA ou compósitos de epóxi reforçados com fibras naturais, pode ser reduzido consideravelmente.

Oct 30, 2017

By Valter Félix Júnior Carvalho

A operação de um porto de minério é um campo fértil para boas práticas em integração de sistemas. Por tratar um produto normalmente sem alteração de características ao longo do processo, é possível analisar essa integração exclusivamente sob a ótica dos sistemas envolvidos. Dada a quantidade de sistemas independentes e complexos, o estabelecimento de interfaces se torna um fator essencial para o sucesso do projeto. Por outro lado, a necessidade de persistência de informações consolidadas, como informações de rotas e de planos de carregamento, torna interessante o uso de Sistemas de Bancos de Dados (SGBD) e sistemas legados. A integração de todos os sistemas necessários num projeto conciso com um fluxo de informações completo e eficiente também exige um gerenciamento vertical, que possa cuidar do acoplamento de todos os níveis de forma eficiente. Nesse mesmo caminho, o desenvolvimento coordenado com metodologias que permitem a interdisciplinaridade é essencial para complementar a tarefa da gestão, trazendo a preocupação com uma integração eficiente para o nível de desenvolvimento.

Aug 16, 2017

By Caroline Gomes de Oliveira

A busca por materiais que atendam as demandas ambientais que vem surgindo com o passar dos anos abre um importante mercado para a aplicação de fibras naturais. Além de biodegradáveis e provenientes de fontes renováveis, as fibras naturais possibilitam a produção de materiais compósitos de baixa densidade e com boas propriedades mecânicas. Para aumentar ainda mais essas propriedades, estuda-se o uso de tecidos de fibra natural em vez das fibras alinhas. As principais vantagens desta nova configuração são o reforço em mais de uma direção ao mesmo tempo e o fato de serem mais compactos, viabilizando a incorporação de uma fração maior de material de reforço. O presente trabalho investigou a resistência ao impacto de compósitos de matriz poliéster reforçados com tecido puro de rami, que é uma das fibras lignocellusosicas mais resistentes encontradas até hoje. Os corpos de prova foram reforçados com 1, 2 e 3 camadas de tecido e foram ensaiados num pêndulo de impacto Izod. Concluiu-se com base nos resultados que o aumento da fração volumétrica de tecido aumenta a resistência ao impacto dos compósitos.

Aug 17, 2017

By Daniel Bicalho Viegas

Chapa de desgaste revestida com metal duro tem ampla aplicação na indústria, principalmente no segmento de mineração. Usualmente, o revestimento é aplicado em chapas de aço de baixo carbono. Estes aços são os mais comuns devido à sua boa soldabilidade. Paralelamente ao emprego das chapas revestidas, foi desenvolvido um aço de baixo carbono e de elevada dureza (350 a 600HB), com a finalidade de se tornar uma boa opção como chapa de desgaste. Em função da escassez de informações técnicas quanto à aplicação de revestimento em chapas de alta dureza, este trabalho tem como objetivo avaliar a influência do ciclo térmico de soldagem sobre as propriedades mecânicas do aço Hardox® 450. A metodologia experimental consistiu no revestimento do aço Hardox® 450, com dureza da ordem de 450HB. Para o revestimento foi utilizado o processo de soldagem FCAW. Após a soldagem, foi feita análise do perfil de dureza na seção transversal dos corpos de prova. Para avaliação da resistência ao desgaste, foi feito o ensaio de abrasão conforme recomendações da norma ASTM G65-04. De acordo com os resultados obtidos foi possível confirmar que a aplicação do revestimento duro influencia diretamente nas propriedades mecânicas do material.

Aug 17, 2017

By Afonso Garcez de Azevedo

As primeiras argamassas utilizadas em construções pelo homem continham em sua composição, materiais argilosos. Porém, por ser um material com muitas cargas elétricas livres, as argilas reagem constantemente com a água, ocasionando grande variação linear que acaba causando fissuração nas argamassas feitas com esse material. Assim, para solucionar esse problema, passou-se a utilizar cal hidratada no lugar dos materiais argilosos. Dessa maneira, mesmo não sendo composta por argila, a argamassa mantém sua trabalhabilidade. Nesse cenário, o presente trabalho teve como objetivo balancear estequiometricamente a cal hidratada e as argilas estudadas, para utilizar essas quantidades em argamassas para revestimento, barateando assim o material. Para encontrar esse balanceamento estequiométrico calculou-se a massa molar para um mol de cal hidratada e para um mol teórico de argila. Assim foram estipuladas algumas proporções possíveis de balanceamento da equação de reação cal+argila. Além disso, foram confeccionados corpos de prova, variando as quantidades de argila e cal, para realização de ensaios de capilaridade, a fim de comprovar a eficácia dos resultados encontrados no balanceamento teórico.

Oct 30, 2017

By Mario SINNAEVE, Olivier LEMAIRE, Gisèle WALMAG, Sébastien FLAMENT

Many hot rolling mills worldwide face nowadays bonding zone fatigue problems before reaching scrap diameter of the work rolls. This phenomenon is nowadays known to occur in reversing roughing mills both in stainless steel and in carbon steel rolling. The phenomenon can be explained through longer rolling campaigns, inadequate backup or work roll maintenance, harder steel grades or increased throughput by reduced amount of passes to achieve the same thickness. In order to help users in optimizing the roll use, we developed a numerical tool to evaluate and optimize roll maintenance. This paper will review the influence of roll geometries on stresses generated at the roll surface but also at the bonding zone. We will also show how roll geometries can decrease contact fatigue damages by modifying crowning and chamfering procedures, shell thickness, material design or campaign length

Oct 1, 2019