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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 Danilo Gonçalves de Oliveira, Rogério Martins Pereira

Chatter is a widely studied vibration phenomenon that affects most cold mills around the world and its impact on these lines are tremendous: from productivity and quality losses to mechanical equipment damage. The investigation of its origins and how to minimize the occurrences and their impact on the equipment require special instrumentation and algorithms in order to have a detection of the vibrations as soon as they start. This paper presents three methods of identification of chatter on a Tandem Cold Mill and the actions to leave the vibration frequency range before its amplitude achieve catastrophic values.

Oct 1, 2019

By Nelson SOUTO, Nicolas LEGRAND, Christian COUNHAYE, Don EARLEY

The work is motivated by the automotive customer requirements for a roughness with high peak density (RPc > 75 peaks/cm) on steel sheet surfaces to maintain a good strip surface finish after painting. For that purpose, a new approach is utilized to compute roughness transfer and predict final roughness on uncoated steel sheets (average roughness, skewness, peak density) as a function of temper rolling conditions. The approach is based on the Monte Carlo method combined with the Abott curves and an auto-correlation function to numerically generate roughness profiles for roll and strip respectively. To compute the roughness transfer due to the interaction between roll and strip surfaces during rolling, a composite Abott curve that combines roll and strip Abott curves is used with an asperity crushing model integrated with a rolling model. This enables simulating two roughness transfer mechanisms in the roll bite: the strip asperity crushing mechanism by roll roughness and the strip asperity ploughing mechanism due to roll-strip interfacial sliding speed. The model shows the importance of considering the two mechanisms to predict roughness transfer correctly when strip elongation is high, typically a few percent, and roll bite friction is low. In these conditions, the forward slip at the exit of the roll bite tends to erode strip roughness significantly and decrease considerably the peak density on the strip. For lower elongation levels (~1%) and high roll bite friction, the ploughing mechanism becomes negligible and roughness transfer is controlled by the crushing mechanism only. With these two mechanisms, the model reasonably predicts the evolution of average roughness and peak density over a wide range of temper rolling conditions (new/worn work rolls, hard/soft grades, various elongations), but skewness is more difficult to predict for some trials.

Oct 1, 2019

By Lucas Gonçalves Generoso, Larissa Rodrigues de Carvalho Rocha, Gerson Evaristo de Paula Júnior, Beatriz Fausta Gandra

A eficiência na redução dos minérios de ferro no alto-forno é governada pela estrutura e permeabilidade das camadas de carga. A zona granular do alto-forno é a região onde a carga mantém a sua estrutura estratificada, decorrente do carregamento, sob a forma de grãos sólidos. Nessa região, as condições de permeabilidade determinam o perfil de distribuição do gás e, consequentemente, a eficiência térmica e química do reator. Na Usiminas, foi desenvolvido um ensaio de permeabilidade que permite avaliar a perda de carga em leitos formados pelas matérias-primas utilizadas nos altos-fornos, buscando as condições mais favoráveis ao fluxo gasoso. A partir deste ensaio, foi possível avaliar cargas compostas exclusivamente por sínter, pelota ou minério granulado, ou ainda combinações binárias entre estes. O sínter apresentou a maior perda de carga, seguido da pelota e do minério granulado. Apesar disso, o sínter foi o material que permitiu maior acréscimo de vazão do gás. Os ensaios realizados indicaram que 5% de material com granulometria menor que 5 mm é o limite para a concentração de finos do sínter, situação em que foi observado acréscimo de aproximadamente 50% na resistência à passagem dos gases para as velocidades correspondentes àquelas dos altos-fornos. O leito de melhor permeabilidade foi formado por 95% de sínter e 5% de pelota, seguido pelo de 100% de sínter, sem diferença significativa entre essas condições. Em geral, a combinação de sínter e pelota é mais benéfica para a permeabilidade do leito.

Oct 1, 2019

By Uazir Bezerra de Oliveira, Günther Staudinger, Michael Skorianz, Edo Engel

Oct 1, 2019

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 Juan Garcia de Blas, Allan Ribeiro de Souza

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

Oct 1, 2019

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

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

Oct 1, 2019

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

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

Oct 1, 2019

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

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

Oct 1, 2019

By Edilson Alves Maranhão, Willi Anton Buehler, Andrea Pezza

O processo de vácuo é a solução típica aplicada quando é hora de atualizar o nível de qualidade do aço de uma aciaria existente. A instalação do novo RH de 150t na planta integrada no México e do novo Tanque de Desgaseificação à Vácuo (VD) de 135t no Canadá para a produção de tubos de alta qualidade na América do Norte, é um exemplo típico disso. A nova instalação inclui o mais recente conceito de design para este tipo de equipamento: operações totalmente automatizadas e menor impacto ambiental são os principais aspectos do projeto. A solução de bomba mecânica a seco continua sendo a melhor abordagem de investimento e custo operacional para a tecnologia de vácuo. Os principais aspectos do design da planta são descritos neste documento. O desgaseificador a vácuo RH é responsável pela melhoria das performances metalúrgicas, especialmente em termos de nitrogênio, remoção de hidrogênio e nível de pureza do aço. O processo a jusante e os resultados estão estritamente ligados aos desempenhos do desgaseificador a vácuo. O monitoramento de processos através da linha completa é uma prática padrão para obter uma melhoria efetiva da qualidade do produto. Os desempenhos metalúrgicos do desgaseificador a vácuo RH são analisados e comentados neste trabalho.

Oct 1, 2019

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

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

Oct 1, 2019

By G. Martino, F. Silva, Emmanuel Marchal

The definition of the chemical specification at multiple steps of the steelmaking process is very common in the industry. Among all elements and compounds, the Sulphur content has a special control over several stages, from the coal blend to the final products. Coke, iron and steelmaking specialists usually agree on a static specification for each intermediate product according to their local operation capacity and production cost. However, local decisions have major impacts on the whole production chain and many global factors should be considered in order to make the best decision. In this study, we will exemplify focusing on Sulphur content concepts and techniques that could be applied to many decisions in an integrated carbon steel plant. The variation of coal and coke prices, the desulphurization cost and time, the processes operating points, the hot metal rate at converters, prices and demands of low and ultra-low Sulphur steel grades are some of the integrated factors that are usually disregarded during the specification process. Mathematical modeling presents itself as a proper option into dealing with all the complexity that emerges from integrating all these processes' trade-offs and decisions. This study presents the results of a mathematical model that encompasses economic, thermal, chemical, and mass balances, physical quality of materials and productivity constraints of all processes of a hypothetical integrated carbon steel plant. It optimizes the iron and steelmaking process on a global and unique objective, dynamically defining targets for product quality to achieve the lowest steel production cost. This study details multiple market-plant scenarios in order to compare economic and operating results of a static vs dynamic specification practice.

Oct 1, 2019

By Alexandre de Freitas Gomes de Mendonça, Leonardo José Silva de Oliveira, Rodrigo Seara Martins, Rodrigo Madrona Dias

No lingotamento contínuo, o pó fluxante é responsável pela formação de uma escória líquida no molde que formará um filme de escória entre a placa de cobre e a pele solidificada. As principais funções do filme são lubrificar e moderar o fluxo térmico no molde. Em particular, para aços com tendência ao agarramento, objetiva-se uma escória que potencialize uma extração térmica mais intensa em relação às escórias aplicadas em aços com tendência à depressão. O índice de basicidade do pó fluxante é o parâmetro que afeta diretamente a resistência térmica do filme de escória e, por consequência, a espessura da pele solidificada na saída do molde. Com o trabalho investigativo das melhores práticas, reduziu-se o índice de basicidade em 16,8% dos pós fluxantes aplicados em aços ultra baixo carbono obtendo um aumento de até 10,1% no fluxo de calor no molde. Além do aumento na espessura da pele solidificada, esse resultado também influenciou na estabilidade do nível de aço do molde e na qualidade superficial de placa.

Oct 1, 2019

By Peter Hodnik, Gabriele Paulon, Herbert Moser, Thierry Gautreau, Loris Busolini

At voestalpine Stahl, Linz a new conventional slab caster has been installed to produce mainly automotive and electrical applications grades, implementing the latest design solutions: tight pitch roll geometry, mould and strand stirring and braking devices, SEN water modelling validation, enhanced roll cooling design to allow dry casting conditions, finely defined slab cooling system layout to control slab surface temperature across the width. To control these design solutions the latest generation of technological packages has been implemented like detailed solidification model based on meshless computational algorithm and a fully dynamic application of soft reduction to achieve sound internal quality results.

Oct 1, 2019

By Armando Rivera, Ángel Cueva

Proyecto Mirador es una explotación a cielo abierto que requiere la construcción de vías, campamentos, plataformas, diques, canales, bandas transportadoras y otras facilidades, las mismas que implican remoción de suelos y su posterior adecuación en escombreras estabilizadas con técnicas de restauración ambiental. Mirador se encuentra en una zona tropical que presenta un promedio de precipitación de 2,500 mm anual y dos ecosistemas naturales: el bosque húmedo piemontano y el bosque húmedo montano bajo. En este documento se analiza cómo controlar la erosión con las especies de flora nativas, la tecnología a utilizar, la clase de suelo y la selección de plantas idóneas para cada ecosistema.

Sep 30, 2019

By Ángel Nuñez-Meza, Juan Alfaro-Bernedo

La intención del trabajo reportado en este artículo es la de superar las limitaciones que conlleva no trabajar con modelamiento previo, base de datos y un enfoque sistémico. En atención a esta idea, el estudio desarrolló un software para dos circuitos (directo e integral). Como resultado, se recomienda desarrollar un software integral de toda la planta concentradora —chancado, molienda, flotación y eliminación de agua— con diferentes tipos de circuito, en un solo sistema (enfoque holístico); además de migrar a un modelo de servicio en la nube, con el objeto de poder contar con completa disponibilidad.

Sep 30, 2019

By Joel Ochoa, Miguel A. Montiel

El artículo da cuenta del estudio de un prototipo de placa de desgaste para chutes de transferencia con un nuevo sistema de sujeción. El sistema fue validado mediante el software Ansys. La innovación no solo está constituida por un nuevo diseño sino también por el tipo de proceso productivo para la fabricación del producto mejorado. Se incluyeron ensayos con torquímetro, que presentaron resultados favorables.

Sep 30, 2019

By Jorge Luis Parisuaña

El trabajo describe y desarrolla un modelo conceptual de planificación minera alternativo a través del método in situ recovery (ISR). Detalla los conceptos que componen el modelo, describe sus componentes y menciona el equipamiento principal a utilizar. Además de presentar las ventajas y desventajas del método, el estudio revisa las principales oportunidades de desarrollo que este genera, así como los avances que se vienen desarrollando en diversas partes del mundo.

Sep 20, 2019