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By Luis Acainas Caballero, Karl Hoen, Stephan Krämer, Christoph Klein

The situation of the steel industry is still challenging. Worldwide overcapacities have an impact on profitability. More than ever, the point at SMS group is to provide the steel industry with flexible and profitable technologies and systems over the whole process chain. One example for that is the thin slab casting and rolling technology and, in particular the CSP® technology (Compact Strip Production), being well established for hot coil production. From its introduction in 1989, CSP® technology has been continuously further developed. Today, on a CSP® plant, the full range of high-quality steel grades can be produced with tightest geometrical and metallurgical tolerances under optimal economic conditions. With the introduction of semi-endless rolling and, as a further step, the endless rolling process, the product range for thin and ultra-thin products has been further enlarged, allowing for the production of hot rolled coils with a thickness of 0.8 mm for low carbon steel grades. Also high-strength steel grades may be produced with gauges below the minimum product thickness that can be achieved in a conventional-type hot rolling mill. Another step in the further development of CSP® technology is digitalization. In December 2016, the CSP® plant of Big River Steel (BRS), located in Arkansas, USA was put into operation. It is the first learning steel mill in the world. The CSP® plant of BRS comes with innovative technologies, providing impressive operational results right from the beginning.

Oct 1, 2019

By Michael Windhager, Karl H. Ziehenberger

ULTIMA® are high performance, centrifugal cast, double poured (CC duplex) work rolls. This paper describes the principle of the ULTIMA® roll concept and its wide range of usability. The ULTIMA® concept provides a solution for rod and bar mills to increase performance and output, even under harsh rolling conditions. The main focus is on highly loaded mill stands that require both high wear resistance and resistance against thermal fatigue, like pre-dog bone, dog bone, slitter. Specific case studies of quite different mill configurations and rolled product mix prove the positive impact on production yield, mill and roll shop operations, and profitability in terms of TCO (total cost of ownership).

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 Tanque de Desgaseificação à Vácuo (VD) de 135t no Canadá e do novo RH de 150t na planta integrada no México 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 VD 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 VD são analisados e comentados neste trabalho.

Oct 1, 2019

By Valeria Collini, Antonello Mestroni, Enrico Plazzogna

The Danieli Group is deeply involved in the technological improvements stimulated by Industry 4.0 concepts widely applied to the metals industry and process automation. The so-called "Intelligent Mill" is the natural evolution of the company’s consolidated know-how and undisputed leadership in the fields of mini-mill and turnkey plants. Complete and structured data collection is the basis for real-time analysis and process optimization in terms of quality, efficiency and easy maintenance. A centralized repository of information is possible thanks to the strong interconnection between process control system architecture and intelligent sensors, together with dedicated software tools leading to an intuitive approach to data analytics.

Oct 1, 2019

By Antônio Augusto Gorni, Fabio Adriano da Silva, Emanuelle Garcia Reis, Afrânio Márcio Costa

Gerdau Ouro Branco´s plate mill started the operation in 2016 with high level technology. Stands out the capacity to produce different thicknesses in a same plate, therefore allowing special service for sectors such as building structures, bridges, shipbuilding and mechanical applications. The purpose of this study is to present the first results obtained in this innovative product in Brazil. Some slabs of EN10025-2 S355JR+AR steel were rolled and were evaluated the dimensional tolerances, mechanical properties uniformity, grain size, surface and internal qualities. In addition, a correlation was observed between slab and plate thickness reduction and internal plate quality. The results show that this technology can be used with adequate performance for these steel grades in the current market.

Oct 1, 2019

By Haruki Inami, Takashi Ishida, Kazuhiro Ohara, Hiroyuki Imanari

The highly competitive business environment of the international metals industry is driving demand for more cost-effective operation of steel making facilities, rolling mills, and strip processing lines. Achieving stable operation is vital if the steel industry is to produce high-quality products constantly and productively. In recent years, advances in computer processing speeds, data acquisition rates, and data storage capacity have rapidly led to greater use of the new technologies of big data, analytics, the IoT, and AI by control system designers and process engineers, and the introduction of industrial applications. The “Smart Rolling Mill” solutions for hot strip mills have been developed by our group with the goal of achieving sophisticated, state of the art, and automated operation in steel rolling mills. The various solution engines improve process stability, increase the performance of mill equipment, and provide improved process control. These solution engines are based on extensive knowledge of the rolling process and the associated control systems. Two solution engines in particular are the diagnosis systems for rolling condition and for product quality that contribute to cost-effective operation and lower yield loss. This paper focuses on the diagnosis systems for rolling condition and for product quality in hot strip mills. Advanced information technologies using big data analytics and machine learning are applied to real-time data collected from the automation system that controls operation and the rolling process. We have developed diagnosis solutions for rolling condition and product quality utilizing predictive and clustering diagnosis. Predictive diagnosis prevents serious problems by detecting changes in the state of the plant or in the rolling condition. Clustering diagnosis classifies patterns of fluctuation in product quality trend charts, providing effective tuning guidance for improving product quality. This paper describes these applications with several examples.

Oct 1, 2019

By Henrique Lacerda Eleutério, Aldo Henrique de Almeida Barbosa, Vicente Tadeu Lopes Buono

The automotive industry’s interest in galvannealed (GA) boron steel for hot forming processes application has been steadily increasing due to its excellent surface quality, galvanic protection provided to the parts, good paint adhesion and better weldability in relation to other coatings for this application. In this study, samples of 22MnB5 galvannealed steel were heat treated and hot stamped on a water cooled die in laboratory scale. The influence of heat treatment on stability of coating and steel was assessed by using initial heating rates 11.0ºC/s and 15.0ºC/s. Microstructural evolution of galvannealed coating and structural integrity of steel during hot forming were investigated by scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy analysis (SEM/EDS/Line scan), X-ray diffraction (XRD) and optical microscopy (OM). It was possible to quantify the Fe-Zn phase evolution during hot forming, to understand the effect of these heating rates on the product properties and to establish an optimized heat treatment for hot forming of these steel. The heat treatment with the heating rate of 15.0ºC/s presented greater operational flexibility and final products free from surface defects or cracks in the substrate.

Oct 1, 2019

By Roberto Gomes da Silveira Junior, Marcos Cordeiro Fonseca, Geraldo da Conceição Morais, Manoel Gomes de Souza Neto

Sinter maximization in the blast furnaces charge has proven to be the most economically viable way to produce pig iron at Usiminas. This fact has led the company to develop projects aimed at increasing the production of sintering. In this context, the present work shows the recent experience of Sintering Machines 1 and 2 drum mixer exchanging contributing to the increase of operational productivity due to the optimization of the original design. For 13 days was the replacement of the original drum installed in 1974 by a new drum with improvements in the design of the internal and the sprinkling water system. The improvements contributed to the effective formation of micro-pellets and, as a result, increased productivity of Sinter Machines. Several aspects of the project are presented: engineering, planning, safety, manufacturing, technical quality, schedule and a comparison between the parameters of the equipment operation before and after the implantation

Oct 1, 2019

By Walter Luiz Castro dos Santos, Leandro Resinentti Zanon

In the production of iron ore pellets, one of the factors that strongly influence the cost of ore-pellet processing is the specific consumption of natural gas that occurs during the thermal processing stage of the pellets. The filtration process is the step where the adequacy of the moisture percentage of the retained pulp occurs, so that subsequently there is the processing in the subsequent stages of the pellet formation and hardening of pellets. The water contained in the raw pellet is withdrawn at the stage of thermal processing. For this purpose, the literature indicates the demand of 600 Kcal/kg of water for the heating and vaporization of the moisture of raw pellets. The statistical analysis of the performance data of a pelletizing plant showed that for each decrement of 0.1% of water in the retained pulp is equivalent to the reduction of 0.091 Nm3 in the consumption of natural gas per tonne of pellets produced. Thus, the proper performance of the filtration stage is essential to reduce the percentage of pulp moisture retained and consequently to increase the energy efficiency of the pelletizing furnaces. The aim of this article is to present the main steps in conducting a work to increase the filtration performance to reduce the percentage of retained pulp moisture and the positive impacts on the specific natural gas consumption of a plant Pelletizing.

Oct 1, 2019

By Davi Silva Braga, Alexssander Lopes Sampaio, Rodrigo Carneiro de Oliveira

Vallourec was world pioneer in the deployment, development and consolidation of technology for the use of pulverized charcoal as the main energy source on the first Grate-kiln pelletizing plant in Brazil. The objective of this work was to delve into the subject and to bring more information about this innovative practice of Vallourec that has been attracting the attention of other companies in the steel industry. Industrial tests confirmed the technical feasibility, taking Vallourec ahead in the project of adaptation and investment. With consolidated data of two years and five months from the beginning of the implementation, the main benefits are the average reduction of CO₂e emissions by 50%, cost reduction higher than expected and return on investment in just 19 months.

Oct 1, 2019

By Larissa Rodrigues de Carvalho Rocha, Mauro Vivaldino Fernandes, Beatriz Fausta Gandra

A composição química do gás redutor afeta, de forma marcante, sua difusividade através do leito e a capacidade de redução da carga metálica. Associado a isto, o cenário econômico e ambiental indica a necessidade de se buscar cada vez mais elevada produtividade dos altos-fornos, com baixo consumo de combustível e menor emissão de CO2. Para tanto, as empresas têm buscado operar com elevada taxa de injeção de carvão e, em casos de política favorável, intensificar o uso de gás natural em altos-fornos. Nestes casos, a quantidade de material reduzida via H2, em comparação ao CO, é aumentada. No presente trabalho, são apresentados os resultados de ensaios em amolecimento e fusão (A&F) de dois tipos de granulados, de um tipo de pelota e de um sínter industrial, utilizando-se como redutor um gás com diferentes teores de H2 (0% a 12%). Verificou-se que, para o granulado, não há uma tendência definida. Embora um maior teor de hidrogênio possa favorecer a redução, isto não refletiu em melhor permeabilidade do leito. No caso da pelota estudada, houve leve tendência de melhora nos parâmetros avaliados quando se tem o gás mais rico em hidrogênio. No entanto, seu desempenho em A&F foi muito aquém daquele esperado para este tipo de carga, uma vez que apresentou elevada resistência à permeabilidade associada à baixa redutibilidade até o início do amolecimento. Para o sínter, foi identificada evidente melhora nos aspectos de redução e de permeabilidade do leito.

Oct 1, 2019

By José Geraldo da Silveira, Luiz José Gonçalves, André Mendes Carneiro Lyrio, Raylander Rocha Pessoa, Péricles Guimarães Oliveira Aguiar, Guilherme Ribeiro do Espírito Santo, Filipe Soares Pontes

Este trabalho tem como objetivo apresentar a origem do projeto inovador do cadinho do Alto-forno 2 além do planejamento, a implantação e os resultados obtidos no Alto-forno 2 da Aperam South America após a reforma. O trabalho de pesquisa e desenvolvimento teve início em 2012 após a primeira marcha fria com conseqüente redução das temperaturas da soleira. Foram realizadas diversas reuniões, discussões e seminário sobre alto-forno com especialistas de diversas empresas. A mudança de redutor carvão vegetal para coque por seis meses serviu para comprovar parte da teoria construída pelo time da redução. Para, por fim, culminar no conceito por trás do problema do AF2 e então o novo design do cadinho que foi proposto e implantado na reforma iniciada em dezembro de 2017. Após sua implantação, conforme teorizado pelo time, uma nova gama de resultados e patamar de operação foram atingidos, comprovando diversas das teorias formuladas.

Oct 1, 2019

By Cameron Soltys, Hamid Ghorbani, Maher Al-Dojayli

Cooling staves in blast furnaces are used to minimize the process heat loads on steel shell and refractory system. Copper staves are exposed to significant fluctuating thermal loads which may lead to premature stave failures due to cracks, water leakage, bending, abrasion and resultant wear. In this paper, an assessment methodology is presented to evaluate the effect of thermal cycling on copper staves including bending, fatigue and thermal ratcheting. This approach incorporates temperature-dependent copper properties including creep and plasticity to more accurately capture inelastic deformations, damage and fatigue in staves under transient and cyclic thermal loading conditions. Root cause failure assessment and improvements to copper stave design can be assessed using the presented methodology.

Oct 1, 2019

By Flaviani Marculano Marchesi, Silas Gambarine Soares, Elton Volkers do Espírito Santo, Felipe Fardin Grillo, Heitor Cristo Clem de Oliveira

O objetivo deste trabalho é utilizar a termodinâmica computacional para estudar as propriedades de escórias iniciais dessulfurantes utilizando misturas com diferentes fluxantes: fluorita, sodalita, borra de alumínio, B2O3 e ilmenita. A princípio, as misturas foram definidas e em seguida foram realizadas simulações para o aquecimento dessas misturas a 1350 ºC por meio do software FactSage 7.2. Assim, foi calculado o fator de dessulfuração (FDeS) para cada mistura com base nas condições de equilíbrio. As misturas contendo 5 e 10% de fluorita e 5% de sodalita foram as que apresentaram maior FDeS. Em contrapartida, as misturas com 10,15 e 20% de B2O3 tiveram os piores resultados nessa análise. Misturas da literatura também foram simuladas a fim de se obter o FDeS e relacioná-lo com a eficiência.

Oct 1, 2019

By Christian Overhagen

In bar and wire rod mills, rolling procedures featuring three- and four-roll technologies are state-of-the-art to produce high-quality long products. While a rolling model for the three-roll process including an equivalent pass method was already presented by the author, pass design methods are dealt with in the current work. The geometry of the rolled product and roll grooves are described mathematically using functional contours, allowing geometric-numerical methods to be used for manipulation and deformation simulation of the rolled product. For a given pass, the output section is constructed using these methods. Roll force, torque and rolling power are calculated using the mathematical rolling model presented before. Interstand tensions are discussed as influencing parameters on the force, torque and power demands, as well as on the section shape. A mathematical model for the influence of interstand tensions on lateral spread is incorporated in the model. To complete the pass design model, elastic mill stand feedback is considered in terms of a fixed elastic modulus for each rolling stand, the elastic feedback and therefore cross-sectional variation due to elastic mill spring being calculated iteratively from the roll force by application of the Gagemeter equation. The interaction of section height and width faults due to elastic mill spring and spread variations is analyzed in detail and the consequences for the roll pass design are shown.

Oct 1, 2019

By Johne Jesus Mol Peixoto, João Victor Gomes Guimarães Ananias, Itavahn Alves da Silva, Thiago Araújo Santos de Oliveira, Weslei Viana Gabriel, Carlos Antônio da Silva, Salvatore Giuliano PeixotoTropia

O arraste de escória para o distribuidor, durante a drenagem de panelas de aço, tem grande impacto no rendimento metálico, limpidez e produtividade no processo de lingotamento contínuo. Modelamento físico e matemático foram utilizados para o estudo da formação do escoamento tipo vórtice e funil no esgotamento de panelas de aço. Em um modelo em escala 1:6,5 foi avaliada a influência da vazão de drenagem, altura inicial de líquido, temperatura do banho e estratificação da temperatura sobre a altura crítica (Hcr) de formação de vórtice. Para todas as condições experimentais, o valor de Hcr se mostrou crescente com o aumento da vazão, respeitando uma relação linear. Através da técnica de Particle Image Velocimetry – PIV observou-se o desenvolvimento do campo de velocidades sub-superficiais da água durante a drenagem em modelo de acrílico em escala 1:6,5. Os resultados das simulações fluidodinâmicas obtiveram bom acordo com os experimentos físicos, e foram capazes de representar a influência da vazão e da temperatura sobre o valor de Hcr.

Oct 1, 2019

By Leonardo Barboza Trindade, José Ernesto de Azevedo Nadalon, Eduardo Netto de Souza, Bruno Pessoa Ramos

O agitador eletromagnético no processo de lingotamento contínuo tem se mostrado útil na melhoria de qualidade das estruturas de solidificação, inibindo a formação de estruturas colunares, aumentando desta forma, a fração de estruturas equiaxiais, promovendo redistribuição de soluto e atenuações de defeitos através de movimentos induzidos no líquido pelo campo magnético. Baseado nas características do agitador eletromagnético do molde (M-EMS) de uma máquina de lingotamento de tarugos, foram realizadas simulações fluidodinâmicas (CFD) sob influência do campo eletromagnético, visando analisar o comportamento do escoamento e da temperatura. Um segundo objetivo foi avaliar o efeito do agitador sobre a trajetória das inclusões e como poderia promover a melhoria da qualidade subsuperficial das estruturas de solidificação. Foram testadas diferentes frequências e correntes de operação do M-EMS, bem como o posicionamento das válvulas submersas com diferentes configurações de furos de saída. Os resultados mostraram a percentagem de partículas sólidas removidas do domínio e a influência do agitador na extração de calor do molde, de forma a tornar mais homogênea a distribuição de temperatura durante o processo de solidificação.

Oct 1, 2019

By Antonio Favia, Carsten Sowa, Spencer Diehl, Maria Carolina Campos, Christian Green, Marco Tulio, Olaf Schulz

Casting fluxes are one of the key factors to guarantee a good performance of the continuous casting process. Fluxes are added over the liquid steel in the mold, where carbon in the flux reacts with any air present, to form a reducing atmosphere of CO (g) to protect molten steel from oxidation. Then the oxide components form the sintered layer and they melt to form a liquid flux pool. Liquid slag from the pool infiltrates into the mold/strand channel and lubricates the newly-formed, steel shell. It was very common in the past that the addition of casting flux in the mold was made manually by the continuous casting strand operator, where the addition uniformity would mainly depend on the attention of the Operator in process and the addition standard would change from one operator to another, may causing variability on the continuous casting quality parameters. This paper presents improvement of continuous casting parameters such as, stability of flux thickness and reduction of dust in the continuous casting process, with the use of flux distribution mechanism in two continuous casting machines from two different steel plants.

Oct 1, 2019

By Leandro Rocha Lemos, Guilherme Liziero Ruggio da Silva, Iara Patricia Vieira de Oliveira, Paulo Santos Assis, Lorena Cristina Amorim Moura

O coque fica exposto a diferentes solicitações mecânicas do tipo impacto, abrasão e compressão, desde o desenfornamento até o seu consumo no Alto-Forno. Para evitar que o coque sofra uma acentuada degradação, é exigido que o mesmo apresente uma elevada resistência mecânica a frio. Para monitorar tal parâmetro, utiliza-se principalmente o teste de tambor, porém este contempla apenas a degradação por impacto e abrasão. Neste contexto, este trabalho desenvolveu uma metodologia para avaliar a resistência mecânica à compressão, inicialmente em partículas individuais de coque, apontando quais seriam as granulometrias mais resistentes. Os coques foram transformados em corpos de provas e testados em máquina de ensaio universal. Os resultados apontam que a tensão média de ruptura cresce com o aumento da granulometria. Posteriormente, foi avaliado a resistência mecânica à compressão em leito de coque, onde foi possível simular em uma prensa hidráulica, a pressão que a coluna das cargas exerce sobre o leito de coque no Alto-Forno e, posteriormente, correlacionou a compressão com o teste de tambor e se obteve excelentes resultados.

Oct 1, 2019

By Adauto Martins de Assis, Atan de Assunção Cardoso

Devido a sua alta demanda de produção e padrão de qualidade a indústria automotiva tem utilizado ao longo da história robôs nas mais diversas atividades como montagem, soldagem, pintura e inspeção. No intuito de levar esta realidade para a sala de aula de alunos de Engenharia Mecânica, foi desenvolvido um braço robótico didático, apresentando configuração semelhante à um modelo industrial, a ser utilizado como ferramenta de apoio ao ensino de robótica e outras disciplinas correlacionadas. Para isto, fez-se o uso associado da placa eletrônica Arduino e do software Matlab. Inicialmente foram obtidas as equações de cinemática direta e inversa. Os resultados mostraram que a posição teórica obtida apresentou um comportamento esperado conforme a metodologia adotada e o resultado experimental mostrou pequena variação de posição. Para a cinemática inversa, o tempo de resolução do conjunto de equações foi comparado à resolução do problema através de um método numérico. Com base nos resultados experimentais, foram feitas algumas sugestões de melhoria para o braço robótico didático e considerações relacionadas a acurácia de um robô industrial.

Oct 1, 2019