Trabalho de Conclusão de Curso

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Estudo do rendimento de ferroligas nitrogenadas durante a etapa de refino secundário de um aço microligado, grau FB70
(23-12-06) Alvarenga, Thayller de Assis Barbosa Pereira; Doutor Antônio Marlon Barros Silva
Em um cenário cada vez mais exigente de mercado e as fortes concorrências na indústria de produção do aço, faz-se necessário a obtenção de produtos com as melhores propriedades de aplicação para atendimento de normas nacionais e internacionais com o menor custo produtivo, aumentando a competitividade através da otimização operacional. Devido à baixa solubilidade do nitrogênio no aço líquido, este trabalho tem como objetivo avaliar o rendimento do mesmo, através da adição de ferroligas em estação de tratamento em Forno Panela, e seus impactos no custo e complexidade operacional durante a etapa de refino secundário para a produção do aço microligado grau FB70. Foram feitos testes com as ferroligas de Ferro Manganês Nitrogenado e Ferro Silício Nitrogenado de acordo com parâmetros estabelecidos para garantir a melhor condição possível para a incorporação do nitrogênio e garantir uma ótima avaliação sobre a influência do tipo de ferroliga utilizada no atendimento da composição química do aço. A ferroliga de Manganês apresentou resultados expressivos quando comparada à ferroliga de Silício, com um aumento em cerca de 32% de rendimento de nitrogênio, uma economia média de aproximadamente 52 minutos de processamento e uma economia total de R$ 2.254.000,00.
Caracterização e uso da escória de aciaria
(2023-07-30) Santos, Abimael Evangelista; Mestre Heric Henrique Souza e Silva
Devido ao grande volume produzido, os coprodutos industriais muitas vezes apresentam problemas de armazenamento e descarte. No entanto, em comparação com as matérias-primas tradicionais, esses coprodutos podem oferecer uma alternativa mais barata e com melhores características para aplicação na indústria civil, agrícola entre outras, além de proporcionar uma destinação adequada a estes materiais. A escória de aciaria é um subproduto gerado durante o processo de fabricação do aço e sua aplicação é limitada devido às suas características químicas que resultam em expansão. Esses materiais são geralmente armazenados inicialmente nos pátios das siderúrgicas, sem um destino específico. A escória de aciaria costuma apresentar instabilidade e características expansivas, o que restringe sua utilização em outros setores. Avaliar o uso da escória de aciaria envolve uma consideração crucial: a quantidade de óxido de cálcio e óxido de magnésio livres presentes no material. De acordo com a literatura técnica, esses compostos desempenham um papel fundamental nas propriedades expansivas da escória, tornando essencial medir com precisão seus teores antes de sua utilização. Após a cura, a escória de aciaria encontra aplicação em diversos setores, incluindo indústria cimenteira, pavimentação, construção civil, agricultura e ferrovias; a utilização da escória de aciaria como coproduto oferece benefícios ambientais ao evitar o descarte em aterros, contribuindo para a conservação dos recursos naturais, além de criar oportunidades de aplicação em diversos ramos industriais.Com base nesse contexto, este trabalho traz uma avaliação das principais propriedades e características da escória de aciaria, além de destacar as principais possibilidades de utilização desse coproduto. Serão exploradas alternativas e aplicações potenciais visando maximizar seu aproveitamento e contribuir para uma gestão mais eficiente deste coproduto da siderurgia.
Avaliação dos impactos econômicos e ambientais da recuperação de sucata de obsolescência em uma usina siderúrgica integrada
(2023-12-04) Angelo, Gislaine Aparecida Rezende.; Mestre Heric Henrique Souza e Silva.
A geração de sucatas é uma consequência dos processos siderúrgicos e se torna uma valiosa matéria-prima utilizada nas usinas integradas, por isso a importância de sua recuperação. A utilização de sucatas é a garantia de aproveitamento de materiais considerados como resíduos por meio da implantação da logística reversa, processando e transformando as sucatas em insumo para fabricação do aço. Dentro deste cenário, este estudo apresenta a logística reversa, incorporada na economia circular, como instrumento para recuperação de sucatas de aço de obsolescência dispersas em uma usina siderúrgica integrada para consumo na aciaria. Estes materiais foram gerados devido a desativação de grandes áreas operacionais e mapeados no sistema de gestão integrado da usina, porém não receberam a destinação adequada, gerando acúmulo de resíduos sólidos nas áreas. Para promover a recuperação das sucatas, foi realizado um estudo de caso e executadas ações para garantir a efetividade do projeto. Para auxiliar na aplicação da logística reversa de forma a garantir a recuperação do material, foram utilizadas ferramentas de gestão, como diagramas de causa e efeito e Pareto. Com a execução do estudo de caso no período de doze meses, mais de 12 mil toneladas de sucatas foram recuperadas, totalizando um ganho econômico superior a quatro milhões de reais para a siderúrgica e evitando o consumo de, aproximadamente, 17 kt de minério de ferro, 9 kt de carvão, 1,5 kt de calcário e 18 kt de emissões de CO₂. Os impactos econômicos e ambientais da utilização das sucatas de obsolescência recuperadas foram avaliados e considerados favoráveis para a siderúrgica integrada. Com os resultados obtidos, observou-se que a logística reversa possibilitou a coleta e reciclagem continuada de sucatas de obsolescência, promovendo redução dos custos operacionais e transformando os resultados em ganhos financeiros e ambientais para a empresa.
Implementação de um sistema automático de dosagem de floculante em um espessador de rejeito.
(2023-12-05) Barbosa, Mateus Lizardo Pessoa ; Doutr Carlos Roberto Ferreira
A indústria mineral consome uma quantidade considerável de água nos processos de beneficiamento mineral, o que pode resultar em impactos ambientais significativos se a água for utilizada de forma inadequada. Com o objetivo de reduzir esses impactos ambientais e os custos na mineração, as empresas têm adotado políticas de reutilização de água. Nesse contexto, foi observada uma baixa eficiência operacional em um espessador de rejeito em uma mineradora no Quadrilátero Ferrífero, devido a dosagens de floculante ou de reagentes em geral inadequadas, comprometendo a eficiência do processo. As consequências da recirculação de água com elevada turbidez, incluem aumento do consumo de água, custos operacionais elevados, obstrução dos jatos spray na separação magnética e entupimento dos bicos injetores de água usada para lavagem do minério nas peneiras. Diante desses problemas, este trabalho tem como objetivo solucioná-los ou atenuá-los por meio da adequação de um sistema automático de dosagem de floculante no espessador de rejeito. Optou-se pela metodologia de execução de projeto, que visou estudar meios de automatizar o sistema de dosagem de floculante no espessador, melhorando a eficiência operacional e prevenindo problemas na recuperação e recirculação da água no circuito de mineração. Para a implementação desse projeto, foram realizados testes de caracterização química, granulométrica e sedimentação na amostra, no qual foram essenciais para a validação e funcionamento da adaptação do sistema automático de dosagem de floculante no espessador. Os resultados dos testes de caracterização química e granulométrica indicaram uma predominância de partículas, finas, da ordem de 0,045 mm na amostra do rejeito, além de um alto teor de ferro ordem de 31,23%. Através dos testes de sedimentação, determinou-se que a dosagem mais eficaz para o equipamento dosador é de 25 g/ton, resultando em melhor turbidez, compactação e velocidade de sedimentação. Com base nos resultados obtidos em laboratório implementou-se o sistema no espessador industrial obtendo um líquido clarificado com turbidez de 54,6 NTU, pode-se concluir que a implementação do equipamento foi bem-sucedida, apresentando desempenhos satisfatórios em sua operação, tais como eficiência operacional, garantia de recirculação de água clarificada, e uma redução significativa nos custos operacionais.
Estudo sobre a incorporação de hidrogênio em aços e proposição de modelos de previsão
(2024-01-13) Faria, Leandro Fernandes de ; Mestre Heric Henrique Souza e Silva
O processo de produção do aço mundial têm exigido das indústrias cada vez uma maior qualidade de seus produtos finais, o hidrogênio é um elemento problemático devido à suas propriedades deletérias, tais como reduzir significativamente as propriedades mecânicas do aço além de ser capaz de nuclear trincas e agravar problemas previamente existentes no material. O presente trabalho analisa as possíveis fontes de incorporação de hidrogênio no aço, majoritariamente, vindas das adições de elementos no banho metálico, tais como, sucata, fundentes e elementos de liga e da umidade residual dos elementos refratários utilizados no processo como panelas de aço e distribuidores. O trabalho propõe modelos de previsão do teor de hidrogênio a fim de prevenir a incorporação desse elemento. Foi realizado uma análise de um banco de dados de aços produzidos com hidrogênio em faixa e esses dados foram cruzados com as composições químicas dos elementos adicionados e suas quantidades adicionadas no banho. Foram encontradas as correlações entre as adições de fundentes e o teor de hidrogênio no banho metálico e os modelos de previsão de hidrogênio propostos se mostraram relevantes para utilização em campo.
Estado da arte na redução de obstruções de válvulas submersas em lingotamento contínuo de aços
(2024-08-24) Cruz, Luély de Moura Santana; Mestre Heric Henrique Souza e Silva
Para obter um aço com boa qualidade, as variáveis no processo devem ser controladas e otimizadas no intuito de mitigar falhas. Uma variável importante no processo de solidificação do aço em aciaria na operação de máquinas de lingotamento contínuo foi estudada neste trabalho, o controle do fluxo de metal líquido do distribuidor para o molde, destacando a função crucial das válvulas submersas. Tal estudo foi conduzido por meio de uma revisão bibliográfica abrangente. O desempenho ruim da válvula submersa, principalmente com a sua obstrução, impacta na qualidade do aço e prejudica a produtividade por afetar o sequenciamento de corridas da aciaria. É uma falha presente em muitas máquinas de lingotamento contínuo e embora os estudos dos fenômenos que afetam esse componente refratário ainda não sejam totalmente compreendidos, diversos fatores são associados as falhas. Foram formuladas recomendações práticas com as principais técnicas para reduzir as obstruções, entre as quais destacam-se a modificação da geometria da válvula submersa, visando aumentar a área efetiva e obter um perfil de velocidade uniforme, além da injeção eficiente de argônio, que atua na minimização de inclusões não metálicas e na melhoria do fluxo do aço.
Avaliação de fonte alternativa de MgO na mistura de sinterização de minério de ferro
(2024-08-24) Oliveira, Dérlisson de.; Doutor Guilherme Liziero Ruggio da Silva
O sínter é um aglomerado poroso de minério de ferro, produzido a partir da mistura de minério de ferro fino, fundentes e combustíveis e aditivos. É notório que o aumento de sínter retorno está ligado diretamente à baixa da resistência mecânica do sínter produto, e com isso o baixo rendimento da mistura, por outro lado o minério magnesiano possui propriedades às quais são impactantes a minimizar esse efeito na produção de sínter. A fonte de MgO usada nas sinterizações provém da dolomita. Ao ser submetida ao processo de sinterização, a dolomita é decomposta, liberando óxido de magnésio (MgO). O MgO atua como um modificador das propriedades da escória, melhorando sua fluidez, viscosidade e capacidade de absorção de impurezas, no processo de redução nos altos-fornos. O objetivo deste estudo foi avaliar a utilização do minério magnesiano como fonte de MgO no processo de sinterização e seus impactos no processo, tais como a resistência mecânica do sínter produzido, e o rendimento da mistura a sinterizar, índice de degradação sob redução e índice de redutibilidade. Para a adição de 20 kg do minério magnesiano (substituição total da fonte de MgO) para a produção de 1 tonelada de sínter, observou-se a elevação de 2,6 pontos percentuais no índice de degradação sob redução, redução de 2,3 kg/t de sínter produzido no consumo de combustível, redução de 67,94 kg/t de sínter na geração de sínter retorno. O rendimento da mistura total apresentou uma elevação de 2,59 p.p, comparado com o 100% dolomita, sem impactos significativos que prejudiquem a qualidade do sínter. Portanto, a substituição da fonte de MgO da dolomita para o minério magnesiano se mostrou viável. Palavras-chave: Dolomita. Minério magnesiano. Sínter. Resistência mecânica do sínter.
Viabilização da elaboração de um plano de contingência para a troca de correia em um transportador de minério de ferro a longa distância
(2024-08-24) Vieira, Aloísio Armando; Doutor Carlos Roberto Ferreira
O estudo refere-se à elaboração de um plano de contingência para a troca de correia em um transportador de minério de ferro a longa distância, que tem por objetivo geral analisar a viabilidade de um plano de contingência para o transportador para a redução das falhas constatadas após a troca parcial de correias. Os objetivos específicos visam apresentar a relevância do transportador de correia para o fluxo de produção; analisar a relevância da manutenção para a redução das paradas de equipamentos e monitoramento de falhas nos maquinários; propor um plano de contingência para o transportador como meio de sanar as falhas detectadas no equipamento após a substituição parcial da correia. A metodologia do estudo caracteriza-se pela pesquisa bibliográfica, exploratória e qualitativa com estudo de caso. Os resultados destacam-se em razão da criação de um plano de contingência para o transportador com a finalidade de redução das falhas detectadas no equipamento após a substituição parcial da correia, e a ampliação dos conhecimentos referente ao plano de correção de falhas. Dessa maneira, após toda a investigação realizada, bem com o conserto frente aos trechos danificados necessários para a melhoria do fluxo de produção da empresa mineradora, foi possível constatar que as oportunidades apresentadas viabilizam o plano de contingência, uma vez que, ocorre a investigação detalhada de todas as possibilidades de melhorias que contribuam para com os objetivos da empresa. Portanto, a elaboração do plano de contingência precisa ser compreendido como sendo a oportunidade e o processo de otimização frente as operações de manutenção realizadas pelas empresas, possibilitando além da detecção da falha, as oportunidades de reestruturação das atividades realizadas, garantindo melhor segurança, agilidade e confiabilidade em todo o processo de manutenção.
Produção de briquetes a partir de finos de carvão vegetal e finos de minério de ferro
(2025-02-12) Mendonça, Edinalva Natalia da; Mestre David Hebert Vieira
Em virtude da necessidade em ser preciso misturar carvões de diferentes teores para adequar a necessidade do processo, e considerando que combustíveis fósseis são altamente poluentes, vê-se a necessidade de rotas alternativas que possam minimizar esses impactos no meio ambiente. O uso do carvão vegetal na siderurgia surgiu como uma alternativa ao carvão mineral considerando o balanço positivo de carbono gerado ao longo de sua cadeia e também economicamente, porém, o carvão vegetal não consegue substituir o carvão mineral em sua totalidade no processo devido a algumas restrições que ele possui com relação à resistência e grandes volumes de produção. Considerando também que o minério de ferro está ficando cada vez mais pobre, necessitando de mais etapas de beneficiamento, de modo a ocasionar uma maior geração de finos no processo, vê-se a necessidade de uma melhor destinação a esses materiais. Os finos não podem ser utilizados no alto-forno porque afetam a permeabilidade do leito de fusão, de modo a dificultar as etapas de redução, reduzindo a eficiência do processo. Através desses problemas, a briquetagem surge como alternativa para que se possa retornar com esses finos no processo e concentrar a energia presente, de modo a aumentar sua resistência mecânica. Neste trabalho foram fabricados briquetes com finos de minério de ferro e finos de carvão vegetal, feita a caracterização química dos materiais e o ensaio de RDI (Índice de degradação sob redução) do briquete gerado. Foram propostas duas temperaturas de cura para realizar o RDI: na temperatura de 100°C o briquete apresentou um RDI = 74,70% e na temperatura de 500°C não foi possível realizar o ensaio porque os briquetes se desintegraram com facilidade. O briquete proposto nesse trabalho não atingiu a resistência mecânica suficiente para que se possa utilizá-lo no processo. Na realização do ensaio, observou uma forte combustão do carvão vegetal, sugerindo alta reatividade. Para trabalhos futuros, sugere-se realizar mais testes com porcentagens menores de carvão vegetal e reduzir a temperatura de cura do briquete.
Estudo de caso da análise de falha de um rolo puxador de uma laminação de tiras a quente e viabilidade de reparo
(2025-02-13) Jaderson Junior de Souza; Mestre Heric Henrique Souza e Silva; Especialista Fabricio Gomes Pinto
No contexto atual de intensa concorrência na indústria siderúrgica global, é essencial alcançar a busca pela sustentabilidade econômica. O foco deste trabalho é avaliar uma falha por quebra em ponta de eixo, que ocorre em Rolos Puxadores, “Pinch Rolls”, que foram reparados de uma Laminação de Tiras a Quente (LTQ). Com a utilização da metodologia de Análise das Causas Raíz(es) de Falha (Root Cause Failure Analysis – RCFA), destacou-se como causa principal da quebra, a fratura por fadiga da ponta de eixo do Pinch Roll, que ocorreu de forma frágil, consequente da propagação das trincas na camada superficial recuperada. A análise microestrutural revelou trincas que estão associadas a fragilidade da estrutura martensítica presente na zona termicamente afetada (ZTA), pelo processo de soldagem mal sucedido ao qual a peça foi submetida. Com base nos dados analisados pontuou-se a viabilidade para o reparo do componente mediante ao procedimento de recuperação por reparo por solda.
Desenvolvimento de uma carga termorredutora para uso como complemento ao small coke no alto-forno de uma usina integrada a coque
(2025-02-17) Oliveira, Daiane Aparecida de; Doutor Guilherme Liziero Ruggio da Silva; Doutor Antonio Marlon Barros Silva
A fim de se garantir eficiência energética e produtividade, o fluxo em contracorrente e a utilização de diversas formas de combustíveis são imprescindíveis para o alto-forno. Dentre os combustíveis habituais, o small coke, carregado junto à carga metálica, destaca-se por possuir como principal função a capacidade de acelerar a reação de redução e, por consequência, reduzir custos e tempo de processo. Porém, devido à sua origem fóssil, tal combustível apresenta ligação direta com a elevada emissão de CO2 no âmbito siderúrgico. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver uma carga termorredutora capaz de substituir parcialmente o small coke e, com isso, reduzir impactos ambientais e/ou financeiros. Dessa forma, carvão vegetal, coque verde de petróleo e antracito foram avaliados, do ponto de vista físico-químico, quando carregados sob a forma de small no alto-forno. A caracterização física destacou as amostras CV-50 e CV/CVP-50, caracterizadas por alta resistência à queda (95,25% e 90,75%, respectivamente) e a frio (96,30% e 94,00%, respectivamente), tendo indicado, ainda, a possibilidade de correlacionar os resultados obtidos nos ensaios físicos, uma vez que as equações de predição geradas demonstraram-se capazes de permitir que os parâmetros utilizados sejam estimados com considerável precisão. Além disso, observou-se que shatter test e drum index podem ser definidos como ensaios que manifestam as características individuais de cada matéria-prima utilizada nas amostras ensaiadas (propriedade aditiva). A caracterização química, por sua vez, apontou a amostra CVP-50 como a de melhor desempenho, caracterizada por baixo teor de cinzas (3,93%), alto teor de carbono fixo (90,91%) e teor de enxofre (0,71%) compatível com a referência. Assim, concluiu-se que a amostra CVP-50 apresentou o melhor desempenho (combinação entre as duas caracterizações), de maneira geral e, por isso, esta amostra possui maior potencial para ser utilizada sob a forma de small no alto-forno, tendo sido demonstrado pelos resultados a viabilidade técnica da substituição. Além disso, a utilização da carga termorredutora CVP-50 representa menor percentual de cinzas no alto-forno, o que ocasiona menor geração de escória e menor consumo de coque metalúrgico, levando à redução nos impactos financeiros e ambientais na rota integrada a coque.
Estudo de caso da eficiência de peneiramento na distribuição de coque para alto-forno
(2025-02-17) Souza, Diogo Gonçalves; Doutor Guilherme Liziero Ruggio da silva
As matérias primas carregadas no alto-forno têm grande influência sobre os parâmetros e controles operacionais do reator. A permeabilidade da carga no interior do alto-forno está diretamente ligada ao tamanho e formato das matérias primas, nele, carregadas sendo assim o conhecimento da eficiência do sistema de peneiramento no processo de preparação da carga torna-se fundamental no controle de entrada de finos que influenciam negativamente na passagem dos gases gerados no raceway em direção ao topo do alto-forno. Este trabalho tem por objetivo principal realizar um estudo de caso sobre um sistema de peneiramento de coque de uma usina siderúrgica, buscando conhecer sua eficiência de peneiramento e qualidade de separação. O estudo aborda os conceitos de preparação de carga para um alto-forno, dando destaque para a carga de redutor (coque), responsável por aproximadamente 30% do custo de produção de aço, a etapa de separação por tamanhos de partículas utilizando métodos de análises granulométricas do coque alimentado e dos produtos gerados, observando a influência e relevância da umidade, realizando uma análise da condição do sistema e dos controles, até então, existentes para propor ações de melhoria diretamente ligadas as condições reais de processo. Para tal fim foram realizadas 20 amostragens em um período de 5 dias, essas amostras foram coletadas a partir da alimentação e das três frações granulométricas geradas, realizado análises granulométrica e da umidade no laboratório interno da siderúrgica, com os dados gerados foram plotadas curvas granulométricas dessas amostras e determinação do tamanho médio. Para a determinação da eficiência de peneiramento, além de formulações descritas por Carvalho (2004), a faixa retida em 11 mm foi determinada a partir da aplicação da lei de distribuição granulométrica de Rosin-Rammler-Bennet. A eficiência do sistema de peneiramento foi inferior a faixa de 80 a 90%, esperado para peneiramento industrial. O primeiro deck, apresenta, até então, um valor médio de aproximadamente 77%, a retenção de grossos, acima de 25 mm, atingiu valores superiores a 90%. No segundo deck, a eficiência global média foi de 58% com recuperação de produto, acima de 11 mm, máxima de 78%. A eficiência de recuperação de finos se mostrou adequada, para os dois decks, gerando um valor médio aproximadamente 90 %. A partir da avaliação das variáveis de processo e condição atual do sistema foi possível propor ações simples, como criar rotina periódica de troca de telas, que poderão aumentar o desempenho de separação granulométrica e ganhos potenciais em desempenho do alto-forno com a redução da entrada de finos a partir da carga puramente de redutor (coque).

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