[pt] A metalurgia é a ciência que estuda os diversos meios para a transformação dos metais em materiais úteis à sociedade. A metalurgia do ferro representa a maior fatia da aplicação dos metais. Por ser tão representativa é chamada de Siderurgia. Dentre as diversas rotas para a transformação do ferro em aço, as usinas semi-integradas apresentam um forte apelo ecológico, pois utilizam a sucata, oriunda da reciclagem de ferro, e o ferro gusa como matérias-primas para a fusão no Forno Elétrico a Arco. Naturalmente, em todo processo industrial há a geração de resíduos e, neste caso, o principal é a escória, composta de óxidos formados e adicionados ao longo da fusão. Seus principais constituintes são: CaO, SiO2, FeO, MnO, MgO, Al2O3 e P2O5. No entanto, ainda há a presença de Ferro Metálico, um fato indesejável, pois atua negativamente no rendimento metálico e, consequentemente, aumenta o custo do aço. Toda escória gerada é beneficiada com o intuito de recuperar a parte metálica. Este material beneficiado retorna para as usinas como sucata metálica, contendo teores definidos de ferro metálico. O teor de ferro presente na sucata recuperada é avaliado pelas empresas processadoras de escória de maneira indireta por um ensaio de densidade específica. Havia dúvidas se a sucata recuperada da escória do forno apresentava teores de ferro que justificasse seu emprego como matéria-prima ferrosa. Assim sendo, foi proposta uma rota de processamento capaz de mensurar o teor de ferro presente e permitir a comparação com os teores obtidos com o ensaio de densidade. Os resultados mostram que i) é possível calcular o impacto no rendimento, ii) que as sucatas recuperadas apresentam valores inferiores ao esperado, iii) que a equação de densidade superestima o teor de ferro e iv) que modificações propostas nos coeficientes da equação vigente melhoram seu grau de assertividade. Estes resultados foram comprovados em 3 plantas siderúrgicas. / [en] Metallurgy is the science that studies the various processes for the transformation of metals into society useful materials. The iron metallurgy represents the largest body of the metals application, hence it is called Steel industry. Among the various routes for the transformation of iron into steel, semiintegrated plants have a strong ecological appeal due to their extensive use of scrap, derived from the recycling of iron, and pig iron as raw materials for the Electric Arc Furnace. Of course, industrial processes generate waste. The major waste of the Electric Arc Furnace is the slag, a mixture of oxides produced during the process, containing CaO, SiO2, FeO, MnO, MgO, Al2O3 e P2O5. However, there is also the presence of metallic iron, a fact undesirable, because it acts negatively on the metallic yield and therefore increases the cost of steel. All slag generated is processed in order to recover the metallic iron. The slag beneficiation returns to the mills a material containing defined levels of iron. The content of recovered iron is assessed by slag processing companies indirectly by a specific gravity test. There have been doubts whether the recovered scrap iron content justify its use as raw ferrous materials. Therefore, it is proposed a processing route capable of measuring the amount of iron present in the recovered scrap. The measured iron content is also compared with the levels obtained from the test density. The results show that i) it is possible to calculate the impact on iron yield, ii) the recovered iron content is lower than expected, iii) the density equation overestimates the amount of iron and iv) a correction is proposed to improve the assertiveness of the density equation. Three steel plants confirmed the results from this research.

[pt] Além do seu importante papel metalúrgico, o coque representa mais da metade do custo de produção do ferro gusa e cerca de 20% do custo de fabricação do aço. Por isso, as siderúrgicas integradas buscam misturas de custo mínimo para produção de coque que atendam aos requisitos de qualidade. Para garantir essa qualidade, elas impõem aos seus fornecedores de carvão cláusulas contratuais relativas à umidade, cinzas, enxofre, fósforo, matéria volátil, fluidez, refletância e dilatação e, eventualmente, outras. Como nem sempre essas exigências são atendidas pelos fornecedores, penalidades contratuais são especificadas com o propósito de evitar que as siderúrgicas arquem com os custos causados por desvios de especificações. Entretanto, tais penalidades nem sempre refletem os custos realmente causados, pois estes decorrem não só da redução do material aproveitável, mas, também, dos reajustes necessários na mistura para que o coque se mantenha dentro da qualidade exigida. Essa dissertação propõe um sistema para determinação do ônus efetivamente causado por desvios nas especificações de um carvão contratado. Uma apresentação detalhada do problema, sua formulação como modelo de programação linear e um procedimento para a análise são propostos. Um sistema protótipo funcional foi desenvolvido e ilustrações numéricas das análises são discutidas. / [en] In addition to its important metallurgical role, the coke accounts for more than half of the total production cost of the pig iron and around 20% of the total cost of steel production. For this reason, the integrated steelmaking mills seek minimum cost coal blends for producing coke within the quality requirements. To guarantee this quality the steelmaking mills impose to their coal vendors some contractual clauses regarding humidity, ashes, sulfur, phosphor, volatile matter, fluidity, reflectance and dilatation, and sometimes, still others. Since these requirements are not always met by the vendors, contractual penalties are specified with the purpose of avoiding that the steelmakers end up with the burden of the costs caused by such specs deviations. Nonetheless, such penalties do not always reflect the actual costs they cause, because the latter derive not only from the reduction of the usable material, but also from the blend adjustments necessary to keep the coke within the required quality. This thesis proposes a system for determining the burden effectively caused by specs deviations. A detailed presentation of the problem, its formulation as a linear programming model and a procedure for analysis are proposed. A functional prototype system was developed and numerical illustrations of the analyses are discussed.

[pt] A tendência mundial de aumento da quantidade de finos (sinter feed e pellet feed) nas lavras de minério de ferro tem elevado a importância dos processos de aglomeração, em especial a pelotização, que tem por característica produzir pelotas de excelente qualidade química e alta resistência mecânica, além de ser um processo menos poluente que a sinterização. Atualmente, as jazidas de minério de ferro em lavra no Brasil, exploram minérios predominantemente hematíticos (hematita e/ou itabirito). Apesar do país não possuir tradição na exploração de minérios magnetíticos, existem ocorrências destes que vêm despertando crescente interesse, sendo, contudo, necessário à adequação das etapas do beneficiamento mineral e dos parâmetros operacionais da pelotização. O presente trabalho, fruto de uma interação da empresa Metal Data S/A e o Grupo de Siderurgia do DEMa/PUC-Rio, trata do estudo da pelotização de um minério de ferro magnetítico, proveniente de uma jazida brasileira em fase de pesquisa mineral, com o objetivo de analisar sua viabilidade exploratória para produção de pelotas a serem utilizadas como matéria prima na indústria siderúrgica. Os procedimentos experimentais foram divididos em três etapas: tratamento do minério, pelotização e redução, buscando assim, definir uma rota de tratamento do minério e, posteriormente, a caracterização química, mecânica e metalúrgica das pelotas produzidas. Foram estudados três tipos de misturas para a pelotização, envolvendo oito diferentes concentrados. Os resultados indicaram que o minério magnetítico é passível de concentração e capaz de produzir um pellet feed de qualidade, utilizando rota de beneficiamento com operações unitárias típicas. Este material mostrou potencial para a formação de pelotas cruas em discos de laboratório e, após as operações de queima, produziu pelotas que apresentaram granulometria entre 9,5 e 16,0 mm, resistência à compressão de 126 a 339 kg/pelota, índice de tamboramento de 67,7 a 94,9 %, porosidades de 23,8 a 40,74%, grau de metalização de 30 a 75%, entre outras. / [en] The global increasing trend of producing iron ore fines (sinter feed and pellet feed) has also increased the importance of the agglomeration processes, in particular the pelletizing, which has as main characteristic to produce high quality pellets with excellent mechanical resistance, besides being a less polluting process than the sintering. Currently, Brazilian mines exploit mainly hematite deposits (hematite and / or itabirite ores). Although the country has no tradition in exploiting magnetite minerals, there is a growing interest trend in magnetite occurrences, although it might be necessary to adequate mineral processing and pelletizing operating parameters when using such ore. This work is a result of an interaction between the company Metal Data S/A and the Siderurgy Group of the DEMa/PUC-Rio and describes the pelletizing process using magnetite iron ore from a Brazilian deposit in exploration stage, in order to evaluate its suitability for exploratory pellet production to be used as feedstock in the steel industry. The experimental procedures were divided into three steps - ore processing, pelletizing and reduction, aiming to define the ore treatment route and chemical, mechanical and metallurgical characteristics of the produced pellets. Three types of mixtures for pelletizing were analysed, involving eight different concentrates. The results indicated that the magnetite ore is likely to concentrate and capable of producing a pellet feed with adequate quality, using a processing route with typical unit operations. It was observed that this materal has a potential for the formation of green pellets in the laboratory pelletizing disc and, after burning operations, produced pellets that had particle size between 9.5 and 16.0 mm, compression strength from 126 to 339 kg / pellet, tumble index from 67.7 to 94.9%, porosity from 23.8 to 40.74%, degree of metallization from 30 to 75%, among others.

[pt] O desenvolvimento de novos processos de redução capazes de utilizar como matérias primas resíduos minero-metalúrgicos, ou baseados na aglomeração a frio de misturas auto-redutoras (Fastmet, ITmk3, Tecnored) tem mostrado ser uma alternativa aos processos convencionais, sendo o principal deles o alto forno. Neste contexto, torna-se importante uma análise aprofundada dos processos operando com aglomerados auto-redutores, tais como os que utilizam os reatores RHF e os fornos de cuba. O presente trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de simular as condições da zona de redução sólida de um forno de cuba (região superior), que utiliza aglomerado auto-redutor como carga ferrosa. Este modelo permite considerar três fases (sólida e duas fases gasosas) interagindo simultaneamente, via a transferência de quantidade de movimento, energia e massa. Sua fenomenologia foi representada por equações de transporte, resolvidas com base no método de volumes finitos. A solução computacional foi feita através de código desenvolvido em linguagem de programação Fortran e a geração gráfica dos resultados realizada através do programa Tecplot. As fases consideradas no modelo desenvolvido foram: i) fase sólida: constituída por briquetes autoredutores e o combustível sólido (booster - fração adicionada juntamente com a carga de aglomerados) e, ii) fase gasosa: formada pelo chamado gás exterior, constituído por um conjunto de gases que reagem na parte externa dos aglomerados (principalmente pelo gás de baixo, oriundo da parte inferior do forno, e pelo sopro nas ventaneiras secundárias - V2) e pelo denominado gás interior, constituído pelo conjunto de gases gerados no interior do aglomerado auto-redutor, resultantes de uma série de reações previstas em sua fenomenologia. O modelo considera 25 reações dentre as quais estão as reações de redução, gaseificação do carvão e combustão do carvão, CO, voláteis, enxofre e do polissacarídeo, alem da formação do FeS. Foi possível estudar a influência da variação da vazão da V2, da temperatura e da vazão do gás de baixo, da taxa de alimentação do briquete e da perda de calor pelas paredes do forno. Os resultados, apresentados graficamente, foram: temperaturas do sólido, do gás exterior e do gás interior; as condições de redução na atmosfera gasosa (CO do gás exterior, CO do gás interior, CO2 do gás exterior, CO2 do gás interior); a distribuição dos óxidos de ferro préreduzidos e do Fe metálico e a distribuição do grau de redução. Além disso, parâmetros operacionais tais como produção, tempo de residência dos sólidos, volume das fases gasosas, assim como sua composição foram calculados pelo modelo. A partir dessas informações foi possível obter a metalização e, o volume, a temperatura e a composição media do gás de topo. Finalmente, eles demonstraram que a simulação computacional desenvolvida é uma poderosa ferramenta para análise dos parâmetros operacionais da auto-redução em forno de cuba, de custo relativamente baixo e capazes de otimizar o processo estudado. / [en] The development of new reduction processes capable to use as raw materials mining and metallurgical residues, or based in cold agglomeration of self reducing mixtures (Fastmet, ITmk3, Tecnored) is regarded nowadays as an alternative to conventional processes, being the principal of these the blast furnace. In this context it becomes vital to analyze the behavior of processes operating with self-reducing agglomerates, as those utilizing the RHF and shaft furnaces. The present work aims at the development of a mathematical model capable to simulate the solid state reduction zone conditions of a shaft furnace (upper zone) that utilizes self-reducing agglomerates as the iron source. This model is capable of treating three phases, interacting simultaneously and transferring momentum, energy and mass. The set of phenomenological transport equations are treated through the finite volume method. The computational solution is achieved by the means of a software code developed in Fortran programming language and further, the graphical generation of the results, carried through the Tecplot program. The considered phases for the model are firstly the solid phase consisting in self-reducing agglomerates and a solid fuel (booster - added together with the agglomerate). Secondly, the gaseous phase, formed by a external gas, which constitutes on a set of gases that react in the external part of the agglomerates (mainly made out by the low gas - mixture of gases coming from the bottom part of the furnace, blended with the gases blew in the secondary level of tuyeres - V2), and a internal gas, another gaseous phase, consisting on the set of gases generated inside the self-reducing agglomerate as the result of a series of foreseen reactions. The model takes into account 25 reactions, amongst which are the reduction reactions, gasification of the coal, the combustions of coal, CO, volatiles, sulfur and polysaccharide and considering also the FeS formation. The model permitted the study of the V2 temperature, low gas temperature, low gas flow, agglomerate feed rate and wall heat lost influence on the process. The results, here graphically presented, are: solid, external gas and internal gas temperatures; reduction conditions in the gaseous atmosphere (CO in external gas, CO in internal gas, CO2 in external gas, CO2 of the internal gas); profile of pre-reduced iron oxides and Fe metallic and; distribution profile of the reduction degree. Moreover, operational parameters such as production, the residence time of solids, the volume of the gas phase, as well as its composition had been calculated by the model. From this information it was possible to compute the metallization, the volume, the temperature and the composition of the top gas. Those results confirmed that the computational simulation is a powerful tool for the shaft furnace operational parameters analysis.

[pt] A discussão acadêmica a respeito dos fluxos de investimentos diretos estrangeiros (IDEs) para países em desenvolvimento tem sido ampla, envolvendo aspectos como: seus impactos nas economias receptoras, formas de atração, fatores motivadores e padrões desses investimentos em países periféricos. Entretanto, pouco foi dito a respeito dos investimentos diretos oriundos destas economias em desenvolvimento no exterior. A proposta do estudo é identificar, através de teorias de internacionalização das firmas, o perfil da atividade internacional de uma empresa brasileira que vem buscando ativamente a internacionalização de suas atividades, a Gerdau, apontando primeiramente para as formas e estratégias de entrada nos mercados externos que vem utilizando e, em seguida, detalhando os seus investimentos diretos no exterior, indicando para onde eles vêm sendo destinados e quais suas principais motivações. / [en] Academic discussion regarding foreign direct to developing countries has been broad - involving aspects such as: the impact on receiving nations, forms of incentives, motivating factors and the form of these investments in receiving nations. On the other hand, little has been said regarding foreing investiments originating from these developing countries. The purpose of this study is to identify, through theories of internationalization of firms, the profile of a Brazilian company which has been actively pursuing the internationalization of its activities - the Gerdau Group - focusing intially on the methods and strategies utilized to enter the international market and, secondly, describing is foreign direct investments indicating where they have been destined and which were their motivations.

[pt] A otimização de processos industriais é uma estratégia para mitigar o impacto ambiental das atividades produtivas. Isso envolve a aplicação de conhecimentos multidisciplinares para aprimorar a eficiência dos processos industriais, reduzindo assim o consumo de recursos naturais, as emissões de poluentes e o desperdício de materiais. A análise exergética tem sido abordada de maneira abrangente na literatura, com inúmeros estudos focados nesse tema. Áreas de pesquisa mais presentes incluem a análise de processos industriais, otimização de sistemas de geração e distribuição de energia, e avaliação da eficiência energética em sistemas de transporte e edifícios. A literatura oferece uma ampla gama de estudos de análise exergética realizados para o forno elétrico a arco (EAF) utilizado na produção de aço. No entanto, há uma necessidade de mais pesquisas voltadas para a aplicação da análise exergética do processo de refino em forno-panela (FP), que representa a segunda etapa do refino secundário na indústria do aço. Um programa em linguagem Python usando o Jupyter notebook foi desenvolvido para calcular o balanço de massa, energético e exergético do refino de aço em forno-panela. Os dados termodinâmicos foram obtidos da base de dados SSUB3 do Thermo-Calc. Os dados reais utilizados foram fornecidos por uma siderúrgica semi-integrada, garantindo a relevância e validade dos resultados. As eficiências energéticas e exergéticas encontradas foram de 92,9 por cento e 90,1 por cento. Os valores de eficiência são surpreendentes pois revelam que o forno em análise está otimizado. As otimizações foram conduzidas para examinar variações na massa de argônio, temperatura de entrada de argônio e potência ativa do eletrodo. As variações destes parâmetros revelaram pequenos impactos na eficiência do processo, proporcionando ideias para aprimoramentos efetivos. / [en] The optimization of industrial processes is an interesting strategy to mitigate the environmental impact of productive activities. It involves applying multidisciplinary knowledge to improve the efficiency of industrial processes, thereby reducing the consumption of natural resources, pollutant emissions, and material waste. Exergy analysis has been extensively addressed in the literature, with numerous studies focused on this topic. The most prevalent research areas include analyzing industrial processes, optimizing energy generation and distribution systems, and assessing energy efficiency in transportation systems and buildings. The literature provides various exergy analysis studies conducted for electric arc furnaces (EAF) used in steel production. However, there is a need for more research focused on applying exergy analysis to the ladle furnace (LF) refining process, which represents the second stage of secondary steel refining in the industry. A Python program using Jupyter Notebook was developed to calculate steel refinement s mass, energy, and exergy balances in a ladle furnace. Thermodynamic data were obtained from the SSUB3 database of Thermo-Calc. A semi-integrated steel mill provided the actual data used, ensuring the results relevance and validity. The energy and exergy efficiencies found were 92.9 percent and 90.1 percent, respectively. These efficiency values are surprising, as they reveal that the furnace under analysis is already optimized. Optimizations were conducted to examine variations in argon s mass and inlet temperature, as well as electrode active power. The parameters variations revealed minor impacts on process efficiency, providing insights for effective improvements.

[pt] O presente trabalho desenvolve um novo modelo para um problema logístico de remanejamento de placas entre pilhas em um Pátio de Placas de uma Laminação, típico da indústria siderúrgica. Esta abordagem inclui uma nova característica que indica o destino das placas remanejadas. Uma nova metodologia de decisão altera sensivelmente o escopo do problema e traz um novo conceito: o balanço entre a escolha ótima das placas e o possível destino das placas remanejadas, ou seja, deve-se pesar a escolha da placa a ser laminada juntamente com a possibilidade de um bom remanejamento das placas que estão acima da mesma. Esse modelo não linear é linearizado por técnicas de linearização e resolvido através de programação linear inteira. Com isso, o estudo apresenta uma redução no tempo médio de manuseio de placas (TMM) de 5 minutos por placa laminada encontrado na literatura existente, para menos de 4 minutos. Finalmente o modelo proposto incentiva a construção de uma ferramenta de gestão que possa resolver o problema SSS em situações práticas do dia-a-dia através de redução de custo de operação como forma de viabilizar o investimento nesta ferramenta. / [en] This work develops a new model for a typical logistic problem in the steel industry known as slab stack shuffling problem inside a Slab Yard of a Rolling Mill. This new approach includes a new feature that indicates the destination stacks of shuffled slabs. A new decision methodology changes significantly thescope of the problem and introduces a new concept: the balance between optimal choice of the rolled slabs and possible destinations for shuffled slabs which means it must weigh the choice of the slab to be rolled engaged with a low cost shuffle operation for the slabs that are above the chosen slab. This nonlinear model is linearized through specific modeling techniques and solved by integer linear programming. Thus, this work shows a reduction in average handling time (TMM) from 5 minutes per rolled slab found in the literature, to less than 4 minutes. Finally, the proposed model encourages the construction of a management tool that can solve the SSS problem in practical daily situations through operating costs reduction as a payback of investment in this tool.

[pt] É bem conhecido o alto peso que o coque representa no custo final do ferro-gusa, além do que, as suas propriedades estão intimamente ligadas à performance dos altos-fornos. Portanto, buscar uma qualidade do coque compatível com as necessidades do alto-forno e com o menor custo possível, se transforma em uma tarefa difícil senão se dispuser de ferramentas que permitam uma correta seleção de carvões e testes prévios em fornos pilotos. Dentre as propriedades utilizadas pelos altofornistas para qualificar o coque, se destacam a CSR - resistência mecânica após reação com CO2, e a CRI - índice de reatividade, por serem, respectivamente, uma medida direta da reação de Boudouard - solution loss, e da associação desta com a resistência do coque. Com isso se torna possível prever o consumo desta matéria prima nos altos fornos e, devido a sua grande influência nos custos da operação, mensurar seu impacto na economicidade do processo. A unidade de coqueificação do processo heat recovery da ThyssenKrupp Companhia Siderúrgica do Atlântico - TKCSA, possuindo uma concepção diferente do tradicional by product coking process, utiliza um forno piloto próprio, especificamente projetado pela empresa, com o qual se procura simular as condições operacionais das unidades de coqueificação. Entretanto, essa unidade de coqueificação ainda carecia de um estudo experimental especifico capaz de permitir uma análise comparativa confiável entre o coque produzido e o das baterias industriais. O objetivo principal desta dissertação foi desenvolver um modelo de previsão da CSR -resistência mecânica do coque após reação com CO2, e do CRI através da coqueificação de misturas de carvões, obtidas por diferentes metodologias, em no forno escala piloto e sua comparação estatística com os dados obtidos em escala industrial na ThyssenKrupp Companhia Siderúrgica do Atlântico - TKCSA. O modelo de previsão para o CSR quando obtido através de escala piloto se mostrou bastante aderente aos dados obtidos em escala industrial. Portanto, os procedimentos utilizados e este modelo desenvolvido mostraram-se adequados, e podendo assim ser usados como ferramenta para auxiliar na seleção e compra de carvões. / [en] It is well known that coke has a major importance on the final cost of the Hot Metal and besides this fact its properties are closely connected with the performance of blast furnaces. Therefore, seeking a type of coke compatible with the blast furnace technical requirements and at the lowest possible price may become a hard challenge if neither a prediction tool is available to accomplish a correct selection of coals nor previous test were made on coke test facility. Among the properties used by the Blast Furnace specialists to qualify the coke, it can be highlighted CRI - Coke Reaction Index and CSR - Coke Strength after Reaction with CO2, because they represent a direct measure of the Boudouard reaction – solution loss, and its association with the coke strength, respectively. Based on them it is possible to predict the consumption of this raw material in the Blast Furnaces and, due to its high influence on the operational costs, measure its impact on the overall process economy. The Coke Plant unit at thyssenkrupp Companhia Siderurgica do Atlantico - TKCSA follows the coking process known as heat recovery and its concepts differ from the traditional one, by product. This unit uses its own coke test facility, specifically designed by the company s experts to simulate the operational conditions at the coke plant industrial furnaces. However, the coke test facility still required further specific experimental study capable of making a reliable comparison analysis between the cokes produced in it with the one from the industrial coke batteries. The main goal of this dissertation is to develop model to predict the CRI - Coke Reaction Index and CSR - Coke Strength after Reaction with CO2, through the coking process of coal blends, generated by different methodologies, charged on the coke test facility statistically compared with the ones from the industrial Coke plant at thyssenkrupp Companhia Siderúrgica do Atlântico - TKCSA. The prediction of CSR represented when generated through the coke test facility showed good adherence with the values obtained with the industrial scale. Therefore, the current procedures used on the developed model has proved to be adequate and may be used as a predicting tool to help the purchase of coals.