O objetivo desse trabalho foi o de obter-se fios de cobre em três composições químicas distintas da liga Cu-Mg a partir de cobre eletrolítico e de magnésio. Foram avaliadas as etapas envolvidas, começando com a fusão de botões em forno a arco na composição do eutético Cu-Mg, diluição destes botões em forno resistivo, vazamento em lingoteira de cobre, seguido de tratamento térmico de homogeneização em forno resistivo a 910 ºC por 2 h. Os tarugos foram posteriormente trabalhados mecanicamente por forjamento rotativo seguido de um passe final de acabamento por trefilação, para obtenção do fio. As análises químicas realizadas nos lingotes indicaram que a rota de preparação dos fios mostrou-se adequada aos estudos em escala de laboratório, suficiente para a confecção de fios com área de seção transversal de 4 mm2 por 10 m de comprimento, para cada composição de liga. Os fios foram caracterizados mecanicamente por ensaio de tração e de dureza após tratamento térmico de recristalização a 510 ºC por 1 h. Os fios também tiveram as condutividades elétricas medidas na condição recristalizada e os resultados foram comparados com dados experimentais da literatura. Os materiais obtidos mostraram-se adequados à utilização como fio condutor de energia elétrica. Os limites de escoamento e de resistência a tração tiveram seus valores melhorados com o aumento do teor de magnésio na liga, 11 % e 24 %, respectivamente, enquanto houve queda nos valores de condutividade elétrica para cerca de 60 % IACS (International Annealed Copper Standard). / The aim of this work was to obtain copper wires in three different chemical compositions starting from electrolytic copper and magnesium. The mains steps were evaluated, starting from the melting of small eutectic cooper-magnesium specimens in an electric arc furnace, followed by further dilution of this buttons in a resistive furnace and casting it in a copper mould. The as cast billets were homogenized in a resistive furnace at 910 ºC for 2 h. The billets were mechanically cold worked by swaging and a final drawing step to attain a round shape and a reasonable surface quality. The cast ingots chemical analysis indicated that the processing route showed to be adequate, in laboratory scale, to obtain wires with cross sectional area of 4 mm2 and 10 m in length. The wires in both conditions as cold worked and after a recovering heat treatment at 510 ºC for 1 h, were mechanically characterized by tensile testing and hardness. The wires had also the electric conductivity assessed in the recovered heat-treated state and the results were compared to the literature data. The obtained material showed to be adequate to be used as electric conductor. The yield strain and ultimate tensile strength were improved with the increasing amount of Mg in the alloy, 11 % and 24 %, respectively, while the electric conductivity decreased to 60 % IACS (International Annealed Copper Standard).

O objetivo do presente trabalho é avaliar o uso de borracha triturada de pneu como carburante substituto do coque após a fusão e durante o refino primário oxidante em um forno elétrico a arco na produção de aço 1020. Para o teste foram produzidas 40 toneladas de borracha de pneu triturado em condições granulométricas semelhantes ao coque e abastecido nos silos que alimentam injetoras que adicionaram este material durante o refino primário oxidante. No sistema existem 3 silos e 3 injetoras que são capazes de operar com vazões independentes. O silo n° 1 e o silo n° 3 foram abastecidos com borracha triturada, enquanto que o silo n° 2 foi abastecido com o coque. Testou-se durante 152 corridas situações com injeção de borracha em 4 níveis como substituto do coque: 0% de borracha (somente coque), 33% de borracha, 66% de borracha e 100% de borracha. As vazões e quantidades totais injetadas de carburante foram mantidas em relação ao processo usual. Para evitar interferências manteve-se a receita de carga fria metálica para abastecer o forno bem como os programas elétricos e químicos. Em todas as corridas testadas foram coletadas amostras do aço e da escória no momento antes do vazamento. As amostras foram analisadas através de um espectrômetro de RX. Os resultados obtidos mostraram que é possível a substituição total do coque pela borracha de pneu triturada sem incorrer prejuízos ao processo. Não se observou incorporação de Enxofre no aço, preocupação esta que existia pelo fato da borracha triturada conter teores mais elevados deste elemento em comparação com o coque. / The purpose of this research is to evaluate the use of grinded wasted rubber tires as a carbon source to substitute the coke during the refine in an Electric Arc Furnace to produce steel - grade 1020. For the tests, it was produced 40 tons of grinded rubber in similar size grains of the coke and the material was filled up inside the tanks that feeds the carbon injectors and added the carbon source during the primary oxidant refine. The system is composed by 3 tanks and 3 injectors that can be operate independent. The tank number 1 and number 3 were filled up with grinded rubber, and the tank number 2 was filled up with coke. It was tested during 152 heats 4 different levels of rubber injection to substitute coke: 0% of rubber, 33% of rubber, 66% of rubber and 100% rubber. The flow and injected quantities were kept in the same levels of the normal process. The metallic raw material and electrical and chemical profile were kept the same to avoid interferences. Samples of the steel and the slag were taken before the tap. The samples were analyzed in the RX Spectrometer. The results showed that is it possible to substitute completely the coke with rubber without causing any issues to process. The sulfur content in the rubber did not contaminated the steel, although the rubber contains higher sulfur compared to the coke.

Neste trabalho, desenvolveu-se um novo método para a detecção e classificação dos distúrbios que afetam a qualidade de energia elétrica em sistemas elétricos industriais na presença de fornos elétricos a arco. Durante o processo de fusão dos fornos elétricos a arco, ocorrem diversos eventos que afetam o sistema elétrico ao qual estão inseridos, tendo como características: forma de onda do sinal de corrente altamente desequilibradas e com grande distorção devido aos harmônicos, efeitos de cintilação; bem como afundamento e elevação nos sinais de tensão. O método ora proposto foi aplicado a sinais reais, permitindo a detecção e classificação dos distúrbios múltiplos na forma de onda do sinal de tensão, proveniente da operação dos fornos elétricos a arco. Para tal, foi usada como base do algoritmo, uma técnica baseada na Transformada Wavelet, aplicada aos sinais não-estacionários de uma instalação industrial com três fornos elétricos a arco. / A new method for the detection and classification of the disturbances that affect the electric power quality in industrial electric systems with electric arc furnaces was developed in this work. During the fusion process of the electric arc furnaces, may occur several events that affect the electric system to which it is inserted may occur, having as characteristic: waveform of the signal of current highly unbalanced and with great distortion due to the harmonic, scintillation effects; as well as sag and swell in the voltage signals.The method proposed was applied to real signals, allowing the detection and classification of the multiple disturbances in the waveform of the voltage signal originating from the operation of the electric arc furnace. For this purpose, a technique based on Wavelet Transform will be used and applied to the not-stationary signals of an industrial installation with three electric arc furnaces.

Submitted by JOSIANE SANTOS DE OLIVEIRA (josianeso) on 2018-11-29T15:35:48Z No. of bitstreams: 1 Nicole Gröff da Silva_.pdf: 8079664 bytes, checksum: 10e7ed35ed8baa348b7c5b950dea6f05 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-29T15:35:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nicole Gröff da Silva_.pdf: 8079664 bytes, checksum: 10e7ed35ed8baa348b7c5b950dea6f05 (MD5) Previous issue date: 2018-07-31 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Pesquisas científicas e tecnológicas têm indicado a possibilidade de reciclagem de inúmeros resíduos sólidos na construção civil, dentre os quais encontra-se o pó de aciaria elétrica (PAE). O PAE é originado no processo de produção de aço e classificado como um Resíduo Classe I perigoso (ABNT, 2004a). O objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade técnica e ambiental do material cerâmico produzido a partir da adição de PAE em argila vermelha. A etapa metodológica da pesquisa contemplou a amostragem das matérias-primas e sua caracterização química, física, mineralógica e térmica. Além disso, a formulação e moldagem da massa cerâmica com 0, 10, 20 e 30% de PAE e a sinterização e coleta das emissões atmosféricas de processo a 750, 850 e 950°C. Por fim, foram realizados ensaios de caracterização técnica e ambiental no material obtido. Dentre os resultados encontrados, verificou-se que a argila possui como principais elementos Si, Al e K, enquanto que para o PAE os principais são Fe e Zn. Além disso, a argila possui um tamanho de partícula superior ao do PAE, que por sua vez possui partículas de formato em geral esférico e que tendem a se aglomerar. A partir do tratamento térmico das massas cerâmicas formuladas, observou-se que a adição de 10 e 20% de PAE nas temperaturas de 850 e 950°C produz material indicado para fabricação de tijolos em termos de resistência à flexão e absorção de água. Em termos ambientais, pode-se concluir que adições de até 20% de PAE a 750°C produzem materiais classificados em função do teor de Al como Classe IIA não inerte, conforme a NBR 10006 (ABNT, 2004d). Quanto às emissões atmosféricas, com exceção do teor de 30% de PAE produzido a 850°C, as demais combinações testadas estão de acordo com as normas de referência, não havendo legislação específica para esta atividade. Considerando uma visão global dos resultados obtidos, indica-se o uso de até 10% de PAE para fabricação de tijolos a partir de 850°C, prevendo-se assim sua conformidade com as normas técnicas de produtos de cerâmica vermelha. / Scientific and technological researches have been indicated the possibility of recycling several kinds of waste in construction, among which it stands out the electric arc furnace dust (EAFD). The EAFD is originated in the steelmaking process and classified as a hazardous waste (ABNT, 2004a). The aim of this research was to evaluate the technical and environmental viability of ceramic material produced from EAFD addition in red clay. The methodological stage included sampling of raw materials, its chemical, physical, mineralogical and thermal characterization. Also, the formulation and molding of compositions with 0, 10, 20 and 30% of EAFD and the sampling of atmospheric emissions from sintering at 750, 850 e 950°C. Finally, it was realized technical and environmental tests in the obtained material. Among the results, it was verified that the red clay has in its chemical composition, Al, Si and K as majoritarian elements, while EAFD has, mainly, Fe and Zn. Besides that, the red clay has larger particle than EAFD’s, which in turn has spherical particles which tends to form agglomerates. As result of the thermal treatment, it was observed that the addition of 10 and 20% of EAFD and sintering at 850 and 950°C produces a material indicated to bricks in function of its flexural strength and water absorption. In environment terms, it can be concluded that additions up to 20% of EAFD processing at 750°C produce a material classified as not inert, according NBR 10006 (ABNT, 2004d) due to its Al content. Regarding atmospheric emissions, excluded the addition of 30% of EAFD sintering at 850°C, all conditions are according to the reference norms, even though there is no specific standard to this activity. In a global perspective, it is indicated the use of EAFD up to 10% to bricks sintering above 850°C, predicting its accordance to red ceramic specifications.

Neste trabalho, desenvolveu-se um novo método para a detecção e classificação dos distúrbios que afetam a qualidade de energia elétrica em sistemas elétricos industriais na presença de fornos elétricos a arco. Durante o processo de fusão dos fornos elétricos a arco, ocorrem diversos eventos que afetam o sistema elétrico ao qual estão inseridos, tendo como características: forma de onda do sinal de corrente altamente desequilibradas e com grande distorção devido aos harmônicos, efeitos de cintilação; bem como afundamento e elevação nos sinais de tensão. O método ora proposto foi aplicado a sinais reais, permitindo a detecção e classificação dos distúrbios múltiplos na forma de onda do sinal de tensão, proveniente da operação dos fornos elétricos a arco. Para tal, foi usada como base do algoritmo, uma técnica baseada na Transformada Wavelet, aplicada aos sinais não-estacionários de uma instalação industrial com três fornos elétricos a arco. / A new method for the detection and classification of the disturbances that affect the electric power quality in industrial electric systems with electric arc furnaces was developed in this work. During the fusion process of the electric arc furnaces, may occur several events that affect the electric system to which it is inserted may occur, having as characteristic: waveform of the signal of current highly unbalanced and with great distortion due to the harmonic, scintillation effects; as well as sag and swell in the voltage signals.The method proposed was applied to real signals, allowing the detection and classification of the multiple disturbances in the waveform of the voltage signal originating from the operation of the electric arc furnace. For this purpose, a technique based on Wavelet Transform will be used and applied to the not-stationary signals of an industrial installation with three electric arc furnaces.

The thesis utilizes the analogy in dynamic equations between a mechanical and an electrical system to convert the steam-turbine, micro-turbine, wind-turbine and hydro-turbine generator mechanical model to equivalent electrical circuit models respectively. And based on the round rotor type and permanent magnetic rotor type synchronous generators¡¦ dynamic equations, as well as their electromagnetic torque equations, the equivalent electrical interface circuits were derived respectively. By using the interface circuit, the circuit model of synchronous generator and the equivalent electrical circuit model of turbine-generator mechanism can thus be combined into the electromechanical integrated circuit model (Thevenin¡¦s analogy circuit model and Norton's analogy circuit model). The electromechanical integrated circuit model is helpful for analyzing the energy conversion, power transmission and interactions between the mechanical and electrical systems for a turbine generator unit. In order to learn about these electromechanical interactions by using the proposed electromechanical integrated circuit model, the thesis has made a study on the torsional vibrations for a small gas turbine generator unit and for a large steam turbine generator unit respectively. By way of the frequency scanning and eigenvalue calculation, it is found that the torsional mode frequencies can be changed due to the electromechanical integration. Moreover, the small unit was more affected by the electromechanical integration than the large unit. Finally, we studied the effect of operations of an Electric Arc Furnaces (EAF) on torsional vibrations of a low capacity turbine generator. The electric system studied belongs to a practical steel plant in an industrial park. Based on the electromechanical integrated equivalent circuit model, a flywheel coupling shaft was designed. It is found by simulations that the coupling shaft can be quite effective in alleviating vibrations caused by the system unbalance arising from the EAF operations.

Electric Arc Furnace (EAF) modeling has been a common research area to date. This thesis work proposes a new field-data based EAF-specific model. The data used in developing the proposed model is obtained from field measurements of instantaneous voltages and currents of EAF the plants. This model presents the dynamic behavior of the EAF system including all its parts, which are the EAF transformer, the secondary circuit, the electrodes moving and the arc itself. It consists of a cascade connected variable-resistance and &ndash / inductance combination to represent the variation in time of the fundamental frequency, and a current source in parallel with it to inject the harmonics and interharmonics content of the EAF current. The proposed model is capable of representing both AC and DC EAFs, whose controllers&rsquo / set points are the impedance values seen from the low voltage (LV) side of the EAF transformer. The validity of the proposed model has been verified by comparing EMTDC/PSCAD simulations of the model with the field measurements. The results obtained have shown quite satisfactory correlation between the behavior of the proposed model and v the actual EAF operation. To show the advantages of the model while developing FACTS solutions for power quality (PQ) problem mitigation of a given busbar supplying single- or multi-EAF installations, various applications are presented.

In this work, feasibility of utilizing municipal incinerator fly ash (MIFA) of different sources as a substitute of raw materials for steel-making in a mini-mill was studied. Also studied included the efficacy of this mode of melting treatment and recycling. Under the condition of adding 1 wt% MIFA to scrap iron/scrap steel for partial replacement of lime, the L9 orthogonal arrays of Taguchi methods were utilized to investigate the effects of MIFA melting treatment of different sources by an electric arc furnace (EAF). Four experimental factors (i.e., scrap iron mass, lime mass, coke mass, and MIFA mass) were selected to study their effects on Pb leaching of EAF dust and slag. Test results for MIFA obtained from Plants K1, K2, and K3 show that EAF dust remains hazardous as it is originally a listed waste. On the other hand, slag so generated remains nonhazardous based on the TCLP results. The experimental results of EAF dust and slag were further subjected to the analysis of variance (ANOVA) and regular analysis. Using this process, the optimal operating conditions with respect to the leached Pb concentration would be as follows: (1) Plant K1(injection mode operation)--87 tons of scrap iron, 1.4 tons of lime, 0.4 ton of coke, and 0.9 ton of MIFA; (2) Plant K2(injection mode operation)--90 tons of scrap iron, 1.4 tons of lime, 0.7 ton of coke, and 1.1 tons of MIFA; (3) Plant K2(one-time-charge mode operation)--90 tons of scrap iron, 1.4 tons of lime, 0.9 ton of coke, and 0.7 ton of MIFA; (4) Plant K3(injection mode operation)--85 tons of scrap iron, 1.4 tons of lime, 0.7 ton of coke, and 0.9 ton of MIFA; and (5) Plant K3(one-time-charge mode operation)--87 tons of scrap iron, 1.5 tons of lime, 0.4 ton of coke, and 0.7 ton of MIFA. In this study, using MIFA from Plant K2 as an example, it was found that it required 29-35 kg of lime per ton of steel billets produced when MIFA was added. Under a normal operation of EAF steel-making, however, it required 35-45 kg of lime per ton of steel billets produced based on the past experience. In average, when MIFA is added, it needs only 32 kg of lime per ton of steel billets produced as compared to 40 kg of lime for regular steel-making. In other words, it would result in a reduction of 8 kg of lime per ton of steel billets produced by using this novel process. Based on an average monthly production of 20,973 tons of steel billets and a unit cost of 2,200 NT$ per ton of lime, a monthly saving of lime cost would be 369,125 NT$. Namely, about 4.4 million NT$ per year. In addition, it was also found that using this novel process to melt MIFA would not deteriorate the quality of steel billets and bars produced.

O ferro-esponja ou DRI (Direct Reduced Iron) é obtido pelo processo de redução direta onde o minério de ferro é transformado em ferro metálico através de reações químicas envolvendo o estado sólido (minério) e o gasoso (gases redutores). Neste processo o minério de ferro não passa pelo estado líquido como ocorre com o ferro-gusa. Isto confere ao ferro-esponja algumas desvantagens que prejudicam o seu desempenho nas aciarias. Pode-se citar a redução no rendimento metálico e o maior consumo de energia elétrica como principais impactos de sua utilização intensiva. O ferro-esponja apresenta menor quantidade de ferro total (maior quantidade de impurezas) do que o ferro-gusa e também apresenta óxidos de ferro remanescentes em sua estrutura (menor metalização). Para torná-lo mais competitivo, inúmeras melhorias no processo têm sido promovidas para aumento da metalização. No entanto, o limite superior alcançado na prática tem ficado ao redor de 95%. Visando contribuir para melhorar a qualidade do ferro-esponja este trabalho apresenta uma proposta inovadora a partir da técnica de auto-redução. O objetivo é aumentar o grau de metalização do ferro-esponja através de seu aquecimento. Para isso, foram realizadas análises termogravimetrias e aquecimentos em forno mufla; análises químicas por via úmida, difração de raios-x, espectroscopia mössbauer e análise de microssonda de raios-x. As análises estruturais foram realizadas utilizando microscópio eletrônico de varredura para confirmar a efetividade da técnica apresentada. Nesta dissertação pode-se comprovar que, através da técnica de auto-redução, o ferro-esponja alcança metalizações acima de 98% em detrimento da queda do teor de carbono total. Um aumento de 4% na metalização traz um ganho estimado de 5 a 10% no consumo de energia elétrica nos fornos de fusão e um acréscimo proporcional na produção horária das aciarias. / The direct reduced iron is obtained by direct reduction process, where iron ore is transformed in metallic iron via chemical reactions involving solid (ore) and gaseous (reductant gases) states. In this process the iron ore does not pass by liquid state like pig iron. This become to direct reduced iron some disadvantages, which decrease its performance in the steelmaking process. It can be mentioned the reduction of metallic yield and the higher consumption of electric energy as the main impacts of its intensive use. The direct reduced iron presents lower amount of total iron (higher amount of impurities) than pig iron and presents iron oxides remained in its structure (lower metallization). To become more competitive, several improvements in the reduction process have been carried out to increase its metallization. However, the highest level of metallization, which has been reached, is 95%. To improve the direct reduced iron quality, the present work evaluates, in an innovative way, using the technique of self reduction. The objective is increase of metallization of the direct reduced iron through its heating. Thermal, chemical and structural characterization was carried out to check the effectiveness of the investigated technique. The research confirms that the direct reduced iron can reach a metallization higher than 98% with a decrease of total carbon amount using the technique presented in this work. An improvement of 4% in the metallization brings savings of 5 to 10% in the electric energy consumption of the electric arc furnaces and a proportional increase of the production in the steelmaking plants.

O ferro-esponja ou DRI (Direct Reduced Iron) é obtido pelo processo de redução direta onde o minério de ferro é transformado em ferro metálico através de reações químicas envolvendo o estado sólido (minério) e o gasoso (gases redutores). Neste processo o minério de ferro não passa pelo estado líquido como ocorre com o ferro-gusa. Isto confere ao ferro-esponja algumas desvantagens que prejudicam o seu desempenho nas aciarias. Pode-se citar a redução no rendimento metálico e o maior consumo de energia elétrica como principais impactos de sua utilização intensiva. O ferro-esponja apresenta menor quantidade de ferro total (maior quantidade de impurezas) do que o ferro-gusa e também apresenta óxidos de ferro remanescentes em sua estrutura (menor metalização). Para torná-lo mais competitivo, inúmeras melhorias no processo têm sido promovidas para aumento da metalização. No entanto, o limite superior alcançado na prática tem ficado ao redor de 95%. Visando contribuir para melhorar a qualidade do ferro-esponja este trabalho apresenta uma proposta inovadora a partir da técnica de auto-redução. O objetivo é aumentar o grau de metalização do ferro-esponja através de seu aquecimento. Para isso, foram realizadas análises termogravimetrias e aquecimentos em forno mufla; análises químicas por via úmida, difração de raios-x, espectroscopia mössbauer e análise de microssonda de raios-x. As análises estruturais foram realizadas utilizando microscópio eletrônico de varredura para confirmar a efetividade da técnica apresentada. Nesta dissertação pode-se comprovar que, através da técnica de auto-redução, o ferro-esponja alcança metalizações acima de 98% em detrimento da queda do teor de carbono total. Um aumento de 4% na metalização traz um ganho estimado de 5 a 10% no consumo de energia elétrica nos fornos de fusão e um acréscimo proporcional na produção horária das aciarias. / The direct reduced iron is obtained by direct reduction process, where iron ore is transformed in metallic iron via chemical reactions involving solid (ore) and gaseous (reductant gases) states. In this process the iron ore does not pass by liquid state like pig iron. This become to direct reduced iron some disadvantages, which decrease its performance in the steelmaking process. It can be mentioned the reduction of metallic yield and the higher consumption of electric energy as the main impacts of its intensive use. The direct reduced iron presents lower amount of total iron (higher amount of impurities) than pig iron and presents iron oxides remained in its structure (lower metallization). To become more competitive, several improvements in the reduction process have been carried out to increase its metallization. However, the highest level of metallization, which has been reached, is 95%. To improve the direct reduced iron quality, the present work evaluates, in an innovative way, using the technique of self reduction. The objective is increase of metallization of the direct reduced iron through its heating. Thermal, chemical and structural characterization was carried out to check the effectiveness of the investigated technique. The research confirms that the direct reduced iron can reach a metallization higher than 98% with a decrease of total carbon amount using the technique presented in this work. An improvement of 4% in the metallization brings savings of 5 to 10% in the electric energy consumption of the electric arc furnaces and a proportional increase of the production in the steelmaking plants.