Há uma demanda por competitividade entre as indústrias de aços, a fim de alcançar a excelência definida pelo termo clean steel. O processo de desgaseificação a vácuo (VD) ocorre durante o Refino Secundário de aços especiais. Sua principal função é remover gases indesejáveis, especialmente o hidrogênio. Entretanto, durante este processo, o fenômeno de flotação e a absorção de inclusões são reportados. O objetivo do presente trabalho foi estudar a viscosidade de escórias e a capacidade da estação de desgaseificação a vácuo do tipo tanque na limpeza de aços sob uma perspectiva industrial. Para realizar este objetivo, foram coletadas amostras de escória e aço antes e após a etapa de vácuo. Os resultados em limpeza de aço foram relacionados à energia de agitação durante o tratamento a vácuo (associada a um parâmetro cinético - βs) e ao efeito da viscosidade de escórias. É possível observar um decréscimo expressivo na população de inclusões entre as condições antes e após tratamento de desgaseificação a vácuo. A remoção de inclusões durante o vácuo atinge 64, 75 e 78% para as faixas de diâmetro de 2,5-5, 5-15 e ≥ 15 μm, respectivamente. Após o processo de desgaseificação, a composição das inclusões não-metálicas aproxima-se da composição química da escória. O processo de agitação na estação de desgaseificação a vácuo promove uma diminuição significativa na densidade de inclusões na faixa de diâmetro de 2,5-15 μm. Além disso, ao aumentar a intensidade do parâmetro cinético, a composição química de inclusões não-metálicas foi afetada e o teor de enxofre presente no aço líquido foi reduzido. Quanto às viscosidades efetiva das escórias, conclui-se que, para valores mais baixos (0,20 Pa.s) aumenta-se a capacidade da escória na remoção de inclusões, enquanto que valores mais altos (> 0,40 Pa.s) aparentaram ser prejudiciais à limpeza do aço. / There is a demand in competitiveness within the steel industry towards achieving excellence defined by clean steel term. The process of vacuum degassing (VD) occurs during the secondary refining of special steels. Its main function is to remove undesirable gases, primarily hydrogen. However, during this process, flotation phenomenon and inclusions absorption are reported. The aim of the present work was to study the slag viscosity and vacuum degassing (tank type) capacity in steel cleanliness from an industry perspective. To achieve this objective, slag and steel samples were taken before and after vacuum stage. The results in steel cleanliness were related to the stirring energy of the vacuum station (associated to a kinetic parameter – βs) and to the effect of slag viscosity. It is possible to observe an expressive decrease in the population of inclusions between the conditions before and after vacuum degassing treatment. The removal of inclusions during the vacuum stage reaches 64, 75 and 78% in the diameter ranges of 2,5-5, 5-15 and ≥ 15 μm, respectively. After the degassing process, the composition of non-metallic inclusions seemed to approach the slags’ chemical compositions. The stirring process in the vacuum degassing station promotes a significant decrease in the inclusion density with 2,5-15 μm diameter range. Also, by increasing the kinetic parameter intensity, the composition of non-metallic inclusions was affected. The sulfur content present in liquid steel was reduced. Regarding the effective viscosities of slags, it was concluded that lower values (0,20 Pa.s) increased slag capacity in inclusion removal, whereas higher values (> 0,40 Pa.s) was detrimental to steel cleanliness.

Há uma demanda por competitividade entre as indústrias de aços, a fim de alcançar a excelência definida pelo termo clean steel. O processo de desgaseificação a vácuo (VD) ocorre durante o Refino Secundário de aços especiais. Sua principal função é remover gases indesejáveis, especialmente o hidrogênio. Entretanto, durante este processo, o fenômeno de flotação e a absorção de inclusões são reportados. O objetivo do presente trabalho foi estudar a viscosidade de escórias e a capacidade da estação de desgaseificação a vácuo do tipo tanque na limpeza de aços sob uma perspectiva industrial. Para realizar este objetivo, foram coletadas amostras de escória e aço antes e após a etapa de vácuo. Os resultados em limpeza de aço foram relacionados à energia de agitação durante o tratamento a vácuo (associada a um parâmetro cinético - βs) e ao efeito da viscosidade de escórias. É possível observar um decréscimo expressivo na população de inclusões entre as condições antes e após tratamento de desgaseificação a vácuo. A remoção de inclusões durante o vácuo atinge 64, 75 e 78% para as faixas de diâmetro de 2,5-5, 5-15 e ≥ 15 μm, respectivamente. Após o processo de desgaseificação, a composição das inclusões não-metálicas aproxima-se da composição química da escória. O processo de agitação na estação de desgaseificação a vácuo promove uma diminuição significativa na densidade de inclusões na faixa de diâmetro de 2,5-15 μm. Além disso, ao aumentar a intensidade do parâmetro cinético, a composição química de inclusões não-metálicas foi afetada e o teor de enxofre presente no aço líquido foi reduzido. Quanto às viscosidades efetiva das escórias, conclui-se que, para valores mais baixos (0,20 Pa.s) aumenta-se a capacidade da escória na remoção de inclusões, enquanto que valores mais altos (> 0,40 Pa.s) aparentaram ser prejudiciais à limpeza do aço. / There is a demand in competitiveness within the steel industry towards achieving excellence defined by clean steel term. The process of vacuum degassing (VD) occurs during the secondary refining of special steels. Its main function is to remove undesirable gases, primarily hydrogen. However, during this process, flotation phenomenon and inclusions absorption are reported. The aim of the present work was to study the slag viscosity and vacuum degassing (tank type) capacity in steel cleanliness from an industry perspective. To achieve this objective, slag and steel samples were taken before and after vacuum stage. The results in steel cleanliness were related to the stirring energy of the vacuum station (associated to a kinetic parameter – βs) and to the effect of slag viscosity. It is possible to observe an expressive decrease in the population of inclusions between the conditions before and after vacuum degassing treatment. The removal of inclusions during the vacuum stage reaches 64, 75 and 78% in the diameter ranges of 2,5-5, 5-15 and ≥ 15 μm, respectively. After the degassing process, the composition of non-metallic inclusions seemed to approach the slags’ chemical compositions. The stirring process in the vacuum degassing station promotes a significant decrease in the inclusion density with 2,5-15 μm diameter range. Also, by increasing the kinetic parameter intensity, the composition of non-metallic inclusions was affected. The sulfur content present in liquid steel was reduced. Regarding the effective viscosities of slags, it was concluded that lower values (0,20 Pa.s) increased slag capacity in inclusion removal, whereas higher values (> 0,40 Pa.s) was detrimental to steel cleanliness.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do processo de agitação eletromagnética (AE) utilizado no lingotamento contínuo (LC) e nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos aços ABNT 1025 (com adições de manganês e silício) forjados a quente, para a confecção de flanges de tubulações industriais. As matériasprimas fornecidas foram caracterizadas através de composição química e macrografia. Compararam-se os aços provenientes de três condições de fornecimento: 1º) LC sem AE somado à laminação a quente (LQ); 2º) LC com AE; e 3º) LC sem AE. Em seguida, foram extraídos billets de seção quadrada de 120mmx120mmx58mm das três condições citadas para subsequentes forjamentos a quente e fabricação de flanges. Assim, são mostrados os resultados das propriedades obtidas e a comparação com a norma de validação ASTM A 105 (especificação padrão para forjados de aço carbono para aplicação em tubulações) utilizada nesse tipo de forjado. Através da norma, foram verificados os requisitos químicos e ensaios de tração e de dureza. As propriedades foram, também, analisadas através de metalografias (macro e micro), ensaios de impacto e ensaios não destrutivos de líquidos penetrantes. Através da teoria elementar da plasticidade, os valores requeridos para a força de forjamento da peça em estudo, durante o processo de forjamento a quente, foram estimados em caráter formativo e didático. De acordo com os fundamentos teóricos observados na revisão bibliográfica e com os resultados práticos obtidos, constatou-se a aprovação dos aços provenientes do LC com AE como alternativa aos provenientes da LQ (tradicionalmente fornecidos às forjarias) para a confecção de flanges forjados desse tipo de aço. Na análise dos forjados provenientes do LC sem AE também ocorreu a reprovação de diversos resultados, mostrando o efeito da AE como alternativa para as propriedades desse tipo de forjado. / The objective of this work is to evaluate the effect of the process of electromagnetic stirring (ES) used in continuous ingot (CI) in the mechanical and metallurgic properties of 1025 ABNT hot forged steels (with the addition of manganese and silicon) for the manufacture of flanges of industrial pipes. At first, the supplied raw materials were characterized trough chemical compound and macrograph. Then, steels from the following three supplying conditions [ 1º) CI without ES plus hot rolling (HR); 2º) CI with ES; and 3º) CI without ES] were compared. Afterwards, billets were extracted from a square section measuring 120mmx120mmx58mm, from the three previous conditions, to be hot forged and to the manufacture of connection flanges. Thus, the results from these properties and the comparison with the validation norm ASTM A 105 (standard specification for steel-carbon forgings for the application in pipes) for this type of forged are shown. Through this norm, chemical requirements, tension and hardness tests were verified. The properties were also analyzed through metallographies (macro and micro), impact tests and non-destructive tests of penetrating liquids. Through the elementary plasticity theory, the demanded values for the forging force of the studied piece, during the hot forging process, were estimated as didactic and formative natures. According to the theoretical substances observed in the bibliography and to these practical results, the steels from CI with ES were approved as an alternative to the ones from HR (traditionally supplied to forging companies) to the manufacture of forged flanges of this type of steel. Moreover, in the analysis of forgings from CI without ES, the disapproval of various results also occurred, showing the effect of ES as an alternative to the properties of this type of forging.

Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do processo de agitação eletromagnética (AE) utilizado no lingotamento contínuo (LC) e nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos aços ABNT 1025 (com adições de manganês e silício) forjados a quente, para a confecção de flanges de tubulações industriais. As matériasprimas fornecidas foram caracterizadas através de composição química e macrografia. Compararam-se os aços provenientes de três condições de fornecimento: 1º) LC sem AE somado à laminação a quente (LQ); 2º) LC com AE; e 3º) LC sem AE. Em seguida, foram extraídos billets de seção quadrada de 120mmx120mmx58mm das três condições citadas para subsequentes forjamentos a quente e fabricação de flanges. Assim, são mostrados os resultados das propriedades obtidas e a comparação com a norma de validação ASTM A 105 (especificação padrão para forjados de aço carbono para aplicação em tubulações) utilizada nesse tipo de forjado. Através da norma, foram verificados os requisitos químicos e ensaios de tração e de dureza. As propriedades foram, também, analisadas através de metalografias (macro e micro), ensaios de impacto e ensaios não destrutivos de líquidos penetrantes. Através da teoria elementar da plasticidade, os valores requeridos para a força de forjamento da peça em estudo, durante o processo de forjamento a quente, foram estimados em caráter formativo e didático. De acordo com os fundamentos teóricos observados na revisão bibliográfica e com os resultados práticos obtidos, constatou-se a aprovação dos aços provenientes do LC com AE como alternativa aos provenientes da LQ (tradicionalmente fornecidos às forjarias) para a confecção de flanges forjados desse tipo de aço. Na análise dos forjados provenientes do LC sem AE também ocorreu a reprovação de diversos resultados, mostrando o efeito da AE como alternativa para as propriedades desse tipo de forjado. / The objective of this work is to evaluate the effect of the process of electromagnetic stirring (ES) used in continuous ingot (CI) in the mechanical and metallurgic properties of 1025 ABNT hot forged steels (with the addition of manganese and silicon) for the manufacture of flanges of industrial pipes. At first, the supplied raw materials were characterized trough chemical compound and macrograph. Then, steels from the following three supplying conditions [ 1º) CI without ES plus hot rolling (HR); 2º) CI with ES; and 3º) CI without ES] were compared. Afterwards, billets were extracted from a square section measuring 120mmx120mmx58mm, from the three previous conditions, to be hot forged and to the manufacture of connection flanges. Thus, the results from these properties and the comparison with the validation norm ASTM A 105 (standard specification for steel-carbon forgings for the application in pipes) for this type of forged are shown. Through this norm, chemical requirements, tension and hardness tests were verified. The properties were also analyzed through metallographies (macro and micro), impact tests and non-destructive tests of penetrating liquids. Through the elementary plasticity theory, the demanded values for the forging force of the studied piece, during the hot forging process, were estimated as didactic and formative natures. According to the theoretical substances observed in the bibliography and to these practical results, the steels from CI with ES were approved as an alternative to the ones from HR (traditionally supplied to forging companies) to the manufacture of forged flanges of this type of steel. Moreover, in the analysis of forgings from CI without ES, the disapproval of various results also occurred, showing the effect of ES as an alternative to the properties of this type of forging.

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Este trabalho tem como objetivo avaliar o efeito do processo de agitação eletromagnética (AE) utilizado no lingotamento contínuo (LC) e nas propriedades mecânicas e metalúrgicas dos aços ABNT 1025 (com adições de manganês e silício) forjados a quente, para a confecção de flanges de tubulações industriais. As matériasprimas fornecidas foram caracterizadas através de composição química e macrografia. Compararam-se os aços provenientes de três condições de fornecimento: 1º) LC sem AE somado à laminação a quente (LQ); 2º) LC com AE; e 3º) LC sem AE. Em seguida, foram extraídos billets de seção quadrada de 120mmx120mmx58mm das três condições citadas para subsequentes forjamentos a quente e fabricação de flanges. Assim, são mostrados os resultados das propriedades obtidas e a comparação com a norma de validação ASTM A 105 (especificação padrão para forjados de aço carbono para aplicação em tubulações) utilizada nesse tipo de forjado. Através da norma, foram verificados os requisitos químicos e ensaios de tração e de dureza. As propriedades foram, também, analisadas através de metalografias (macro e micro), ensaios de impacto e ensaios não destrutivos de líquidos penetrantes. Através da teoria elementar da plasticidade, os valores requeridos para a força de forjamento da peça em estudo, durante o processo de forjamento a quente, foram estimados em caráter formativo e didático. De acordo com os fundamentos teóricos observados na revisão bibliográfica e com os resultados práticos obtidos, constatou-se a aprovação dos aços provenientes do LC com AE como alternativa aos provenientes da LQ (tradicionalmente fornecidos às forjarias) para a confecção de flanges forjados desse tipo de aço. Na análise dos forjados provenientes do LC sem AE também ocorreu a reprovação de diversos resultados, mostrando o efeito da AE como alternativa para as propriedades desse tipo de forjado. / The objective of this work is to evaluate the effect of the process of electromagnetic stirring (ES) used in continuous ingot (CI) in the mechanical and metallurgic properties of 1025 ABNT hot forged steels (with the addition of manganese and silicon) for the manufacture of flanges of industrial pipes. At first, the supplied raw materials were characterized trough chemical compound and macrograph. Then, steels from the following three supplying conditions [ 1º) CI without ES plus hot rolling (HR); 2º) CI with ES; and 3º) CI without ES] were compared. Afterwards, billets were extracted from a square section measuring 120mmx120mmx58mm, from the three previous conditions, to be hot forged and to the manufacture of connection flanges. Thus, the results from these properties and the comparison with the validation norm ASTM A 105 (standard specification for steel-carbon forgings for the application in pipes) for this type of forged are shown. Through this norm, chemical requirements, tension and hardness tests were verified. The properties were also analyzed through metallographies (macro and micro), impact tests and non-destructive tests of penetrating liquids. Through the elementary plasticity theory, the demanded values for the forging force of the studied piece, during the hot forging process, were estimated as didactic and formative natures. According to the theoretical substances observed in the bibliography and to these practical results, the steels from CI with ES were approved as an alternative to the ones from HR (traditionally supplied to forging companies) to the manufacture of forged flanges of this type of steel. Moreover, in the analysis of forgings from CI without ES, the disapproval of various results also occurred, showing the effect of ES as an alternative to the properties of this type of forging.

Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T20:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bubenik_RubensLuiz_M.pdf: 9820006 bytes, checksum: 74e4259834492d5dafe6eb6b382dbc4f (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho trata do projeto e construção de um equipamento capaz de alterar a morfologia da fase primária de ligas metálicas em solidificação, diferenciando-a das estruturas dendríticas produzidas na solidificação convencional. Neste processo uma força externa provoca movimentos no metal líquido com objetivo de alterar a morfologia de crescimento do sólido, resultando em estruturas pré-reofundidas. No equipamento idealizado é utilizado um campo magnético girante para fornecer a força necessária ao movimento. O trabalho envolve projeto, construção e montagem de circuitos elétricos, circuitos eletrônicos e dispositivos mecânicos, bem como testes de eficiência do equipamento na produção de estruturas pré-reofundidas da liga AA 2011. Para testes foram variados o tempo de agitação do líquido (230 e 300 s), e o modo de agitação (normal e com reversão), sendo mantidas constantes a potência (1040 W) e a taxa de resmamento ('20 GRAUS¿/min.). Os resultados obtidos atestam a eficiência do equipamento na obtenção de lingotes com macroestrutura equiaxial refinada, homogênea em todo o seu volume, e microestrutura apresentando dendritas fragmentadas, com fator de forma de 2 a 3 para todas as condições analisadas. Estes valores de fator de forma podem ser considerados excelentes para materiais a serem utilizados como matéria prima para a conformação no estado pastoso reofundido / Abstract: This work relates the design and development of an equipment capable of modifying the morphology of primary phase during solidification of metal alloys, differentiating such structures ftom those dendritic obtained in conventional solidification. In this process turbulence is imposed to the liquid metal by means of a external force with the purpose of modifying the morphology of the growing solid, resulting in pre-rheocast structures. In the idealized equipment a rotating magnetic field is used to provide the necessary stirring in the Liquid. This work involves design, building and assembling of the equipment, as well as preliminarytests to analyse the efficiency of the equipment to produce ingots of the alloy AA 2011 with pre-rheocast structures. Different stirring times (230 and 330 s) and type of movement (normal or reverted) were utilized in the tests, while power and freezing rate in the material were kept constant (1040 W and '20 DEGREES¿/min., respectively). Results showed the efficiency of the designed equipment in the production of ingots with fine, equiaxial and homogeneous macrostructure and microstructures presenting highly ftagmented dendrites, with values of morphology index varying ftom 2 to 3 for all operational conditions tested. Those values of morphology index can be considered excellent for a material to be utilized as raw material for forming in the semi-solid state or thixoforming / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

El texto completo de este trabajo no está disponible en el Repositorio Académico UPC por restricciones de la casa editorial donde ha sido publicado. / The washing of Panca chili seeds requires innovative solutions that allow controlling this process. It is necessary to handle variables (conductivity, pH, colorimetry) in the face of the challenge of working with small seeds. At present, there are no machines that are dedicated to the washing of this type of seeds, since in many companies this work is done manually, which is not the one indicated because this technique cannot guarantee homogeneity in the seed washing. In addition, direct handling of this type of seeds can cause irritation to the eyes and skin of the person who maintains contact with the seeds. That is why, it is proposed to make a machine to scale by means of a motorized rotary agitator inside a tank, in order to guarantee the homogeneity of the mixture when washing seeds. The present work will allow to determine, among two different types of agitators (axial and radial), which type of agitator is the most efficient in the washing of seeds of Panca chili, to achieve this objective the measurement of pH and electrical conductivity to the water will be carried after the mixture, after stirring. Finally, the analysis of the tests performed on the mixture obtained and washed by each type of agitator allowed to identify the turbine-type radial agitator, like the one that obtained greater efficiency in the washing of seeds, with respect to the helical agitator and pallets, designed for development of this work, in turn, could also confirm that this type of palette with the conductivity control allows to guarantee the homogeneity of the mixture during washing. © 2021, The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to Springer Nature Switzerland AG. / Revisión por pares

Chemical energy plays a big role in the process of modern Electric Arc Furnace (EAF). The objective of this study is to compare the results of chemical reaction enthalpies calculated by four different methods. In general, the “PERRY-NIST-JANAF method” is used to calculate the chemical energies. However, this method heavily depend on heat capacities of the substances which have to be deduced from  “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook” and “NIST-JANAF Thermochemical Tables”, even the calculation process is complicated. Then, some other methods are introduced: Total enthalpy method, HT (High Temperature) enthalpy method and Atomic energy method. In this thesis, the above four methods have been used to calculate the enthalpies of chemical reactions in EAF process. Both of “Total enthalpy method” and “HT enthalpy method” are not complicated, but some basic data are not available. The calculation for chemical reaction enthalpies cannot be completely made by these two methods. “Atomic energy method” is more complicated than “Total enthalpy method” and “HT enthalpy method”, even almost all data are available, but some results of these methods are far from those of the other three methods’. The results show that values of enthalpies obtained by “PERRY-NIST-JANAF method” are more reasonable, though the calculation process is more complicated. In this study, it is also discussed two influencing factors on EAF process: electric power and electromagnetic stirring (EMS).

Steel cleanliness as a function of stirring practice during vacuum degassing treatment have been investigated in industrial studies at the steel plants of SSAB Special Steels in Oxelösund and Uddeholm AB in Hagfors. The cleanliness was examined with regards to the contents of sulphur, nitrogen and large inclusions (&gt;10µm). The stirring practice during the vacuum degassing treatment has been studied with respect to time, namely by shortening the vacuum degassing treatment time from 24 to 15 minutes. Furthermore, the effect of the stirring intensity was studied by measuring the open eye zone using camera recordings. The focus has been to study the effect of a shortened vacuum degassing time as well as a controlled stirring intensity on the steel cleanliness. Moreover, study the effect of subsequent induction stirring, after vacuum degassing, on the amount of inclusions. By taking steel and slag samples taken before and after the vacuum degassing treatment, the different stirring practices could be investigated. It should be noted that all heats reached the desired composition regardless of the treatment time and stirring practice. The results from the trials at SSAB Special Steels showed that the stirring practice during vacuum degassing have an effect on the total number of inclusions. The strong argon stirring during vacuum degassing with visible open eyes resulted in an average increase of 400% of the total amount of inclusions &gt;10µm. However, no difference between a vacuum degassing time of 24 or 15 minutes was seen with respect to the increased amount of inclusions, denitrogenization or desulphurization. During the subsequent induction stirring, which was softer with no open eyes, the effect of the stirring practice was unclear due to overlapping confidence intervals. An average decrease of 65% of the total amount of inclusions &gt;10 µm was seen for the heats  with non-overlapping confidence intervals. Based on these results it can be suggested that the use of a soft induction stirring after the vacuum degassing treatment as a possible process change to reach lower amounts of large inclusions. The stirring intensity during the vacuum degassing treatment was measured as the average ladle eye size during the trials at Uddeholm AB. This, due to that stronger stirring results in larger ladle eye zone. The results show that the amount of smaller inclusions (&lt;11.2 μm) decrease by up to 90% compared to the original amount, regardless of the stirring intensity. A stronger stirring showed tendency to increase the amount of large inclusion (&gt;22.4 μm). Moreover, the denitrogenization and desulphurization was not affected by the changed stirring intensity during vacuum degassing. It was also found that the average ladle eye size did not correlate to the logged average argon flow. / <p>QC 20150522</p>