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Type: Tese
Title: Adição de elementos de liga (boro e nióbio) em ferro fundido branco alto cromo : uma análise comparativa do ganho de resistência ao desgaste abrasivo versus custo
Authors: Cláudio Gonçalves de Oliveira
First Advisor: Geralda Cristina Durães de Godoy
First Co-advisor: Ivete Peixoto Pinheiro Silva
First Referee: José Daniel Biasoli Mello
Second Referee: André Paulo Tschiptschin
Third Referee: Marília Mendonça de Lima
metadata.dc.contributor.referee4: Marcelo Araújo de Câmara
metadata.dc.contributor.referee5: Maurício Waineraich Scal
Abstract: Em se tratando de mineradoras, o desgaste abrasivo é causa de problemas operacionais e gera custos elevados. Os ferros fundidos branco alto cromo têm sido amplamente utilizados na mineração, por ser uma classe de materiais altamente resistente à abrasão com uma boa relação custo-benefício. Para reduzir o desgaste dos materiais nos chutes de transferência de minério de ferro da mineração, buscam-se materiais de alta resistência ao desgaste abrasivo por meio de mudanças na composição química e / ou tratamentos térmicos e, frequentemente, o aumento do custo não é considerado. Neste estudo, a resistência ao desgaste abrasivo de quatro ligas de ferro fundido branco de alto cromo (25,0%Cr e 3,0%C) com adição de boro e / ou nióbio foi avaliada por meio de ensaios laboratoriais de desgaste abrasivo em roda de borracha, segundo a Norma ASTM G65 e, por meio de ensaios industriais com placas de teste inseridas em posições estratégicas ao longo da transferência de minério de ferro. Uma análise estatística dos resultados dos ensaios de abrasão por roda de borracha em laboratório, usando uma técnica mais avançada de modelamento linear conhecida como modelamento multivariado marginal, nos indicou procedimentos adequados para testar materiais no campo e obter resultados mais confiáveis na seleção de materiais para uso em mineração de minério de ferro. Os resultados estatísticos indicaram para as ligas de ferro fundido branco alto cromo, com e sem nióbio, que a variação da granulometria do abrasivo tem maior influência na resistência ao desgaste medida pela perda volumétrica durante o desgaste. Por outro lado, para as ligas com adição de boro, a intensidade da força aplicada tem maior influência na perda volumétrica acumulada (em mm³). A resistência ao desgaste abrasivo das quatro ligas foi avaliada em testes de campo por meio de duas aplicações: chute de transferência e alimentador de correia. Essas duas aplicações se diferem essencialmente na severidade do desgaste, severa e branda respectivamente. Os resultados obtidos no campo estão de acordo com as conclusões apontadas pela análise estatística. Em severidade alta, as ligas com adição de boro tiveram o pior desempenho quanto a perda volumétrica por desgaste. Em severidade branda, essas ligas se apresentaram com melhor desempenho. Um novo parâmetro, custo de reposição relativo (RRC), foi desenvolvido e propõe avaliar o ganho de resistência ao desgaste relativo ao aumento no custo da liga. Concluiu-se que a adição de nióbio não se justificou economicamente nem demonstrou significativo ganho de resistência à abrasão. A adição de boro foi considerada benéfica para aplicações industriais onde se tem severidade branda, no processo de desgaste. Quando as condições de severidade foram altas, a adição seja de nióbio ou de boro em ligas de ferro fundido branco de alto cromo não se justificou economicamente relativo ao ganho de resistência ao desgaste abrasivo, em se tratando do abrasivo minério de ferro.
Abstract: In the case of mining companies, abrasive wear is the cause of operational problems and generates high costs. High chromium white cast iron alloys have been widely used in mining, as they are a class of materials highly resistant to abrasion with a good cost-benefit ratio. To reduce material wear in mining iron ore transfer chutes, materials of high hardness are sought through changes in the chemical composition and/or heat treatments, and often the increase in cost is not considered. In this study, the abrasive wear resistance of four high chromium white cast iron alloys (25.0% Cr and 3.0% C) with the addition of boron and / or niobium was evaluated through laboratory tests of abrasive wear in rubber wheel, according to Standard ASTM G65 and, through industrial tests with test plates inserted in strategic positions along iron ore transfer chutes. The statistical analysis of the results of the abrasion tests by rubber wheel in the laboratory, using a more advanced linear modeling technique known as multivariate marginal linear model, indicated adequate procedures for testing materials in the field and obtaining more reliable results in the selection of materials for use in iron ore mining. The statistical analysis indicated for high chrome white cast iron alloys, with and without niobium and without the addition of boron, the variation of the abrasive granulometry has the greatest influence on the wear resistance measured of the volumetric losses during the wear. On the other hand, these alloys with the addition of boron, the intensity of the applied force has the greatest influence on the accumulated volumetric losses (in mm³). The abrasive wear resistance of all four alloys was evaluated in field tests through two applications: transfer chute and belt feeder conveyor. These two applications differ essentially in the severity of wear, severe and mild, respectively. The results obtained in the field are in accordance with the conclusions pointed out by the statistical analysis. In high severity, alloys with boron added had the worst performance in terms of wear volumetric loss. In mild severity, these alloys performed better. A new parameter, relative replacement cost (RRC), was developed that considers to evaluate the wear resistance gain related to the increase in alloy cost. It was concluded that the addition of niobium was neither economically justified nor demonstrated a gain on abrasive resistance. The addition of boron was considered beneficial for industrial applications where there is mild severity in the wear process. When the conditions of severity were high, the addition of either niobium or boron to high chromium white cast iron alloys was not economically justified regarding the gain in resistance to abrasive wear, in the case of abrasive iron ore.
Subject: Engenharia metalúrgica
Metalurgia física
Boro
Desgaste abrasivo
Ferro fundido
Nióbio
Tribologia
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica, Materiais e de Minas
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/43857
Issue Date: 23-Sep-2020
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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