ocel perspektivní materiál, moderní technologie

VĚDA, VÝZKUM A VÝVOJVĚDA, VÝZKUM A VÝVOJ

OCELPERSPEKTIVNÍ MATERIÁL,MODERNÍ TECHNOLOGIE

OBSAH

• Trendy ve výrobních technologiích• Hlavní výrobní technologie• Významné inovace

• Věda, výzkum a vývoj v oblasti metalurgie oceli• Cíle a výsledky řešení projektu IMPULS • Cíle řešení projektu VaVpI – RMTVC• Charakteristika vybraných oddělení

2

ZÁKLADNÍ FAKTA: OCELOVÉ VÝROBKY

Ocel:Nejpoužívanější kovový materiál•Vysoce moderní a recyklovatelný materiál•Existuje přes 1500 druhů (značek) ocelí z toho 1/3 byly vyvinuta v posledních 15 létech•Efektivita její výroby v posledních 40 létech stoupla o více než 330 %Vysoká variabilita finálních užitných vlastností různých typů ocelí:•Pevnost, houževnatost, pružnost, korozivzdornost, žáropevnost, odolnost proti opotřebení, radiační odolnost, ad.

3

TRENDY: TECHNOLOGIE A INOVACEVÝROBA A ODLÉVÁNÍ OCELI

Základní technologie výroby oceli – výroba v kyslíkových konvertorech (cca 2/3 celkové výroby) Inovace kyslíkokonvertorového procesu :•zintenzivnění zkujňovacích procesů

• kombinované dmýchání, dynamické řízení tavby, optimalizace vsázkových materiálů;

•zvýšení životnosti používaných žáromateriálů• zkrácení doby setrvání tavby v konvertorech, kvalitnější

vyzdívky, nové technologie sledování opotřebení a cílených oprav vyzdívky.

4


Výroba oceli v elektrických obloukových pecích - téměř 1/3 světové produkce oceli (v ČR pouze 8 – 10%). Inovace technologie EOP :•zintenzivnění zkujňovacích procesů

• sofistikované řízení tavby využívající různé zdroje energií (kyslíkopalivové hořáky, dospalovací trysky, dmýchání speciálních přísad), hybridní a flexibilní pochody, kvalitnější materiál elektrod, předehřev vsázkových materiálů...;

•zvýšení životnosti používaných žáromateriálů• zkrácení doby setrvání tavby v peci, kvalitnější vyzdívky, nové

technologie sledování opotřebení a cílených oprav vyzdívky, optimalizované chlazení víka pecí, práce pod pěnivou struskou...

5


Převážná část rafinace oceli je v moderním ocelářství převedena na různá zařízení sekundární (mimopecní) metalurgie. V oblasti sekundární metalurgie je využíváno především:•efektu sníženého/zvýšeného tlaku, •vlivu rafinačních strusek, •dmýchání či vstřelování speciálních rafinačních přísad, •optimalizace charakteru proudění v metalurgckých agregátech

6


Plynulé odlévání oceli - zvýšení výtěžku kovu, produktivity práce, zlepšení pracovního prostředí osádky. •významným trendem v této oblasti je stálé významnější přibližování profilů kontislitků výsledným tvarům požadovaného produktu.Odlévání do kokil – specifický segment trhu•těžké kovárenské výkovky, •speciální odlitky rozměrných strojních součástí...

7

TRENDY: TECHNOLOGIE A INOVACETVÁŘENÍ OCELI

Využití tepelné kapacity plynule litých polotovarů – užší návaznost válcování na kontilití s vysoce pozitivními energetickými i ekologickými dopady.

Maximální vytěžení strukturního potenciálu tradičních i nově vyvíjených typů oceli (komplexní termomechanické zpracování, cíleně ovlivňující strukturní charakteristiky i mechanické a jiné užitné vlastnosti tvářených výrobků s možností náhrady následného tepelného zpracování).

8

TRENDY: TECHNOLOGIE A INOVACETVÁŘENÍ OCELI

Zpřesnění tvaru, rozměrů a vlastností vývalků: • systémy zajišťující rovinnost pásů a plechů• ekologická maziva při tváření za studena• kvalitativní sloučení tratí pro válcování profilů a drátu• řízené ochlazování tvarových tyčí ve svitcích• využití moderních hotovních bloků při válcování tyčí• využití sekčního kalení hlav kolejnic• přesné zápustkové kování ozubených kol aj.

9

PREDIKCE: GLOBALIZACE A VÝZKUM

Neustává tlak na kontinuální zvyšování produktivity, kvality a variability produkce ocelářského průmyslu - vytváří se podmínky pro intenzivní výzkumnou a inovační činnost:•základní výzkum vedoucí k přesnému popsání zásadních fyzikálně-chemických procesů,•experimentální činnost v provozních podmínkách doplněná využitím metod fyzikálního a numerického modelování metalurgických procesů,•optimalizace nových technologií.

12

PROJEKT IMPULS FI-IM2/043:NOVÉ PROGRESIVNÍ TECHNOLOGICKÉ

POSTUPY VÝROBY OCELOVÝCH VÝROBKŮ

• Příjemce projektu : VŠB-TU Ostrava• Hlavní řešitel projektu : Prof. Ing. Ľudovít Dobrovský, CSc.,

Dr.h.c.• Hlavní spolupříjemce : TŘINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s.• Doba řešení : 2005-2008 • Projekt byl zaměřen na výzkum a vývoj nových technologií,

jejich inovace a aplikace. Cílová řešení projektu směřovala do oblasti výrobkové, nákladové a environmentální.

• Projekt byl členěn na 13 podprojektů v oblasti průmyslového výzkumu a na 28 podprojektů v oblasti vývoje.

• V rámci projektu bylo vyvinuto a zavedeno do praxe 149 nových technologických postupů a 60 výrobků s vyšší přidanou hodnotou.

13

REGIONÁLNÍ MATERIÁLOVĚ TECHNOLOGICKÉ VÝZKUMNÉ

CENTRUM Zkušeností a výsledky řešení projektu IMPULS byly využity

při koncipování projektu s názvem „Regionální materiálově technologické výzkumné centrum“ podaného v rámci Operačního programu VaVpI a financovaného ze strukturálních fondů EU a ze státního rozpočtu ČR

Cíl projektu : Vytvořit infrastrukturu na podporu propojení vzdělávání,

výzkumu a vývoje Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava (VSB-TUO) Fakulty metalurgie a materiálového inženýrství (FMMI) s podnikatelským prostředím

V rámci projektu vybudovat novou výzkumně vývojovou základnu materiálového výzkumu kovových a složených funkčních materiálů. Bude pořízeno 35 investic s hodnotou v rozpětí 4 - 34 mil Kč.

Bližší informace lze nalézt na http://rmtvc.fmmi.vsb.cz/

14

MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o.



CENTRUM

15




CENTRUM1.1. Oddělení přípravy materiálůOddělení přípravy materiálů laboratoř technologie přípravy speciálních materiálů laboratoř čistých kovů

2.2. Oddělení práškových technologiíOddělení práškových technologií laboratoř magnetických a keramických materiálů laboratoř frikčních kompozitů

3.3. Oddělení procesů tvářeníOddělení procesů tváření laboratoř intenzivních procesů tváření materiálů laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření

4.4. Oddělení hodnocení vlastností materiálůOddělení hodnocení vlastností materiálů laboratoř strukturní analýzy laboratoř mechanických vlastností laboratoř chemických analýz laboratoř hodnocení povrchových analýz a koroze laboratoř fyzikálních vlastností materiálů a nanostruktur

5.5. Oddělení experimentálního ověřování technologií a aplikaceOddělení experimentálního ověřování technologií a aplikace laboratoř pro experimentální ověřování technologií výroby nových materiálů laboratoř modelování procesů v tekuté a tuhé fázi

16



Aplikačnísféra

Zkoušenívlastnostímateriálů

Technologickéaplikace

Přípravamateriálů

Práškovétechnologie

Procesytváření

Nanostrukturní materiály


CENTRUM

17



Oddělení procesů tváření

Laboratoř intenzivních procesů tváření materiálu

(FMMI VŠB-TUO)

Laboratoř modelovánía optimalizace technologií tváření

(MMV s.r.o.)

podélné válcovánítažení drátu

válcování bezešvých trubplastometrické simulacematematické modelování


CENTRUM

18



• Návaznost na 3 dlouhodobé projekty (výzkumné záměry) zaměřené na vlastností intenzivně tvářených materiálů

• Během jejich řešení byla vybudována unikátní experimentální základna zaměřená především na problematiku válcování plochých výrobků.

• Projekt laboratorní válcovací tratě TANDEM získal v roce 2001 cenu Inženýrské akademie ČR za významný přínos k rozvoji inženýrského výzkumu.


CENTRUM

19



Aktuální schéma laboratorní tratě TANDEM


CENTRUM

20



Nová polospojitá trať pro válcování za tepla

(nejvýznamnější tvářečské zařízení v rámci RMTVC) •Bude univerzálnější než stávající TANDEM, zaměřená

zejména na fyzikální simulaci řízeného válcování a ochlazování profilů na kalibrovaných válcích s cílem optimalizovat stávající a pomáhat zavádět nové technologie.

•Bude sestávat z předválcovací vratné stolice, čtyřstolicového tandemu schopného válcovat v obou směrech a sekce řízeného ochlazování hotového vývalku.

•Koncepčně se jedná o mohutné laboratorní (experimentální), nikoli poloprovozní zařízení.


CENTRUM

21



Laboratoř tažení drátu se zaměří především na

•studium vlivu technologie výroby drátu na jeho mikrostrukturu, mechanické vlastnosti a kvalitu povrchu

•technologie následné úpravy taženého drátu (pokovování, ohýbání, výroba a testování pružin, pletiva, svařovaných sít, spojovacího materiálu a materiálu pro lékařské účely)

•optimalizaci výroby z technologického hlediska (problematika trhání a mazání drátu, geometrie a materiál průvlaku, hodnocení vlastností maziv aj.)


CENTRUM

22



Laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření• Laboratoř bude zabezpečovat výzkum v oblasti fyzikálního modelování deformačního chování a tvařitelnosti kovových materiálů za tepla, zároveň bude provádět matematické modelování v oblasti tváření za tepla v rozsahu klasických technologií tváření jako je válcování, kování atd. • V součinnosti bude možno provádět optimalizaci technologií tváření za tepla v procesech výroby hutích polotovarů, ale i koncových výrobků.• Základním zařízením laboratoře je univerzální torzní plastometr SETARAM.


CENTRUM

23



Laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření

• Základní koncepce metodiky výzkumu a vývoje procesů tváření za tepla

Matematické modelování Fyzikální modelování

Optimalizace

technologie tváření

chování tvářeného kusu velkých rozměrů

Parametry def. chování materiálu

SETARAM Padostroj

Tahový stroj

Software mat. modelování

Fyzikální simulace tváření bezešvých trub

Odebraný zkušební materiál

(zkušební tyč)

Konkrétní parametry

tvářecí technologie


CENTRUMLaboratoř strukturních analýz a Laboratoř mechanických vlastností• Hodnocení konvenčních a nekonvečních mechanických vlastností materiálu jako zpětná vazba při vývoji nových – sofistikovaných typů materiálu.• Hodnocení křehkolomových, únavových a creepových charakteristik základních materiálů a jejich svarových spojů pro zpřesnění matematických popisů procesů poškozování.• Hodnocení vztahu mezi mikročistotou a únavovými charakteristikami materiálů zejména pro výrobu pružin, kordů a ocelových drátů.• Hodnocení pevnostních křehkolomových a creepových charakteristik pomocí penetračních testů a malých nestandardizovaných těles.•

24




CENTRUM

25



Oddělení experimentálního ověřování technologií a aplikaceOddělení experimentálního ověřování technologií a aplikace

Laboratoř pro experimentální ověřování technologií výroby nových

materiálů (MMV s.r.o)

Laboratoř modelování procesů v tekuté a tuhé fázi

(FMMI, VŠB-TUO)


CENTRUMLaboratoř pro experimentální ověřování technologií výroby nových materiálů Laboratoř bude uzpůsobena k výzkumu, vývoji a výrobě nových materiálů v indukční tavící peci umístěné v kesonu. Materiály budou taveny, rafinovány a odlévány v atmosféře argonu nebo dusíku a to od nízkých tlaků (vakua ) po přetlak.• Nově bude využito:

• posílení vakuovací stanice,• odlévání spodem (nový odlévací keson, ...),• zařízení pro měření plynů v tavenině,• zařízení pro on-line měření teploty taveniny.

• Pro aplikovaný výzkum:• vlivu hlubokého vakua na oduhličení či dezoxidaci nových materiálů,• znalost obsahu plynů během tavby bude sloužit pro studium kinetiky procesu,• odlévání spodem zajistí požadované povrchové a vnitřní parametry materiálu

a to i z ohledem na další technologické a technické operace, 26




CENTRUMLaboratoř modelování procesů v tekuté a tuhé fázi•Pracoviště bude schopno provádět analýzu klíčových fyzikálních vlastností konkrétních kovových a oxidických soustav, nalézt jejich teplotní a jiné požadované závislosti:

Experimentální studium:•teploty likvidu a solidu,•fázové přeměny,•viskozity...Vliv: •teploty,•rychlosti ohřevu,•rychlosti ochlazování...

27



STA449 F3 Jupiter

SETARAM Setsys 18TMViskozimetr


CENTRUMLaboratoř modelování procesů v tekuté a tuhé fázi•Kromě jiné expertní činnosti je možné „na míru“ řešenému problému určené fyzikální vlastnosti implementovat do systému numerického a fyzikálního modelování. Současné provedení numerického a fyzikálního modelování umožní dosáhnout optimální navržení provozně testovaných variant a také jejich případnou zpětnou analýzu.•Aplikovaný výzkum přenosových jevů, proudění a tuhnutí oceli...

28



DĚKUJI ZA POZORNOST...

29

ocel perspektivní materiál, moderní technologie

Documents