Ocel perspektivní materiál, moderní technologie

1. Ocelperspektivní materiál,moderní technologie Věda, výzkum a vývoj

2. 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

3. 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.

4. 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.

5. Trendy: technologie a inovacevýroba a odlévání oceli 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...

6. Trendy: technologie a inovacevýroba a odlévání oceli 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

7. Trendy: technologie a inovacevýroba a odlévání oceli 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...

8. 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

9. 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

10. 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.

11. 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.

12. 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 výzkumukovových 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/

13. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum

14. Příprava materiálů Procesy tváření Technologické aplikace Aplikační sféra Zkoušení vlastností materiálů Práškové technologie Nanostrukturní materiály Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum • Oddělení přípravy materiálů • laboratoř technologie přípravy speciálních materiálů • laboratoř čistých kovů • Oddělení práškových technologií • laboratoř magnetických a keramických materiálů • laboratoř frikčních kompozitů • Oddělení procesů tváření • laboratoř intenzivních procesů tváření materiálů • laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření • Oddělení hodnocení vlastností materiálů • laboratoř strukturní analýzy • laboratoř mechanických vlastností • laboratoř chemických analýz • laboratoř hodnocení povrchových analýz a koroze • laboratoř fyzikálních vlastností materiálů a nanostruktur • Oddělení experimentálního ověřování technologií a aplikace • laboratoř pro experimentální ověřování technologií výroby nových materiálů • laboratoř modelování procesů v tekuté a tuhé fázi

15. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Oddělení procesů tváření Laboratoř intenzivních procesů tváření materiálu (FMMI VŠB-TUO) Laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření (MMV s.r.o.) • podélné válcování • tažení drátu • válcování bezešvých trub • plastometrické simulace • matematické modelování 17

16. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum • Návaznost na 3 dlouhodobé projekty (výzkumné záměry) zaměřené navlastností 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. 18

17. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Aktuální schéma laboratorní tratě TANDEM 19

18. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum 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. 20

19. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum 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.) 21

20. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření • Laboratoř bude zabezpečovat výzkum v oblasti fyzikálního modelovánídeformačního 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 tvářeníza tepla v procesech výroby hutích polotovarů, ale i koncových výrobků. • Základním zařízením laboratoře je univerzální torzní plastometr SETARAM.

21. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum • Laboratoř modelování a optimalizace technologií tváření • Základní koncepce metodiky výzkumu a vývoje procesů tváření za tepla

22. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Laboratoř 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.

23. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Oddělení 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) 25

24. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Laboratoř 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,

25. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Laboratoř 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... STA449 F3 Jupiter Viskozimetr SETARAM Setsys 18TM

26. Regionální Materiálově technologické výzkumné centrum Laboratoř 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...

27. Děkuji za pozornost...