Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Stimulacija mikrostrukture za kontinuirno vlivanje jekel z vrhunsko kvaliteto

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.13.01  Tehnika  Procesno strojništvo  Večfazni sistemi 

Koda Veda Področje
T200  Tehnološke vede  Termično inženirstvo, uporabna termodinamika 
T450  Tehnološke vede  Kovinska tehnologija, metalurgija, kovinski izdelki 
Ključne besede
Kontinuirano ulivanje jekla, pojavi pri strjevanju, integrirano modeliranje, mikrostruktura, model faznega polja, celični avtomati, optimizacija, avtomatizacija.
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (9)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  12359  dr. Henrik Gjerkeš  Energetika  Raziskovalec  2007 - 2009  237 
2.  29096  dr. Agnieszka Z. Guštin  Materiali  Raziskovalec  2007 - 2009  141 
3.  28366  dr. Gregor Kosec  Računalništvo in informatika  Mladi raziskovalec  2007  161 
4.  25793  dr. Igor Kovačević  Procesno strojništvo  Mladi raziskovalec  2007  27 
5.  21381  dr. Miha Kovačič  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2009  245 
6.  18788  Gojko Manojlović  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2007 - 2008  50 
7.  18782  dr. Bojan Senčič  Proizvodne tehnologije in sistemi  Raziskovalec  2009  92 
8.  04101  dr. Božidar Šarler  Procesno strojništvo  Vodja  2007 - 2009  1.102 
9.  23018  dr. Robert Vertnik  Proizvodne tehnologije in sistemi  Mladi raziskovalec iz gospodarstva  2007 - 2009  222 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  1540  Univerza v Novi Gorici  Nova Gorica  5920884000  14.068 
2.  1610  ŠTORE STEEL podjetje za proizvodnjo jekel, d.o.o.  Štore  1197967  727 
Povzetek
Izhodišče projekta predstavlja vrhunsko avtomatizirana naprava za kontinuirno ulivanje jeklenih gredic v podjetju Štore-Steel, ki smo jo na podlagi slovenskega znanja uspešno opremili v okviru projektov L2-5387 Modeliranje in optimizacija za konkurenčno kontinuirno ulivanje in COST-526 Automatic Process Optimisation in Materials Technology v letih 2003 - 2006. V okviru tega projekta bomo simulacijski sistem, ki smo ga razvili za napravo, dopolnili tako, da bomo dosegli integralno modeliranje procesa strjevanja jekla – od procesnih parametrov do lastnosti ulitega izdelka (porazdelitev velikosti in orientacije strjenih zrn, mikroizceje, makroizceje). Omenjeni simulacijski sistem, skupaj z opremo naprave, bosta omogočala optimalno (glede na kvaliteto, učinkovitost in varnost) prilagoditev specifičnih pogojev strjevanja posebej za vsak format in tip jekla, kar je še posebej pomembno za ohranitev globalne konkurenčne prednosti sofinancerja, ki proizvaja veliko število vrhunskih jekel v majhnih količinah. Integralno modeliranje strjevanja jekla bomo dosegli na podlagi makroskopskih modelov, ki bodo upoštevali večsestavinski turbulentni prenos toplote in snovi s specifikami povsem kapljevitega območja, območja s plavajočimi enakoosnimi kristali, kašastega območja ter povsem trdnega območja. Makroskopski modeli bodo sklenjeni z mikroskopskimi modeli nukleacije in razvoja deleža trdnih faz. Na mikroskopskem merilu bomo uporabili fizikalni koncept večfaznega polja, na vmesnem prostorskem nivoju pa matematični koncept celičnih avtomatov. Za rešitveni postopek sklopljenega sistema enačb na več merilih bomo uporabili povsem novo tehnologijo prilagodljivega brezmrežnega računanja, ki smo jo predlagatelji tega projekta razvili v preteklih letih. Model bomo validirali na podlagi meritev, ki bodo obsegale infrardečo termografijo, metalografske in mehanske analize. V okviru projekta se bosta izobraževala dva domača in en tuji mladi raziskovalec (6.o.p. EU INSPIRE, mobility). V okviru projekta bomo pod okriljem organizacije EUROTHERM v Idriji organizirali mednarodno konferenco Microstructure Simulation.
Pomen za razvoj znanosti
Čeprav je projekt aplikativne narave in osredotočen na konkretni problem simulacije mikrostrukture gredic pri kontinuirnem ulivanju jekel v podjetju Štore Steel, so nekateri rezultati projekta, ki ne posegajo v konkurenčno prednost so-financerja, publicirani v vrhunski (zgornjih 5%) znanstveni literaturi. Poglavitne znanstvene rezultate projekta vidimo predvsem v inovativnem večnivojskem modelu za napovedovanje rasti mikrostrukture in makroizcejanja, v katerem smo prvič združili matematični koncept celičnih avtomatov in novo generacijo adaptivnih brezmrežnih numeričnih metod. Omenjeni model smo validirali na podlagi meritev z infrardečo termografijo ter Baumannovimi odtisi. Model omogoča simulacijo mikrostrukture v jeklenih gredicah. Originalno smo razvili in uporabili brezmrežno metodo za simulacijo turbulentnega toka taline na podlagi modela k-epsilon pri kontinuirnem ulivanju. Omenjena metoda je izjemno preprosta, učinkovita in natančna in omogoča vgradnjo zelo zahtevnih fizikalnih modelov. Originalno smo metodo celičnih avtomatov formulirali na brezmrežni način - na podlagi diskretizacije s točkami brez poligonov med njimi. To nam je omogočilo simulacije rasti zrn in dendritskih struktur neodvisno od smeri računske mreže. S tem smo odpravili bistveno pomanjkljivost klasične metode celičnih avtomatov. V okviru projekta smo združili raziskave, ki so tradicionalno v domeni strojništva z raziskavami, ki so v domeni računalništva in raziskav materialov.
Pomen za razvoj Slovenije
Slovenci imamo pri izdelavi in predelavi materialov izjemno bogato tradicijo na katero smo zelo ponosni. Prvi plavž je pod gorovjem Jelovica omenjen že leta 1422, barvna metalurgija pa je na južnih obronkih Pohorja znana že od leta 1825. Za začetek industrijske proizvodnje aluminijevih zlitin v naših krajih štejemo leto 1950, ko se je v Slovenski Bistrici proizvodnja bakra preusmerila v proizvodnjo aluminija. Za začetek industrijske proizvodnje jekla v naših krajih štejemo leto 1869, ko je bila ustanovljena Kranjska industrijska družba. Odkritje postopka izdelave feromangana je tej družbi zagotovilo pionirsko mesto v zgodovini jeklarstva. Za to odkritje je podjetje prejelo več priznanj in nagrad na svetovni razstavi na Dunaju. Prav na isti razstavi je leta 1894 naš fizik Jožef Stefan predstavil prve analitične modele strjevanja. Slovenski fizik je bil poleg Francozov Lameja in Clapeyrona ter Nemca Neumanna med prvimi, ki so začeli obravnavati premične meje. V osmih razpravah je od leta 1873 do leta 1891 postavil osnove analitičnega obravnavanja problemov s premičnimi mejami. Med drugim je obravnaval premične meje, ki nastopajo pri taljenju in zmrzovanju, topljenju in izločanju ter kemijskih reakcijah. Računalniško modeliranje in simulacija tovrstnih problemov se je začela sredi petdesetih let in se je dandanes razvila v znanstveno področje z okoli pet tisoč bibliografskimi enotami. Zaradi izjemne pomembnosti kontinuirnega litja ima računalniško modeliranje tega procesa izjemno težo doma in v tujini. Industrijski naročniki raziskav Laboratorija ze večfazne procese sistematično vlagajo v razvoj domačega znanja na področju kontinuirnega ulivanja že od začetka devetdesetih let. Razlog za omenjena vlaganja so relativno majhne proizvodne kapacitete ter ulivanje velikega števila različnih visoko kvalitetnih zlitin. Za izdelavo in predelavo omenjenih izdelkov je potrebnega veliko lastnega znanja. Slovenska metalurška industrija izvaža na razvite tuje trge skoraj za milijardo eurov izdelkov, ki so vsi posredno ali neposredno povezani s procesom kontinuirnega ulivanja. Od tega procesa je v Sloveniji odvisnih 10000 delovnih mest. Tako ima razvoj numeričnih simulacijskih sistemov in z njo povezana avtomatizacija livnih naprav v Sloveniji izjemno težo. Cilj opisanega razvoja je boljše razumevanje in vpogled v te procese, boljši vpliv na njih in izboljšana organiziranost ulivanja. Opisane raziskave so prispevale k večji ekonomičnosti in varnosti livnih naprav, izboljšani kvaliteti ulitkov in hitrejšemu ter cenejšemu razvoju ulivanja novih materialov in formatov. Pri tem se je izkazalo, da je uporaba simulacijskih sistemov v povprečju za več odstotkov izboljšala produktivnost procesa ter kvaliteto izdelkov ter omogočila samostojen razvoj litja več novih zlitin.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2008, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2008, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno