×

Nr 2/2009
2.jpg

Kazimierz Mamro

Akademia Górniczo-Hutnicza

PROBLEMY TECHNOLOGICZNO-PRODUKCYJNE STALOWNICTWA

W oparciu o dostępne źródło literatury i własne analizy omówiono zagadnienia techniczne i technologiczne produkcji stali, które obejmują następujące procesy:

  • wytapiania stali w procesie tlenowo konwertorowym,
  • wytapiania stali w elektrycznych piecach łukowych,
  • rafinację stali w procesie obróbki pozapiecowej,
  • modelowania procesów stalowniczych.

Opracowanie podporządkowane jest weryfikacji ekonomicznej procesów metalurgicznych oraz uzyskaniu dobrej jakości końcowego produkcji stalowni. W procesie konwertorowym dalszy postęp i rozwój koncentruje się na technologii wytapiania, konstrukcji urządzeń i mechanizacji operacji technologicznych oraz na logistyce przepływów materiałowych. W procesach elektrycznych zwrócono uwagę na zachodzące zmiany konstrukcji pieców łukowych w okresie lat 1970 do 2009, które doprowadziły do istotnej poprawy wskaźników:

  • skrócenia czasu wytopu z 150 do 45 min,
  • zmniejszenia z 550 do 320 kWh/Mg stali,
  • zmniejszenia zużycia elektrod z 2,72 kg/Mg stali do 0,77 kg/Mg stali,
  • wzrostu wydajności z 30 do 100-160 Mg/godz.

Dalszy postęp procesu elektrycznego ukierunkowany jest na:

  • wstępne podgrzewanie wsadu żelazonośnego,
  • skrócenie czasu ładowania pieców,
  • technologię wytapiania mającą wpływ na wskaźniki ekonomiczne,
  • technologię heterogenicznego przygotowania złomu.

Ciekłą kąpiel metalową wytworzoną w procesie elektrycznym lub konwertorowym poddaje się rafinacji w urządzeniach pozapiecowych jako ostatni zabieg technologiczny przed odlewaniem do wlewnic lub na urządzeniu COS. Dalszy rozwój procesu obróbki pozapiecowej ukierunkowany jest na:

  • logistykę operacji metalurgicznych zapewniających odpowiednią pojemność cieplną stali,
  • monitoring procesu rafinacji,
  • poprawę uzysku odtleniaczy i składników stopowych,
  • doskonalenie metod modyfikacji i usuwania wtrąceń niemetalicznych,
  • wprowadzanie metod on-line kontroli i sterowania procesem.

Na podstawie przedstawionych problemów i spodziewanych kierunków dalszego rozwoju technologii wytapiania i rafinacji stali wskazane zostały obszary badawcze, w których uczestniczyć powinny placówki naukowe, a w szczególności Instytut Metalurgii Żelaza.

Józef Barański, Jerzy Witek

Instytut Szkła, Ceramiki, Materiałów Ogniotrwałych i Budowlanych w Warszawie  - Oddział Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach

BLOKI Z BETONÓW OGNIOTRWAŁYCH DO WYŁOŻENIA TRZONÓW PIECÓW GRZEWCZYCH

Przedmiotem badań były bloki z betonów ogniotrwałych do wyłożenia trzonów pieców grzewczych. Opracowano wyroby, które mogą stanowić alternatywę dla stosowanych dotychczas bloków topionych, korundowych i korundowo-cyrkonowych. Charakteryzują się one wysokimi własnościami mechanicznymi i małą ścieralnością w wysokich temperaturach, a także wysoką odpornością na korozyjne oddziaływanie zgorzeliny powstającej w procesie nagrzewania stalowych wlewków. W porównaniu z blokami topionymi ich podstawową zaletą jest wysoka odporność na szoki termiczne i znacznie niższa cena. Podstawowe własności fizykochemiczne przedmiotowych wyrobów przedstawiają się następująco:

  • zawartość Al2O3 - min. 55%,
  • zawartość ZrO2 - min. 10%,
  • wytrzymałość na ściskanie po wypaleniu w 1350oC-min. 120 MPa,
  • ścieralność w temperaturze 1000oC - max 0,04 g/cm2,
  • odporność na szoki termiczne (ilość zmian 850oC-woda) - min. 20 zmian.

Próby aplikacyjne wykazały, że w przypadku trzonów pieców przepychowych trwałość wyłożeń ogniotrwałych wykonywanych z opracowanych bloków betonowych wynosi 12-18 miesięcy i jest porównywalna z trwałością bloków topionych, korundowych i korundowo-cyrkonowych, przy znacznie niższych kosztach remontów ceramicznych.

Marek Burdek, Bogdan Garbarz

Instytut Metalurgii Żelaza

Jan Sińczak

Akademia Górniczo-Hutnicza

Józef Kobic

Metko

ZASTOSOWANIE SYMULACJI NUMERYCZNYCH DO OPRACOWANIA ZMODYFIKOWANEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA ODKUWEK PIERŚCIENIOWYCH O WYSOKIEJ JAKOŚCI POWIERZCHNI

Stalowe odkuwki pierścieniowe są półwyrobem do produkcji szerokiego asortymentu pierścieni i obręczy, w tym obręczy na koła wagonowe, lokomotywowe i tramwajowe. Do produkcji odkuwek pierścieniowych stosuje się obecnie matryce z płaskim dnem, co utrudnia przemieszczanie się materiału wsadu przy powierzchni styku z matrycą. Taka technologia produkcji odkuwek pierścieniowych stwarza zagrożenie powstawania wad powierzchniowych w postaci zmarszczek i zakuć. Wyeliminowanie lub zmniejszenie przyczyn powstawania tych wad można uzyskać przez zmianę kształtu narzędzi i parametrów kucia.

Celem badań było opracowanie - z zastosowaniem symulacji numerycznych - modyfikacji technologii kucia odkuwek pierścieniowych, w wyniku której byłoby możliwe podwyższenie i ustabilizowanie jakości powierzchni i warstwy przypowierzchniowej w krytycznych miejscach obręczy kolejowych odwalcowanych z odkuwek pierścieniowych. Symulacje numeryczne operacji kucia odkuwek pierścieniowych wykonano z zastosowaniem programu Qform3D. Danymi wejściowymi do symulacji numerycznych były charakterystyki odkształcalności stali określone w próbach jednoosiowego ściskania w symulatorze procesów metalurgicznych Gleeble 3800. Symulacje numeryczne wykonano dla nowej konstrukcji matryc, dotychczas nie stosowanych w warunkach przemysłowych dla dwóch rodzajów wsadu: o przekroju wielokątnym i o przekroju kołowym. W oparciu o wyniki symulacji numerycznych opracowano założenia do prób przemysłowych kucia odkuwek pierścieniowych uwzględniających zmodyfikowany kształt narzędzi i częściowo zmienione parametry procesu.

Jarosław Marcisz, Artur Mazur

Instytut Metalurgii Żelaza

FIZYCZNA I NUMERYCZNA SYMULACJA CHŁODZENIA NATRYSKOWEGO STALOWYCH WLEWKÓW CIĄGŁYCH W CELU OPTYMALIZACJI TECHNOLOGII PRZEMYSŁOWYCH

Przeprowadzono próby laboratoryjne chłodzenia natryskowego, które dla wybranych parametrów spełniały cechy podobieństwa w odniesieniu do chłodzenia w strefie wtórnej podczas ciągłego odlewania stali. W eksperymentach zastosowano dysze wodne i wodno-powietrzne standardowo stosowane w instalacjach przemysłowych. Wykonano symulacje numeryczne chłodzenia natryskowego z zastosowaniem danych z prób laboratoryjnych i z prób przemysłowych. Na podstawie wyników badań i symulacji numerycznych dla wytypowanych parametrów chłodzenia (ciśnień mediów chłodzących i geometrii układu dysz i próbki) wyznaczono wartości współczynnika przejmowania ciepła (WPC), rozkład temperatury na przekrojach wlewka oraz temperaturę Leidenfrosta (TLE).

Janusz Dobrzański

Instytut Metalurgii Żelaza

DIAGNOSTYKA USZKODZEŃ ELEMENTÓW CIŚNIENIOWYCH URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH W OCENIE PRZYCZYN POWSTAWANIA AWARII NA PODSTAWIE BADAŃ MATERIAŁOWYCH

Opracowane zasady postępowania w ocenie eksploatacji elementów części ciśnieniowej kotłów. Badania procesów niszczenia i ich rola w udoskonalaniu konstrukcji kotła i weryfikacji sposobu jego eksploatacji. Główne uwarunkowania trwałości i niszczenia. Wybrane przykłady nadmiernej utraty trwałości eksploatacyjnej w wyniku: przekroczenia temperatury, grafityzacji, kruchości wodorowej, korozji postojowej, wżerowej, wysokotemperaturowej oraz erozji korozyjnej. Opracowany i stosowany w praktyce przemysłowej sposób oceny stanu uszkodzonego elementu i ujawniania prawdopodobnego mechanizmu niszczenia.

Marcin Miczka

Instytut Metalurgii Żelaza

SKUTKI GLOBALNEGO KRYZYSU GOSPODARCZEGO DLA HUTNICTWA ŻELAZA I STALI

W artykule przedstawiono różne podejścia do zagadnienia kryzysu, wzrostu gospodarczego i fluktuacji występujących w systemie gospodarczym. Na tym tle opisano źródła obecnego kryzysu gospodarczego w skali gospodarki globalnej i lokalnej. Następnie przeanalizowano podstawowe dane dotyczące polskiego hutnictwa żelaza i stali. Działanie mechanizmów rządzących wzrostem gospodarczym i cyklem koniunkturalnym pokazano na przykładzie klasycznego modelu Samuelsona-Hicksa. Modele takie stosowane są do opisu gospodarek będących na niższym poziomie rozwoju niż rozwinięte gospodarki rynkowe. W ich przypadku stosowane są modele wzrostu endogenicznego. Z nurtu tego wywodzi się pojęcie zrównoważonego wzrostu gospodarczego, czyli oficjalnie przyjętej strategii rozwoju Unii Europejskiej oraz światowego hutnictwa. Teoria ta rozwijana jest między innymi w kierunku uwzględnienia zjawiska twórczej destrukcji, opisanego po raz pierwszy przez J.A. Schumpetera. Nie rozdzielał on zjawisk cyklu koniunkturalnego i wzrostu gospodarczego twierdząc, że dzięki fazie kryzysu produktywność gospodarki wzrasta. Dzieje się tak, ponieważ niszczeniu ulegają wtedy struktury mniej efektywne, a na ich miejsce powstają struktury bardziej efektywne. Postęp organizacyjno-techniczny jest zatem głównym źródłem trwałego wzrostu gospodarczego. Koncepcja wzrostu endogenicznego oraz transformacja gospodarki polskiej w kierunku gospodarki opartej na wiedzy, są obecnie podstawami do budowy modeli ekonometrycznych wykorzystywanych przez rząd polski do symulacji polityki gospodarczej. Oprócz tego uwzględniane są czynniki ekologiczne, które również mogą być przyczyną kryzysów gospodarczych.

 

Projekty badawcze sfinansowane z dotacji na działalność statutową

Dariusz Woźniak

OPRACOWANIE KONCEPCJI I ZAŁOŻEŃ PROJEKTOWYCH CZTEROWALCOWEJ WALCARKI UNIWERSALNEJ Z SYNCHRONIZOWANYM NASTAWIANIEM WALCÓW

Opracowano koncepcję i założenia projektowe walcarki prototypowej, w której nastawianie odstępu walców będzie zsynchronizowane. Wykonano prace umożliwiające opracowanie dokumentacji technicznej i konstrukcyjnej oraz na wykonanie prototypu walcarki doświadczalnej. Przygotowano zgłoszenie patentowe nowej walcarki i wstępną propozycję wniosku na projekt rozwojowy na opracowanie dokumentacji technicznej i konstrukcyjnej oraz wykonanie prototypu walcarki. Wynikiem pracy statutowej są koncepcja i założenia projektowe stanowiące dane do opracowania projektu wykonawczego prototypowej walcarki doświadczalnej.

Jerzy Pogorzałek, Bogdan Garbarz, Jarosław Marcisz, Piotr Różanski

WPŁYW ZAWARTOŚCI PIERWIASTKÓW RESZTKOWYCH NA JAKOŚĆ ODLEWÓW ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ

Celem pracy było zbadanie wpływu pierwiastków resztkowych (Cu, Sn, Sb, As, Pb, Bi, Zn) na powstawanie wad odlewów ze stali konstrukcyjnej. Odlewy w postaci płytki z żebrami i walca ze stali węglowej o zróżnicowanej zawartości pierwiastków resztkowych odlano w warunkach laboratoryjnych do form piaskowych. Próbki zarówno z odlewów laboratoryjnych jak i później z przemysłowych badano za pomocą mikroskopu świetlnego i elektronowego skaningowego. W odlewach laboratoryjnych o podwyższonej zawartości Pb i Bi stwierdzono występowanie fazy Pb-Bi w postaci skupisk cząstek, które były miejscem zarodkowania pęknięć podczas łamania próbek w temperaturze otoczenia. Natomiast w odlewach przemysłowych, w których wystąpiła podwyższona zawartość Pb stwierdzono obecność cząstki fazy na osnowie Pb na płaszczyźnie propagacji pęknięcia, co skutkowało obniżeniem właściwości wytrzymałościowych.

Piotr Różański, Wacław Wittchen, Mariusz Borecki, Jerzy Pogorzałek, Bożena Smolec

OPRACOWANIE UPROSZCZONEJ METODY SZACOWANIA ZAWARTOŚCI FeO W ŻUŻLU KONWERTOROWYM

Zbadano możliwość określania zawartości FeO w żużlu konwertorowym na podstawie wyniku pomiaru aktywności tlenu w kąpieli stalowej po zakończeniu dmuchu i na podstawie obrazu termowizyjnego ciekłego żużla. Wykonano serię pomiarów aktywności tlenu w stali i analiz składu chemicznego żużli, które wykorzystano do wyznaczenia empirycznych zależności zawartości FeO w żużlu od aktywności tlenu w metalu, a także innych parametrów rejestrowanych w kartach wytopowych (w tym zawartości węgla w stali i jej temperatury) wraz z ich statystyczną obróbką. Wyznaczone zależności ujawniły w większości przypadków umiarkowaną, a w kilku przypadkach słabą współzależność zmiennych dla użytej populacji wyników. Przyczyn tego stanu należy upatrywać w obiektywnych jak i subiektywnych przyczynach zanotowanych rozrzutów poszczególnych parametrów procesu. Przeprowadzono także pomiary termowizyjne żużla, których analiza posłużyła do zbadania zmienności współczynnika emisyjności żużla w funkcji zawartości w nim FeO. Wyniki badań wykazały spadek wartości współczynnika emisyjności żużla ze wzrostem zawartości FeO w żużlu jak i ze wzrostem temperatury żużla.

Artur Mazur, Mariusz Borecki, Wacław Wittchen

BADANIA SYMULACYJNE WPŁYWU STANU WYMURÓWKI NA ZRÓŻNICOWANIE TEMPERATURY CIEKŁEJ STALI W KADZI LEJNICZEJ W TRAKCIE CIĄGŁEGO ODLEWANIA

Określono, z wykorzystaniem symulacji numerycznej, wpływ stanu wymurówki kadzi na temperaturę ciekłej stali. Przeprowadzono symulacje numeryczne zmian temperatury stali wewnątrz kadzi lejniczej w zależności od stanu wymurówki. W badaniach uwzględniono naturalne ruchy konwekcyjne ciekłego metalu.

Czesław Kozik, Bogdan Zdonek, Marian Niesler

ROZPOZNANIE MOŻLIWOŚCI ROZWOJU CZYSTYCH TECHNOLOGII REDUKCJI RUDY ŻELAZA ZA POMOCĄ WODORU I METODY ELEKTROLIZY Z UWZGLĘDNIENIEM DOSTĘPNOŚCI SUROWCÓW I ENERGII W WARUNKACH KRAJOWYCH

Rozpoznano możliwości stosowania nieemisyjnych technologii redukcji rud żelaza za pomocą wodoru, oraz za pomocą elektrolizy - dla potrzeb polskiego hutnictwa surowcowego. Na podstawie dokonanych analiz stwierdzono, iż w okresie przejściowym, tj. do czasu dostępności własnych zasobów węgla kamiennego, realne są przemysłowe procesy wodorowe w jednostkach wykorzystujących reaktory fluidalne i cyrkulację gazu redukcyjnego (z pośrednim wydzieleniem pary wodnej), o skali od 0,1 mln t/r brykietów HBI - opartych na obiegach materiałowych technologii CIRCORED. Wskazano na celowość stosowania niskoemisyjnych źródeł H2 - okresowo w postaci generatorów stosujących zgazowanie węgla, a docelowo generatorów stosujących zgazowanie biomasy (jako źródła praktycznie odnawialnego).

Adam Zieliński, Janusz Dobrzański

OSZACOWANIE TRWAŁOŚCI RESZTKOWEJ ELEMENTÓW STALIWNYCH PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI W WARUNKACH PEŁZANIA POWYŻEJ OBLICZENIOWEGO CZASU PRACY WYKONANYCH Z NISKOSTOPOWEGO STALIWA L17HMF

Celem przeprowadzonych badań była ocena struktury i własności mechanicznych oraz wyznaczenie odporności na pełzanie materiału elementu instalacji pary świeżej z niskostopowego staliwa L17HMF po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania, który przekroczył obliczeniowy czas pracy 100 000 godzin. W ramach pracy wykonano: badania struktury, badania własności wytrzymałościowych oraz przyspieszone próby pełzania. Na podstawie wykonanych badań oszacowano resztkową i rozporządzalną trwałość resztkową staliwa L17HMF dla roboczych parametrów dalszej eksploatacji.

Waldemar Spiewok, Grażyna Stankiewicz, Marta Kubiczek, Bożena Smolec, Michał Kubecki, Piotr Knapik

CERTYFIKACJA MATERIAŁÓW ODNIESIENIA DLA KONTROLI CZYSTOŚCI SUPERSTOPÓW NIKLU I KOBALTU

Przeprowadzono badania atestacyjne serii wzorców IMŻ 180T - 186T mające na celu określenie zawartości pierwiastków traktowanych jako zanieczyszczenia występujące w śladowych stężeniach. Wyznaczano zawartość ołowiu, telluru, bizmutu, talu, srebra, cyny, magnezu, ceru, selenu i hafnu. W badaniach atestacyjnych uczestniczyło siedem laboratoriów. W wyniku badań wyznaczono atestowane zawartości wymienionych składników i opracowano certyfikaty wzorców.

Jarosław Gazdowicz, Stanisław Cesarz, Krzysztof Radwański, Jerzy Wojtas

ROZWÓJ METODYKI I OPRZYRZĄDOWANIA APARATURY BADAWCZEJ DO ANALIZ STRUKTURALNYCH

Celem pracy był opis metodyk badawczych i rozwoju oprzyrządowania aparatury badawczej w Laboratorium Badań Właściwości i Struktury Materiałów. W ramach pracy zaprojektowano i uruchomiono stanowisko do polerowania elektrolitycznego metodą JET zgładów metalograficznych, opracowano metodykę przygotowywania zgładów z metali nieżelaznych do badań na mikroskopie skaningowym Inspect F z wykorzystaniem EBSD, opracowano metodykę badań z cienkich folii z wykorzystaniem detektora STEM na mikroskopie skaningowym. Zmodernizowano także sposób mocowania drutów żebrowanych w próbach zmęczeniowych. Przeprowadzone działania pozwoliły na zwiększenie oferty badawczej Instytutu oraz rozszerzyć zakres wykorzystania aparatury w pracach badawczych.

Marcin Miczka

ZASTOSOWANIE TEORII MODELOWANIA EKONOMETRYCZNEGO GOSPODARKI OPARTEJ NA WIEDZY DO ANALIZY WZROSTU W SEKTORACH PRZEMYSŁU

Celem pracy jest stworzenie podstaw, niezbędnych do prowadzenia badań empirycznych, w dziedzinie nowej teorii wzrostu gospodarczego. Większość prac w ostatnim okresie w tej dziedzinie jest skoncentrowana na analizie wpływu działalności badawczo-rozwojowej na wzrost gospodarczy, często z perspektywy ewolucyjnej teorii J.A. Schumpetera. Jest to rozpatrywanie zjawiska wzrostu od strony podażowej z uwzględnieniem otwartości gospodarki, a więc wymiany handlowej. Jednocześnie rozwijane są badania nad wpływem kapitału ludzkiego na wzrost gospodarczy oraz transferu wiedzy i technologii pomiędzy obiektami gospodarczymi.

Wojciech Szulc

ANALIZA PORÓWNAWCZA ZAPISÓW PRAWNYCH W ODNIESIENIU DO POMOCY PUBLICZNEJ DLA SEKTORA STALOWEGO W PRAWIE UNII EUROPEJSKIEJ I W PRAWIE POLSKIM

Przeprowadzono analizę porównawczą prawa unijnego i polskiego w odniesieniu do pomocy publicznej dla sektora stalowego i na tej podstawie podjęto próbę odpowiedzi, czy pomoc publiczna dla sektora hutnictwa żelaza i stali udzielana na zasadach ogólnych jest dopuszczalna od roku 2004.

2012-10-21


Powrótwersja do druku