Modelowanie nieliniowe w służbie sektora stalowego
Precyzyjne modelowanie zachowania odpornych na szoki termiczne materiałów w trudnych warunkach przemysłowych pozwoli producentom uzyskać znaczne oszczędności i zwiększyć bezpieczeństwo. Dzięki współpracy badaczy akademickich, specjalizujących się w dziedzinie nieliniowego modelowania parametrów materiałów, oraz wiodącego na świecie wytwórcy wyrobów ogniotrwałych (materiałów wytrzymujących wysokie temperatury) dla branży stalowej, szklarskiej i odlewniczej udało się dokonać znaczącego przełomu. „Wyniki naszego projektu poprawią efektywność gospodarczą i środowiskową sektora stalowego” – wyjaśnia koordynator projektu HOTBRICKS, dr Francesco Dal Corso, wykładowca na wydziale Mechaniki Ciała Stałego i Konstrukcji włoskiego Uniwersytetu w Trydencie. „Udział w zorganizowanych w ramach projektu szkoleniach umożliwił wielu badaczom zdobycie kwalifikacji i uzyskanie szeregu kompetencji technicznych i umiejętności praktycznych, co będzie miało bezpośredni wpływ na działalność sektora i pomoże zmniejszyć dysproporcje w zakresie umiejętności pomiędzy poziomem zapewnianym przez uczelnie a oczekiwaniami przemysłu”. Zrozumienie zachowania materiałów Modelowanie nieliniowych problemów mechaniki ciała stałego to nauka zajmująca się badaniem zachowania materiałów pod wpływem ciśnienia, zmian temperatury czy innych obciążeń. Dokładne poznanie tego zachowania ma kluczowe znaczenie dla projektowania urządzeń przeznaczonych do zaawansowanych układów, zwłaszcza tych, w których występują ekstremalne obciążenia. Modelowanie nieliniowych problemów mechaniki ciała stałego jest wykorzystywane w wielu dziedzinach, w tym inżynierii lotniczej i kosmicznej czy robotyce, oraz w różnorodnych procesach przemysłowych obejmujących formowanie metali czy ceramikę. Materiały skałopodobne – nazywane geomateriałami – to szeroka klasa materiałów, takich jak skały, beton, gleba czy ceramika. Ze względu na szerokie zastosowania przemysłowe, m.in. w tłumikach wstrząsów i drgań, systemach ochrony przeciwpożarowej, osłonach termicznych oraz – oczywiście – wyrobach ogniotrwałych, cieszą się niegasnącym zainteresowaniem inżynierów. Dzięki wysokiej temperaturze topnienia oraz doskonałej stabilności termicznej i chemicznej materiały te doskonale sprawdzają się w instalacjach pracujących w wysokich temperaturach, np. w obecności stopionej stali czy żelaza. „Naszym celem było zbliżenie do siebie technik modelowania nieliniowego i technologii wytwórstwa przemysłowego, aby kolejne konstrukcje mechaniczne posiadały jeszcze lepsze parametry” – mówi Dal Corso. „Postępy w zakresie wykorzystywania geomateriałów w przemyśle wysokotemperaturowym można osiągnąć wyłącznie poprzez nieliniowe modelowanie złożonych procesów produkcji”. Nowa generacja profesjonalistów W rozpoczętym we wrześniu 2013 roku programie badawczym HOTBRICKS udział wzięli naukowcy akademiccy (z Uniwersytetu w Trydencie) oraz przemysłowi (z firmy Vesuvius) chcący wykorzystać modelowanie nieliniowych problemów mechaniki ciała stałego do skonstruowania wyrobów ogniotrwałych przeznaczonych dla hut stali. Zespół posiadał ogromną wiedzę i doświadczenie w zakresie modelowania, symulacji numerycznej, analiz eksperymentalnych, charakterystyki materiałów i optymalizacji. „Naszym zadaniem było stworzenie nowej generacji młodych badaczy potrafiących odnaleźć się w interdyscyplinarnym i międzysektorowym środowisku” – dodaje Dal Corso. Kluczem do sukcesu projektu było precyzyjne modelowanie zachowania wyrobów ogniotrwałych w wysokich temperaturach, dzięki czemu udało się opracować nowy sposób optymalizacji konstrukcji urządzeń dla instalacji wysokotemperaturowych. „Wyników projektu nie należy postrzegać wyłącznie jako rozszerzenie bazy wiedzy naukowej, ale również jako znaczący krok naprzód w zakresie mechaniki projektowania wyrobów ogniotrwałych wytwarzanych na potrzeby przemysłu” – zauważa. Od momentu oficjalnego zakończenia projektu w kwietniu 2017 roku firma Vesuvius, partner przemysłowy projektu, opracowała już kilka nowych metod projektowania materiałów do stosowania w wysokich temperaturach. To belgijskie przedsiębiorstwo wykorzystuje swoją wiedzę do opracowywania metod zwiększania bezpieczeństwa procesów wytwórczych oraz zmniejszania zużycia surowców, redukcji ilości odpadów oraz ograniczania zanieczyszczenia środowiska w wyniku tych procesów. „Wyniki projektu pozwolą firmie Vesuvius wdrożyć odpowiednie procesy i technologie w bardziej zrównoważony, tańszy i szybszy sposób” – podsumowuje Dal Corso.
Słowa kluczowe
HOTBRICKS, przemysł, stal ogniotrwała, materiały, odpady, Vesuvius, geomateriały
