ROČNÍK/VOL. LXV ROK/YEAR 2012
3
METALLURGIC AL JOURNAL O D B O R N Ý Č A S O P I S P R O M E TA L U R G I I A M AT E R I Á L O V É I N Ž E N Ý R S T V Í PROFESSIONAL PERIODICAL FOR METALLURGY AND MATERIAL ENGINEERING
W W W. H U T N I C K E L I S T Y. C Z ISSN 0018-8069
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069 Vydavatel OCELOT s.r.o. Pohraniční 693/31 706 02 Ostrava-Vítkovice IČO 49245848, DIČ CZ49245848 Registrace v obchodním rejstříku Krajského soudu v Ostravě, oddíl C, vložka 30879
Redakce, kontaktní adresa OCELOT s.r.o. Redakce časopisu Hutnické listy areál VŠB – TU Ostrava, A 534 17. listopadu 15/2127 708 33 Ostrava-Poruba www.hutnickelisty.cz www.metallurgicaljournal.eu
Vedoucí redaktor Ing. Jan Počta, CSc. 596995156 e-mail:
[email protected] [email protected]
Redaktorka Jaroslava Pindorová e-mail:
[email protected]
Redakční rada Předseda: Prof.Ing. Ľudovít Dobrovský, CSc., Dr.h.c., VŠB-TU Ostrava Členové: Ing. Michal Baštinský, EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. Ing. Karol Hala, U.S. Steel Košice, s.r.o. Prof. dr. hab. inž. Leszek Blacha, Politechnika Šląska Prof. dr. hab. inž. Henryk Dyja, Politechnika Częstochowska Prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc. Univerzita obrany Ing. Henryk Huczala, TŘINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s. Prof. Ing. František Kavička, CSc., VUT v Brně Ing. Ludvík Martínek, Ph.D., ŽĎAS, a.s. Prof. Ing. Karel Matocha, CSc., MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o. Ing. Radim Pachlopník, ArcelorMittal Ostrava, a.s. Prof. Ing. Ľudovít Pariľák, CSc., ŽP VVC s.r.o. Ing. Jiří Petržela, Ph.D., VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY, a.s. Ing. Jaroslav Pindor, Ph.D., MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o. Ing. Vladimír Toman, Hutnictví železa, a.s. Prof. Ing. Karel Tomášek, CSc., TU v Košiciach
Grafika záhlaví a podkladu na titulní straně Miroslav Juřica, e-mail
[email protected]
Tisk T-print s.r.o., Průmyslová 1003, 739 65 Třinec
Registrační číslo MK ČR E 18087
Mezinárodní standardní číslo ISSN 0018-8069
Odborný časopis pro metalurgii a materiálové inženýrství .
Obsah materiálové inženýrství Ing. Martin Dulava Vliv velikosti austenitického zrna žáruvzdorných slitin na jejich svařitelnost
3
koroze Ing. Zita Drozdová, Ing. Petr Kijonka Náchylnost hliníkových slitin k bodové korozi ověřená pomocí cyklické polarizace
8
zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Ing. Stanislava Hlebová, prof. Ing. Ladislav Pešek, CSc., Ing. Tomáš Kandra Deformačné charakteristiky oceľových plechov v lokálnej a globálnej oblasti použitím videoextenzometrie pri statickej skúške v ťahu Ing. Stanislava Hlebová, prof. Ing. Ladislav Pešek, CSc. Kinetika procesu trhania tenkých oceľových plechov pri statickom zaťažovaní Ing. Jiří Pavlovský, Ph.D., prof. Ing. Zdeněk Klika, CSc., Mgr. Martin Mucha, Ph.D., Ing. Michal Ritz, Ph.D., RNDr. Václav Slovák, Ph.D. Studium interkalátů sodného montmorillonitu s Al-polykationty
14
19
23
počítačová simulace, výpočetní metody Ing. Petr Kotas, Ph.D., prof. Jesper Henri Hattel, Ph.D., Ing. Zdeněk Carbol Numerická simulace a optimalizace charakteru tuhnutí a pásmových vycezenin v ocelovém odlitku nosného kruhu
32
ekonomika, organizace, řízení Ing. Ivan Dlugoš, Ph.D. Teoretické prístupy a praktické skúsenosti v riadení ľudských zdrojov v priemyselnej sfére Ing. Petr Besta, Ph.D., Ing. Kamila Janovská, Ph.D., doc. Ing. Šárka Vilamová, Ph.D., Ing. Bc. Lukáš Hula Princip stanovení výše pojistné zásoby v průmyslovém podniku
42
48
hutní výroba v ČR a SR
52
z hospodářské činnosti podniků
54
ze spolkové činnosti a odborných akcí
59
ze života škol
60
historie hutnictví
62
recenze
73
konference
75
hutnictví ve světě
77
Odborný časopis pro metalurgii a materiálové inženýrství
Hlavní články v časopisu jsou uváděny v českém, slovenském nebo anglickém jazyce. Časopis vychází 6x ročně. Cena jednotlivého čísla 200,-- Kč. K ceně se připočítává DPH. Roční předplatné základní 1190,- Kč, studentské 20 % sleva proti potvrzení o studiu. Předplatné se zvyšuje o poštovné vycházející z dodávek každému odběrateli. Předplatné se automaticky prodlužuje na další období, pokud je odběratel jeden měsíc před uplynutím abonentního období písemně nezruší. Objednávky na předplatné přijímá redakce. Informace o podmínkách publikace, inzerce a reklamy podává redakce. Za původnost příspěvků, jejich věcnou a jazykovou správnost odpovídají autoři. Podklady k tisku redakce přijímá v elektronické podobě. Recenzní posudky jsou uloženy v redakci. Žádná část publikovaného čísla nesmí být reprodukována, kopírována nebo elektronicky šířena bez písemného souhlasu vydavatele.
© OCELOT s.r.o., 2012 ISSN 0018-8069
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
C o n t e n t Material Engineering Dulava, M. Effect of Austenitic Grain Size of Heat Resistant Alloys on Weldability
3
Corrosion 8 Drozdová, Z.- Kijonka, P. Pitting Corrosion Susceptibility of Aluminium Alloys Verified by Cyclic Polarization
Testing, Measurement, Laboratory Methods Hlebová, S. - Pešek, L. - Kandra, T. Deformation Characteristics of the Tensile Specimens of Steel Sheet in Local and Global Area Using Videoextensometry Hlebová,S. - Pešek, L. Kinetics of tearing process of thin steel sheets under static loading Pavlovský, J. - Klika, Z. - Mucha, M. - Ritz, M. - Slovák,V. Study of Sodium Montmorillonite Intercalates with Al-polycations
14
19 23
Computer Simulation, Computing Methods Kotas, P. - Hattel, J. H. - Carbol, Z. Numerical Modeling and Optimization of Thermal Behavior and Asegregates in a Load-carrying Steel Ring Casting
32
Economy, Organization, Management Dlugoš, I. Theoretical approaches and practical experience in human resources management in industry Besta, P. - Janovská, K. - Vilamová, Š. - Hula, L. The Principle of Determination of the Buffer Stock Value in an Industrial Company
Časopis zařazen Radou vlády ČR pro výzkum a vývoj do seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR. Hlavní články jsou evidovány v mezinárodní databázi METADEX a ILLUSTRATA TECHNOLOGY, obě spravované firmou ProQuest, USA. Abstrakty hlavních článků jsou evidovány v české, slovenské a anglické verzi na webových stránkách Hutnických listů.
Dodavatelé příspěvků ve všeobecné informační části: ● Hutnictví železa, a.s. ● VŠB-TU Ostrava ● ÚFM Akademie věd ČR, VUT Brno ● Ing. Dr. Bohumil Tesařík ● Dopisovatelé ● Redakce Inzerenti a objednatelé reklamy: ● MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o.
42
48
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Materi álové inženýrství Material Engineering
materiálové inženýrství Vliv velikosti austenitického zrna žáruvzdorných slitin na jejich svařitelnost Effect of Austenitic Grain Size of Heat Resistant Alloys on Weldability Ing. Martin Dulava, S+C ALFANAMETAL s.r.o., koncern, Tršice Předložený příspěvek je zaměřen na objasnění souvislosti mezi makrostrukturou žáruvzdorných slitin a jejich svařitelností. Objasňuje příčinnou souvislost mezi austenitickou strukturou slitiny a její použitelností při vysokých teplotách a dále také závislost velikosti austenitického zrna na obsahu niklu jakožto výrazného austenitotvorného prvku. Zejména zdůrazňuje špatnou svařitelnost těchto slitin v důsledku jejich nízké tažnosti. Nízká tažnost je zde představena jakožto vlastnost, která je vyžadována například při použití vertikálně zavěšených potrubních systémů v petrochemických pecích a která je často doplňkově snižována pomocí mikrolegujících prvků. Nízká tažnost ale také značně snižuje svařitelnost zejména těch žáruvzdorných slitin, které jsou mikrolegovány. To vyvolává nutnost znát zvláštnosti výroby odlitků z nich vyrobených i specifika samotného procesu svařování. V petrochemických aplikacích jsou používány odstředivě lité trubky v kombinaci s fitingy různých tvarů, které jsou odlévány staticky. Makrostruktura těchto fitingů je značně rozdílná podle podmínek nukleace při tuhnutí, a to i v rámci jednoho samotného odlitku. Schopnost ovlivnit tuto mikrostrukturu umožňuje vyvarovat se budoucích problémů při svařování. Zde má autor na mysli zejména velmi omezenou možnost opravy nevyhovujících svarových spojů v podmínkách rafinerie, zejména nachází-li se tento nevyhovující spoj ve špatně přístupném místě. Jestliže se svařováním spojují fitingy s odstředivě odlévanými trubkami, problémy s kvalitou spojů bývají spíše výjimkou. Jsouli však navzájem svařovány staticky odlévané fitingy, může nastat problém, který způsobuje rozdílná velikost austenitického zrna na obou stranách svarového spoje, přičemž významnou roli zde sehrává i samotná velikost zrna. Zkoušky provedené při výrobě fitingů za použití chladítek v oblastech budoucích návarů ukázaly, že velikost austenitických zrn i rozdíl v geometrii návarových konců přímo ovlivňují výslednou kvalitu svarového spoje. The presented paper focuses on better understanding of relationship between macrostructure of heat resistant materials and weldability. It explains causal correlation between austenitic alloy structure and its degree of use at high temperatures. It also highlights the relationship between an austenitic grain size and nickel content, an important austenitic element. It emphasizes unsatisfactory degree of weldability of these alloys, caused by a low ductility. The low ductility is presented here as a physical property required for instance in vertically attached tube systems in petrochemical ovens. This property is often additionally deteriorated by use of micro alloying elements. The low ductility complicates weldability, especially of those heat resistant alloys, which have been subjected to micro alloying. Therefore, it is important to understand the peculiarities of casting processes as well as specifics of any particular welding method. Petrochemical applications use tubes manufactured by centrifugal casting in combination with fittings of various shapes, manufactured by static casting. The macrostructure of these fittings is substantially different. This is caused by varying nucleation conditions during hardening process, even within different parts of the fitting itself. Avoiding these problems by adjusting the microstructure limits future problems during welding. Author points at limited chances of successful repairs of welded connections in petrochemical refineries, when unsatisfactory welds happen to be in places difficult to access. Faulty weld connections are not too common if fittings are attached to tubes manufactured by centrifugal casting. Nevertheless, if statically casted fittings are to be welded, some complications should be expected. The problem is not only the different austenitic grain size on both sides of the weld, but also the size of the grain itself. Tests conducted during manufacturing of fittings using cooling devices in places of surfaces to be welded showed that austenitic grain size as well as differences in geometry of edges to be welded had direct impact on quality of the weld.
Žáruvzdorné slitiny niklu, chromu a železa se vyznačují austenitickou strukturou v celém intervalu teplot, ve kterém se vyskytují. Znamená to, že při ohřevu na teplotu použití, při setrvání na této teplotě, či při
ochlazení na teplotu pokojovou zůstává počet krystalů tvořících slitinu v jejím objemu konstantní. Při ohřevu a zpětném ochlazení tedy nedochází k rekrystalizaci a tím ani ke změně rozložení atomů v mřížce. Mřížkové 3
Materiálové inženýrství Material Engineering
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
poruchy běžně provázející rekrystalizaci nejsou proto příčinou defektů v krystalech ani na hranicích mezi nimi. Má-li být slitina žáruvzdorná, musí vedle odolnosti proti korozi odolávat napětí při teplotách použití. Přitom změna tvaru dané součásti, např. vlivem působení gravitačních sil, je nežádoucí. A protože se v průběhu životnosti součásti mění obousměrně teplota v intervalu od teplot normálních po teploty nasazení v opakovaných cyklech, musí být splněna podmínka neměnnosti vnitřní struktury. Toto zajišťuje nikl, který je ve slitinách niklu, chromu a železa austenitotvorným prvkem a který společně s chromem a železem spoluvytváří austenitickou matrici žáruvzdorné slitiny. Shrneme-li tedy základní vlastnosti žáruvzdorných materiálů, hovoříme zejména o maximální teplotě použití dané slitiny a o jejích creepových charakteristikách. Odolnost proti korozi je specifická pro prostředí, ve kterém má být slitina použita. Kupříkladu jiné požadavky budou kladeny pro součásti mufle cementační pece než pro součásti nacházející se pouze v oxidační atmosféře. Zcela specifickým příkladem je potrubní systém v sálavé zóně petrochemické pece, který slouží ke zplynění ropy před její frakční destilací. Zvenčí je tento systém atakován kyslíkem z přebytku spalovacího vzduchu, zevnitř je napadán uhlíkem ze zplyňovaných organických uhlovodíků, mechanicky je zatížen vlastní hmotností, a to vše při teplotách vyšších než 1000°C. Jsou-li součásti z žáruvzdorných slitin spojovány svarovými spoji, což je způsob užívaný v petrochemických pecích, je třeba mít na zřeteli jejich specifické vlastnosti, zejména pak nízkou tažnost při pokojové teplotě. Autor článku si klade za cíl objasnit vliv makrostruktury na svařitelnost těchto materiálů.
1.
2/ plynové hořáky pecí 3/ mufle vakuových pecí 4/potrubní systémy petrochemických pecí, které tvoří staticky odlévané fitingy a odstředivě odlévané trubky; tento systém trubek a fitingů je zavěšen komoře vytápěné plynovými hořáky. Každý z výše uvedených druhů součástí má svá specifika. Na příkladu staticky odlévaných fitingů a jejich vzájemné svařitelnosti chce autor tohoto článku představit roli velikosti austenitického zrna žáruvzdorné slitiny.
2.
Faktory ovlivňující velikost austenitického zrna
Na růstu austenitického zrna se největší měrou podílejí tyto faktory: - chemické složení slitiny - podmínky nukleace - geometrický faktor Chemické složení žáruvzdorné slitiny je závislé na teplotě, při které má být použita. Obecně platí, že se vzrůstající teplotou použití slitiny roste obsah niklu v ní. Pro vyšší teploty se volí materiály s vyšším obsahem niklu a tím tedy i materiály, které mají větší austenitické zrno než materiály určené pro teploty nižší. Nukleace neboli vznik zárodků austenitických zrn jsou závislé na míře podchlazení taveniny pod kritickou teplotu nukleace. Při větším stupni podchlazení vzniká zárodků více, než při podchlazení menším. Větší počet zárodků určí konečný počet krystalů ve sledovaném objemu.
Příklady použití žáruvzdorných slitin
Z žáruvzdorných slitin se vyrábějí součásti dynamicky i staticky namáhané. Pro všechny aplikace platí nutnost vysoké metalurgické čistoty, neboť mechanické vlastnosti jsou vedle čistoty chemické stupněm mikro a makročistoty významně ovlivňovány. Chemickou čistotou má autor na mysli obsahy síry a stopových prvků, mikro a makročistotou pak výskyt a morfologii vměstků.
Geometrie staticky litého odlitku (ve stadiu odlévání) je určena technologickými možnostmi, kterými jsou zejména: materiál formy a jádra (formovací směsi, nátěry forem a jader), způsob vtokování a nálitkování (nálitky na odlitku či mimo něj), způsob odlévání (spodní výlevkou pánve či tzv. čajníkovou výlevkou) a v neposlední řadě též použitím chladítek ve formě, které úzce souvisejí s předchozím bodem.
1.1 Dynamicky namáhané součásti
V souvislosti se všemi třemi výše uvedenými faktory považuje autor článku za nutné zdůraznit, že všechny žáruvzdorné materiály pro teploty použití vyšší než 900 °C vytvářejí velká austenitická zrna, není-li použito ve slévárenské formě chladítek. Obr.1 zachycuje makrostrukturu řezu stěnou fitingu (tvaru Y) z žáruvzdorné slitiny s obsahem 32 % Ni, stěnu silnou 20 mm zde tvoří dva krystaly.
Mezi součásti namáhané dynamicky patří zejména lopatky točivých strojů. Jsou to zejména: 1/ lopatky proudových motorů letadel 2/ lopatky plynových turbín paroplynových elektráren 3/ lopatky parních turbín 1.2 Staticky namáhané součásti 1/ rošty pecí tepelného zpracování
4
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Materi álové inženýrství Material Engineering
Obr. 1 Makrostruktura žáruvzdorného materiálu (fitinek tvaru ypsilon v řezu) Fig. 1 Makrostructure of heat resistant alloy (section of Y-Piece)
Obr. 3 Trhliny na obou stranách spoje Fig. 3 Cracks on both sides of the weld point
Protože se ve většině případů jednalo o svarové spoje ve svařenci, který již byl téměř dokončen (obr.4), bylo nutno svarové spoje vyřezat. Metodou anglicky nazývanou buttering byl do míst chybějících návarových úkosů nanesen navařením nový materiál. Tyto návary byly následně obrobeny do tvaru standardního návarového konce a posléze byly svarové spoje, původně neúspěšné, zopakovány. To vše bylo provedeno celkem u dvaceti čtyř spojů a protože bylo nutno nový materiál navařovat při teplotě zajišťující vyšší tažnost materiálu, dělo se tak při současném indukčním ohřevu [1]. Oprava vadných spojů byla časově i finančně značně náročná. Na úvod je nutno podotknout, že svarové spoje v podobné kombinaci (velký a malý fitin tvaru Y) jsou ve výrobní společnosti poměrně časté a nejsou (ani v minulosti nebyly) spojeny s problémy, které tento případ popisuje.
Lze tedy shrnout: Žáruvzdorné slitiny jsou ze své podstaty hrubozrné, jejich tažnost je s ohledem na austenitickou strukturu nízká, ke zvýšení creepových vlastností se často používá mikrolegování. Proto bývá jejich svařitelnost obtížná, zejména v případech, kdy nelze při svařování použít předehřev na teploty zajišťující dostatečnou tažnost základního materiálu v okolí svarového spoje.
3. Řešený případ Při svařování fitinků běžných velikostí a tvarů, byl ve společnosti, ve které autor článku pracuje, zaznamenán výskyt trhlin v okolí svarových spojů. Protože se jednalo o problém opakovaný, byla provedena analýza příčin vedoucích k tomuto problému. 3.1 Prasklý svarový spoj Po spojení dvou typů fitingů ze stejné žáruvzdorné slitiny svařováním byla provedena penetrační zkouška svarového spoje se zjištěním, že v jeho okolí (u slitiny, která není žáruvzdorná by bylo namístě napsat v tepelně ovlivněné oblasti) došlo k rozsáhlým pevnostním trhlinám, které postihly obě strany spoje, tzn. na fitingu větším i na fitingu menším. Spojovány spolu byly vždy tři kusy fitingů tvaru Y. Svarové spoje včetně indikací barevné penetrační zkoušky jsou vyobrazeny na obr.3.
Obr. 4 Svařenec fitingů s odstředivě litou rourou Fig. 4 Weldment of Y-pieces and centrifugal casting tube
3.2 Žáruvzdorná slitina Oba dva typy odlitků (fitinky tvaru Y) byly vyrobeny ze stejné slitiny niklu, chromu a železa. Poměr hmotnostních procent Cr/Ni je v této slitině roven 35/45. Daná slitina byla mikrolegována titanem, obsah síry nepřesáhnul hranici 50 ppm, celkový obsah prvků snižujících svařitelnot (Zn; Sn; Pb a As) nepřesáhnul hranici 200 ppm, tzn. obsah každého z těchto prvků nebyl vyšší než 50 ppm. V tab. 1 jsou uvedeny mechanické hodnoty uvedené slitiny zjištěné ze zkušebního klínu přilitého z jedné z taveb, z kterých byly odlitky fitingů nality [2]. V tab. 2 je uvedeno
Obr. 2 Sestava fitingů ve svařenci Fig. 2 Y-Pieces assembly
5
Materiálové inženýrství Material Engineering
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
chemické složení uvedené slitiny, která nese označení Centralloy® ET 45 Micro [3]. Zejména nízká tažnost uvedené slitiny ztěžuje svařitelnost z ní staticky odlitých fitinků. Tab. 1 Mechanické hodnoty slitiny Centralloy® ET 45 Micro Tab. 1 Mechanical properties of Centralloy® ET 45 Micro
Rp0,2 (MPa) 295
Rm (MPa) 486
A (%) 5
Z (%) 7,5
Tab. 2 Chemické složení slitiny Centralloy® ET 45 Micro Tab. 2 Chemical composition of Centralloy® ET 45 Micro
C …………………………..0,45 Si ………………………….1,60 Mn…………………………1,00 Cr …………………….….35,00 Fe ……………………… .16,00 Nb ……………… ………..1,00 Ti ………… .….mikrolegováno Zr ……… …. …mikrolegováno PVZ(1)….……... mikrolegováno Ni(2) ………………….…(45,00) (1) (2)
prvky vzácných zemin dopočet do sta procent
3.3 Příčiny problému
Porovnání geometrie návarových konců svárem spojovaných fitinků Fig. 5 Comparison of the desing of weld bevels and of wall thickness Obr. 5
Za možnou příčinu výše popsaného problému, který se navíc vyskytoval opakovaně, byl vytipován rozdílný tvar obou návarových konců. Rozdíl mezi nimi nebyl v neobrobeném stavu patrný a navíc byl po obrobení zřejmý až při jejich sesazení dohromady. Porovnání výkresů obou odlitků vedlo k rozpoznání příčin trvajících komplikací teprve poté, co byly oba tvary překresleny ze dvou výkresů dohromady. Při porovnání velkého a malého fitingu tvaru Y z hlediska rozměrů a použitého složení slitin, a to z minulé či současné produkce, bylo zjištěno, že v případě, který je zde popisován, jsou dohromady svařovány takové „větší“ a „menší“ fitinky tvaru Y, které nemají stejnou tloušťku stěny. Vnitřní průměr obou dohromady svařovanýh fitinků je stejný, vnější průměry menšího a většího fitinku tvaru Y se liší. Rozdíly v geometrii obou návarových konců jsou patrny z obr.5.
4. Podmínky svařování K vytvoření svarového spoje bylo použito metody GTAW pro vytvoření kořene svaru pomocí elektrody UTP3545Nb a metody SMAW pro další svarovou výplň při použití obalovaných elektrod METRODE HIGH CARBON 35Cr-45Ni-1Nb. Kořen byl svařován bez předchozího předehřevu, teplota mezi housenkami při výplňovém svařování nepřesáhla 180°C. Chemické složení elektrod Metrode i UTP odpovídá chemickému složení slitiny Centralloy® ET 45 Micro. Při svařování nebyl překročen tepelný příkon 1,5 kJ.mm-1 [4].
5. Řešení
Návarový konec většího z fitingů má tloušťku stěny 27 mm, návarový konec menšího pak 20 mm (měřeno na výběhu menšího z úhlů návarových konců (18°, respektive 15°). Vzhledem k materiálu formy a jádra (oba typy fitingů byly vyráběny stejnou metodou, co se týče použité formovací i jádrové směsi) lze usoudit, že ve větším z návarových konců bylo akumulováno více tepla po odlití, než v návarovém konci menšího fitingu, a mohlo tak dojít k většímu nárůstu austenitického zrna než u návarového konce menšího fitingu.
Pro zajištění stejné makrostruktury obou dohromady svařovaných návarových konců bylo použito tvarových chladítek, které byly přiloženy ke stávajícímu modelovému zařízení a zaformovány v bezprostřední blízkosti budoucího návarového úkosu fitingu. Chladítka byla vyrobena odlitím z nelelegované oceli, před zaformováním byla opatřena žáruvzdorným nátěrem na bázi ZrSiO4. Chladítka po zaformování jsou vyobrazena na obr.6
6
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Materi álové inženýrství Material Engineering
Závěr Experiment popisovaný v tomto článku dokázal významný vliv velikosti austenitického zrna základního svařovaného materiálu na kvalitu svarového spoje. Zvýšený počet krystalizačních zárodků (díky použitým tvarovým chladítkům) zvýšil počet zrn na obou stranách svaru. Z původních dvou zrn tvořících stěnu na straně fitingu s tloušťkou stěny 20 mm a tří zrn tvořících stěnu na straně fitingu s tloušťkou stěny 27 mm vznikl více než trojnásobek původního počtu zrn na obou stranách. Za zmínku stojí porovnání tlouštěk stěn na obou stranách spoje. Tento rozdíl (7mm), vztáhneme-li jej k tlustší stěně, tvoří 26 % její tloušťky, vztáhneme-li jej ke stěně tenčí, je to již 35 %. Rozdíl tlouštěk stěn a rozdíl v počtu austenitických zrn jsou pak příčinou vzniku pevnostních trhlin vzniklých při smršťování svarového kovu. Naproti tomu při svařování fitingů se stejným vnějším i vnitřním průměrem, kdy vzniká v oblasti návarových konců stejný počet větších zrn na obou stranách spoje, lze docílit svarového spoje potřebné kvality bez použití chladítek, což dokazuje dlouhodobá praxe. Kvalitní svarový spoj lze získat oběma způsoby. Jednodušší však je přizpůsobit konstrukci obou typů odlitků a obrobků vyrobených z nich tak, aby jejich návarové konce měly při odlévání stejnou geometrii i tloušťku stěny na obou stranách svaru.
Tvarová chladítka ve formě, forma před aplikací zirkonového nátěru Fig. 6 Chill blocks in the mould, the mould before application of heat resistant coat Obr. 6
Fitingy vyrobené odlitím do forem výše popsaným způsobem byly běžným způsobem svařeny. Svarový spoj byl po kapilární zkoušce vyhodnocen jako bezvadný. Ze svařence byl vyřezán vzorek obsahující kromě svarového spoje taktéž části obou dvou návarových konců. Obr. 7 znázorňuje makrostrukturu uvedeného vzorku.
Článek vznikl v rámci řešení projektu Výzkum faktorů ovlivňujících svařitelnost korozivzdorných a žáruvzdorných slitin; č. projektu SCAM 060001
Obr. 7 Makrostruktura návarových konců a svarového spoje po svaření Fig. 7 Macrostructure of weld bevels and weld point after welding
Literatura [1] Non conformity reports No.7/06 and No1/09 [2] Owerbeck, G.W., Schweißversuch Kollektor ET 45 Micro, Alfana, Lindlar 2009, s.1 [3] S+C MATERIAL DATA SHEET: Centralloy® ET 45 Micro, 2001, s.2 [4] Test of weldability AA4703rev.2, int. dokument. s.1
Recenze: prof. Ing. Karel Matocha, CSc. prof. Ing. Jaroslav Purmenský, DrSc.
Obr. 8 Mikrostruktura základního materiálu a svarového spoje Fig. 8 Microstructure of basic and weld metal
_____________________________________________________________________________________________
7
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Koroze Corrosion
koroze __________________________________________________________________ Pitting Corrosion Susceptibility of Aluminium Alloys Verified by Cyclic Polarization Náchylnost hliníkových slitin k bodové korozi ověřená pomocí cyklické polarizace Ing. Zita Drozdová, Ing. Petr Kijonka, Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Ostrava Absorption type air-conditioning systems use lithium bromide and other solutions. Lithium bromide type adsorption air-conditioning systems provide good thermodynamic performance and are environmentally friendly. Stationary adsorption heat exchanger systems are primarily fabricated from steel and copper alloys. Aluminium alloys are used to fabricate lighter weight heat exchangers used in mobile transportation applications. The purpose of this study was to evaluate corrosion behavior of selected heat exchanger aluminium alloys (modified AlMn1Cu) in lithium bromide solutions. Cyclic potentiodynamic polarization measures the electrochemical reactions occurring on a metallic electrode surface immersed in a selected electrolyte. This electrochemical characterization method was used to determine the relative pitting corrosion resistance of selected aluminium alloys. Jednou z možností ekologického a efektivního způsobu chlazení v průmyslových aplikacích nabízí absorpční systémy využívající vodu jako chladivo a roztok bromidu litného (LiBr) jako absorpční činidlo. Tepelné výměníky pro tyto aplikace jsou postaveny zpravidla z nerezových ocelí a mědi, tudíž veškeré publikace, které se zabývají koroznímu působení LiBr v absorpčních systémech, se zaměřují právě na tyto materiály. Cílem této práce bylo ověření korozního vlivu LiBr na slitiny hliníku typu AlMn1Cu, které se používají pro stavbu tepelných výměníků bytových klimatizací, klimatizace automobilů apod. a dosud nebyly předmětem výzkumu v tomto směru [1]. Potenciodynamická polarizační křivka změřená v uvažovaném prostředí poskytuje průběh elektrochemických reakcí a popis korozních vlastností kovu nebo slitiny v široké oblasti potenciálů. Z důvodu náchylnosti hliníkových slitin k důlkové korozi byly pomocí použité metody potenciodynamické polarizace sledovány údaje průrazového a repasivačního potenciálu a plocha polarizační smyčky. Z naměřených hodnot průrazového a repasivačního potenciálu nebyly patrné značné rozdíly mezi jednotlivými slitinami, výraznější odlišnosti byly zřejmé z určení plochy hysterézní smyčky a z posouzení morfologie povrchu vzorků. Lithium bromide (LiBr) solutions are widely used as a refrigerant for absorption-type air-conditioning and industrial drying systems due to its good thermodynamic properties.
benign. Lithium bromide-water chillers are available in two types: single and double effect. Single effect absorption chillers use water as the refrigerant and lithium bromide as the absorbent. The strong affinity between water and lithium bromide makes the adsorption cycle work [3]. Single effect absorption chillers are mainly used in stationary applications such as cooling buildings. Double effect absorption chillers have two stages of generation to separate the refrigerant from the absorbent [4].
Absorption machines are thermally activated, and for this reason, do not require large amounts of mechanical power to operate. Adsorption type machines may be used where power is expensive or unavailable, and where there is waste heat available (e.g. gas, geothermal or solar energy). Absorption machines provide reliable and quiet cooling [2]. The refrigerantabsorbent pair (water-lithium bromide) offers good thermodynamic performance and it is environmentally [5]. Adsorption type heat exchangers, for stationary applications, are commonly fabricated from copper and mild steel alloys. Most of the corrosion studies for lithium bromide adsorption systems have focused on
Lithium bromide solutions can lead to significant corrosion of metallic components in absorption plants copper and steel alloys. The purpose of this study was to evaluate the pitting corrosion resistance of aluminium alloys in lithium bromide solutions. The aluminium alloys evaluated are commonly used for brazed 8
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Koroze Corrosion 3H+ + 3e- → 3/2 H2 Typical cathodic reaction in a near neutral solution is the water splitting reduction reaction: 2H2O(l) + 2e- → H2 + 2OH-
aluminium heat exchanger systems designed for mobile or transportation applications.
1. Principle of potentiodynamic polarization
Anodic reaction: dissolution, oxidation, or corrosion of aluminium: Al → Al3+ 3e-
The rate of the anodic and cathodic reactions on a metal surface immersed in an electrolyte solution is in equilibrium at the open circuit potential (OCP) or free corrosion potential (Ecor).
For determining the corrosion current icorr is sufficient to plot area around the corrosion potential (the dissolution potential).
Typical cathodic reaction in an acidic solution is the reduction of H+ ions:
Fig. 1 Obr. 1
Polarisation curves of aluminium in an acidic electrolyte is the sum of electrochemical reactions (oxidation and reduction) [6] Polarizační křivka hliníku v kyselém elektrolytu je součtem elektrochemických reakcí (oxidace a redukce)
One of the most common forms corrosion on aluminium alloys exposed to aqueous environments is a form of localized corrosion called pitting corrosion. Pitting corrosion results from the breakdown of the native passive oxide film on the surface of aluminium alloys. The pitting potential is the electrochemical potential above which pitting corrosion initiates on a passive metal surface. When pitting corrosion forms on a passive metal surface during an immersion corrosion test, this shows that the OCP or corrosion potential is greater than or equal to the pitting potential for that metal. When the OCP or corrosion potential is lower
than (i.e. more active than) the pitting potential then pitting corrosion does not occur [7]. The pitting potential provides no useful information on the propagation rate of corrosion pits [6]. Potentiodynamic polarization curves show the corrosion current (or current density), of a metal surface in a given electrolyte, as a function of the applied electrochemical potential. (Figure 2) [9]. A typical experimental set-up for potentiostatic and potentiodynamic experiments consists of the following components (Figure 3):
Fig. 2 Anodic polarization curve with description [8]. Obr. 2 Anodická polarizační křivka s popisem.
9
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Koroze Corrosion
Aqueous electrolyte solution at a controlled pH. Working electrode is the metal sample being studied. Metallic dissolution (oxidation or corrosion) reactions occur on the working electrode surface. Auxiliary or counter electrode is usually a noble metal like platinum. An electrochemical potential is applied across the working and auxiliary electrodes. Reference electrode. The working electrode potential is measured relative to a standard reference electrode. Electrometer or high impedance voltmeter. Used to measure the potential of the working electrode relative to the reference electrode.
The impedance of these instruments must be greater than 1 k-ohm to ensure that the instrument has a negligible effect on the measured corrosion current. Potentiostat or potentiodyne. Establishes the potential of the working electrode. The potential between the working and auxiliary electrodes is adjusted until the electrometer indicates the desired potential for the working electrode relative to the reference electrode.
Potentiostats may be adjusted to the desired electrochemical potential. This potential is maintained by feedback control from the reference electrode. The measured corrosion current or current density is directly proportional to the sample corrosion rate [10].
Fig. 3 The potentiostatic/dynamic-circuit/polarization-cell arrangement Obr. 3 Schéma potenciostatu
2. Experimental procedure
controlled atmosphere brazing furnace atmosphere and thermal profile. The aluminium working electrode area exposed to the lithium bromide solution 1 cm2. All samples were mechanically cleaned prior to testing. The cleaning process consisted of wet grinding on 500 grit SiC (silicon carbide) through 2400 grit SiC paper followed by water rinsing and acetone degreasing.
The aluminium alloys tested were modified EN AW3003 (AlMn1Cu) alloys typically used to fabricate brazed aluminium heat exchangers (Table 1). The alloys were procured in 1 mm thick rolled sheets of H24 temper. The samples were run though a typical
Tab. 1 Chemical composition of tested aluminium alloys Tab. 1 Chemické složení zkoumaných hliníkových slitin
sample 1 sample 2 sample 3 sample 4 sample 5
Si 0,10 0,50 0,60 0,30 0,60
Fe 0,25 0,35 0,70 0,20 0,24
Cu 0,60 0,75 1.00 0,80 0,36
Mn 1,20 1,20 1,80 1,40 1,50
Mg 0,30 0,05 0,03 0,02 0,01
Cr 0,05 0,06 -
10
Zn 0,05 0,01 0,10 0,05 0,01
Ti 0,10 0,10 0,10 0,10 0,15
Zr 0,05 0,20 -
Others 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
Al remainder remainder remainder remainder remainder
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Koroze Corrosion
The samples were tested in neutral pH (7,2), 54% lithium bromide solutions of 950 ml at room temperature (23°C). Solution was deareated by bubling an inert gas (argon). Polarization sweeps were carried out at scanning rate of 0,16 mV/s from starting point at 100 mV under OCP. Sweeps direction was changed while current density [J] reached 5 mA/cm2. Potentiodynamic polarization curves (Figure 4) were obtained by using a potentiostat (GAMRY PCI4/300). The auxiliary electrode was graphite wire. The reference electrode was a SCE (saturated calomel electrode). Before each polarization run, the test sample was immersed in the test solution for one hour at the open circuit potential (OCP). The average of the potentials recorded during the last 300 seconds was taken to be the OCP [11]. Pitting corrosion susceptibility was determined by the size of the corrosion potential-current density loop between the breakdown potential (Eb) and the repassivation potential (E rp). Values of Eb and Erp were determined by a curve break method. The larger the polarization loop, the greater the susceptibility to pitting corrosion in the lithium bromide solution.
film. The resistance of aluminium to pitting corrosion depends on its purity significantly. It means alloying elements affect corrosion behavior of aluminium as well.
3. Results and discussion
Rate of pitting propagation is the highest for sample 3 in accordance with established charge Q.
The material resistance to initiation of pitting corrosion is evaluated on the basis of measured breakdown potential (Eb) (the higher value the minor resistivity). Established charge Q (which contributes to pitting corrosion) is given: Q = ∫(J(t)-Jp)dt with limits of tb (time of pitting initiation) at Eb and of trp (time of repasivation at Erp) according to Farraday’s law. Calculated values indicate pitting propagation. The values of repasivation potential Erp indicate stopping of pitting growth. Samples 2 and (Fig. 5) appear as most susceptible to initiation of pitting corrosion on the basis of calculated data of Eb and Erp and vice versa sample 1 as the most resistant.
Cyclic potentiodynamic polarization measured the overall electrochemical current between the auxiliary electrode (graphite) and working electrode (aluminum sample) as the potential was swept in a positive or more noble direction followed by a reverse scan until the loop was closed. The measured current density (corrosion current/exposed sample area) included all oxidation and reduction reactions with the actual current determined by the rate limiting reactions (oxidation or reduction).
If it is not possible to verify the susceptibility to pitting corrosion by potentiodynamic method it can be used potentiostatic method for constant potential E=const. and monitor of current density progress in time J = f(t) under breakdown potential Eb. For next evaluation is recommended to repeat the measurement and perform potentiostatic method and compare measured values and the results analyzed by statistical methods.
Corrosion resistance of aluminium depends on a protective oxide film, it is susceptible to localized forms of corrosion. Pitting occurs at local defects of passive
Tab. 2 Evaluation of cyclic polarization curve. Tab. 2 Vyhodnocení křivky cyklické polarizace
Susceptibility to pitting corrosion in descending order Highest
Lowest
Material sample 3 sample 1 sample 4 sample 5 sample 2
Ecor[mV] -1077 -1075 -894 -1063 -1233
Eb-Ecor [mV] 385 366 192 331 517
11
Eb[mV] -692 -709 -702 -732 -716
Erp[mV] -728 -730 -731 -757 -738
loop area [Coulomb] 5,81 2,83 2,29 1,93 1,02
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
logJ [A/cm-2]
Koroze Corrosion
1,00E-01 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 1,00E-12 -1,350
sample 1 sample 2 sample 3 sample 4 sample 5
-1,250
-1,150
-1,050
-0,950
-0,850
-0,750
-0,650
-0,550
E [V]
Fig. 4 Cyclic polarization curves for all samples in 54% LiBr (Logarithmic). Obr.4 Cyklické polarizační křivky všech vzorků měřených v 54% LiBr (logaritmické měřítko).
Sample 1
Sample 2
Sample 4
Sample 3
Sample 5
Fig. 5 Samples 1-5 after testing. The lines of pittings is caused by preparing of samples (grinding). Obr. 5 Vzorky 1-5 po ukončení testování. Řádky korozních bodů kopírují strukturu povrchu po metalografické přípravě (broušení).
12
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Koroze Corrosion [6] VARGEL, Ch. Corrosion of aluminium, Elsevier: 1 st ed. Oxford, 2004,
Literature [1] Schéma-diagram absorpčního chlazení [Diagram of absorption cooling - online]. Poslední revize [Latest revision] 27.4.2012 [cit. 2012-04-25] Dostupné z [Available at]: http://www.gbconsulting.cz/chlazeni-princip.html
[7] DAVIS, J.R. Corrosion of Aluminum and Aluminium Alloys, ASM International 1999 [8] EN ISO 17475, Corrosion of metals and alloys – Electrochemical test methods – Guidelines for conducting potentiostatic and potentiodynamic polarization measurements, ISO 2005.
[2] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) Handbook, Absorption Cooling, Heating and Refrigeration Equipment (Refrigeration Volume), 2002.
[9] NĚMCOVÁ, A., PACAL, B. Korozní zkoušení kovových materiálů [Corrosion testing of metallic materials], FSI VUT Brno 2010
[3] How it works single effect [online]. Poslední revize [Latest revision]27.4.2012 [ cit. 2012-04-27] Dostupné z [Available at]: http://www.scribd.com/doc/52605036/Chiller-How-it-worksSingle-effect [4] KALOGIROU, S., FLORIDES, G., TASSOU, S., WROBEL, L. Design and Construction of a Lithium Bromide Water Absorption Refrigerator, Napoli 2001 World Congress – Napoli (I), 15-18 September 2001
[10] STANSBURY, E.E., BUCHANAN, R.A. Fundamentals of Electrochemical Corrosion ASM International 2000 [11] ASTM G-5, Test Method for Making Potentiostatic and Potentiodynamic Anodic Polarization Measurements, American Society for Testing and Materials, 2004.
[5] WANG, X., CHUA, H.T. Absorption Cooling: A Review of Lithium Bromide-Water Chiller Technologies, Recent Patents on Mechanical Engineering 2009, Vol. 2, No. 3, pp.193-213
Recenze: prof. Ing. Vladimír Číhal, DrSc. doc. Ing. Stanislav Lasek, Ph.D.
_____________________________________________________________________________________________
Objem průmyslové výroby poklesl poprvé za více než dva roky novinky.cz, pit, Novinky
10.5.2012
Objem průmyslové výroby v březnu meziročně poklesl o 0,7 %, což je první snížení od listopadu 2009. Po eliminaci vlivu pracovních dnů si ale stále ještě udržel kladné tempo růstu 1,8 %. Uvedl to Český statistický úřad. Ještě v únoru tuzemská průmyslová produkce meziročně zrychlila růst na 4,7 % po lednovém revidovaném zvýšení o 3,1 %. „Nelze zakrýt fakt, že dynamika průmyslové výroby v předchozích měsících výrazně zvolnila a výsledky za březen tak jen potvrzují celkový obraz stagnujícího domácího hospodářství,“ sdělil analytik Miroslav Novák ze společnosti Akcenta. K poklesu nejvíce přispěla výroba počítačů, elektronických a optických zařízení a výroba základních kovů, hutní zpracování kovů a slévárenství. Naopak nejvýznamnější růst si drží výroba motorových vozidel, která vzrostla o 11 %. „Zklamání a nijak radostný vývoj do budoucna přináší vývoj nových zakázek. Ty tentokrát klesly o 1,1 %,“ připomněl analytik Jiří Šimek ze společnosti Citfin s tím, že duben přinesl pokles jak domácích (o 2,2 %), tak zahraničních (o 0,5 %) zakázek. Zcela vážně navíc hrozí, že nové zakázky ze zahraničí budu v dalších měsících klesat, což by odpovídalo zhoršujícím se hospodářským tendencím v západoevropských zemích. Především vývoj v Německu sebou v poslední době přináší řadu nejasností a předstihové indikátory z tamního průmyslu ukazují, že německému ekonomickému tahounovi začíná docházet dech. To pro domácí průmysl nevěstí podle analytiků nic dobrého.
SB
13
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody _____________________________________________________________________________________________
Deformation Characteristics of the Tensile Specimens of Steel Sheet in Local and Global Area Using Videoextensometry Deformačné charakteristiky oceľových plechov v lokálnej a globálnej oblasti použitím videoextenzometrie pri statickej skúške v ťahu Ing. Stanislava Hlebová, Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní, prof. Ing. Ladislav Pešek, CSc., Technická univerzita v Košiciach, Hutnická fakulta, Slovenská republika, Ing. Tomáš Kandra, Embraco Slovakia s.r.o., Spišská Nová Ves, Slovenská republika It is generally known that high strength is always accompanied by low ductility for various structural materials [1]. With increasing yield stress and ultimate tensile strength plasticity characteristics, such as elongation, plastic strain ratio r and strain hardening exponent n decrease. The ratio of yield stress to ultimate tensile strength R e/Rm represents the ability to plastic deformation, called plastic reserve and for good formability it reaches a minimum value. The main goal of this study is the comparison between deformation characteristics in the global and local area using a non-contact experimental technique, videoextensometry, for measuring strain during tensile loading at uniform deformation. Steel sheet with 3 mm thickness, made from deep-drawing steel, was used for the investigation on specimens oriented perpendicularly to the rolling direction. Despite similar true stress – true strain curves measured in local and global areas for individual materials, both values of plastic strain ratio r and strain hardening exponent n measured and evaluated in small local area differed from that measured in large global area. The deformation parameters n and r depend on how large is the area where they are measured; higher n and lower r are obtained in larger measured area. Je všeobecne známe, že čím je vyššia pevnosť, tým je menšia ťažnosť. So stúpajúcou medzou klzu a medzou pevnosti klesajú charakteristiky plasticity ako sú ťažnosť, koeficient normálovej anizotropie r, exponent deformačného spevnenia n. Pomer medze sklzu ku medzi pevnosti Re/Rm nám udáva schopnosť plastickej deformácie materiálu, inak nazývaná aj rezerva plastickosti a pre materiál s dobrou tvárniteľnosťou by mal dosahovať čo najmenšiu hodnotu. Ako experimentálny materiál bol použitý oceľový plech z hlbokoťažnej ocele hrúbky 3 mm, používaný na výrobu krytov kompresorov, pričom vo výrobnom procese došlo u niektorých akostí k tvorbe trhlín. Cieľom tejto práce je porovnanie deformačných charakteristík dvoch variant oceľového plechu z hlbokoťažnej ocele. Oceľový plech s feritickou mikroštruktúrou nevykazoval žiadne problémy vo výrobnom procese. Oceľový plech s feritickoperlitickou mikroštruktúrou spôsoboval problémy pri vyťahovaní výťažku, tvorba trhlín po obvode. Na meranie deformácie počas ťahového zaťaženia v oblasti rovnomernej deformácie v globálnej a lokálnej oblasti bola použitá bezkontaktná experimentálna technika, videoextenzometria. Materiál bol posudzovaný z dvoch hľadísk: porovnanie mechanických vlastností a mikroštruktúry a porovnanie deformačných charakteristík v globálnej a lokálnej oblasti. Na experiment boli použité skúšobné telesá pre statickú skúšku v ťahu orientované kolmo na smer valcovania. Z dosiahnutých výsledkov môžeme tvrdiť, že deformačné charakteristiky pre obe skúmané oblasti a pre oba materiály sa líšili. Deformačné parametre n a r závisia od veľkosti vyhodnocovanej oblasti. Pevnostné vlastnosti skúmaných ťahových telies sa líšili o cca 35-40 MPa. true strain can be, for tensile stress, expressed for low carbon steels and for many other technical alloys by a power low [3, 4, 5]. (1) k pl n
The ability to plastic deformation can be expressed, in a simple way, using the ratio between the yield stress and ultimate tensile strength, Re/Rm, and the minimum value of this ratio guarantees good formability of material to be formed [2]. The relation between true stress and
k - constant 14
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
n - strain hardening exponent
In this paper, the strain characteristics: plastic strain ratio r and strain hardening exponent n were experimentally investigated using a non-contact strain measurement technique in a small and in a large area on the tensile specimen surface during static tensile test. Two deep drawing steel sheets were used for the analysis, both according to the required standard. On one of the steels defects occurred during drawing process.
Transformed to a logarithmic form as follows [6]: log log k n log pl
(2)
Plastic behaviours of steel sheets can be characterized with different parameters: ratio of yield strength and ultimate tensile strength (Re/Rm) strain hardening exponent n plastic strain ratio r uniform and total elongation anisotropy of plastic behaviours chemical composition microstructure and a. o.
1. Experiment 1.1 Material Two variants of deep-drawing steel grade by standard EN10111/98, DD14 were used for experiments, both had a form of steel sheet corresponding to the required standard with 3 mm of thickness. The sheet was processed by deep drawing technology for production of a compressor cover. The cracks were detected on a compressor cover during drawing process on investigated materials, therefore it was necessary to investigate background of crack initiation.
Strain hardening exponent expresses capability of metal to resistance against non-uniform deformation and indicates suitability for deep drawing of steel sheet. The pre-exponential, k, can be found by extrapolating to ε = 1, where k is the value of σ at this point. Typical values of the exponent n are in the range from 0.1 to 0.6. As a rule, high strength materials have lower n-values than low strength materials [7]. The strain hardening exponent is becoming greater with increasing the grain size with simultaneous decreasing of yield stress. The experimental evaluation is possible from two points on stress-strain diagram during strain hardening process. The higher value of strain hardening exponent represents better formability [8]. The grain size is included in the constant C.
The investigated materials were marked as: - OK material being without any problems in processing technology [14] - NOK material causing problems on final product – cracks appeared on the edge of compressor cover, Fig. 1 [15]
Another indicator of plastic behaviours is the plastic strain ratio – r [9, 10, 11, 12]. The deep-drawing of low carbon steel sheets is related to the plastic anisotropy ratio. The r value is the ratio of the true strain in the width direction to the true strain in the thickness direction when a sheet material is pulled in uniaxial tension beyond its elastic limit. Determining the plastic strain ratio is governed by ASTM E517 standard [13]. The plastic strain ratio r is calculated as shown in equation (3): b0 b ln 0 b1 b1 r h0 l1b1 ln ln l 0 b0 h1 ln
Fig. 1 Crack on the compressor cover Obr.1 Trhlina na kryte kompresora
(3)
1.2 Experimental method
Where: l0, b0, h0 - length, width and thickness at the beginning of uniform deformation [mm] l1, b1, h1 - length, width and thickness at the end of uniform deformation [mm]
Deformation characteristics were evaluated using a noncontact experimental technique, videoextensometry [16, 17]. Contrast dots were applied on the surface of specimens depending on the evaluation area, Fig. 2. The “global area” represents matrix of 3x4 dots with grid steps of 7 mm, Fig. 2a and the “local area” represents matrix of 19x6 with grid steps of 1 mm, Fig. 2b. A matrix of 6x6 – “local area”, was selected for strain measurement to establish the deformation parameters, such as strain hardening exponent and plastic strain ratio. Marginal dots were applied for evaluation of the
The plastic strain ratio r is considered to be a direct measure of sheet metals drawability and it is useful for evaluating materials intended for forming of shapes by deep drawing [11]. A high r-value indicates a resistance to thinning in a tension test, r-value ranges from 0 to ∞ and the highest r-value is optimal for deep drawing [3]. 15
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
specimen elongation. Displacements between the dots were scanned with a CCD camera during tensile loading. Deformation characteristics were calculated from the measured data on scanned pictures using special software called VDTK.
- by deformation characteristics: plastic strain ratio and strain hardening exponent, measured in local and global areas, Fig. 5, Fig. 7. 500 450
true stress [MPa]
400
a) Grid step of 7 mm (global area)
350 300 250 200 150
b) Grid step of 1 mm (local area), after test
100
Fig. 2 Tensile specimens with applied contrast dots Obr. 2 Ťahová vzorka s nanesenými kontrastnými bodkami 2a) rozostupy bodiek 7 mm 2b) rozostupy bodiek 1 mm
OK global
50
NOK global 0 0
0,05
0,1
0,15
0,2 0,25 true strain [ ]
0,3
0,35
0,4
0,45
a) global area 500
1.3 Metallographic analysis
450
true stress [MPa]
400
PEARLITE
a) OK Fig. 3 Microstructure of steels Obr. 3 Mikroštruktúra ocelí 3a) OK 3b) NOK
350 300 250 200 150 100
b) NOK
OK local
50
NOK local
0 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
true strain [ ]
b) local area
Metallographic analysis revealed differences in microstructure of both steels, Fig. 3. Microstructure of material OK consists mainly of ferrite, Fig. 3a, in the microstructure of material NOK a small volume of pearlite was visible, Fig. 3b.
Fig. 4 True stress - true strain diagram up to ultimate tensile strength Obr. 4 Diagram skutočné napätie-skutočná deformácia do medze pevnosti 4a) globálna oblasť 4b) lokálna oblasť
The true stress-true strain diagram up to ultimate tensile strength is shown in Fig. 4a, 4b. The true cross-sectional area required for calculating of both true stress and true strain was determined knowing the longitudinal and transversal displacements of dots scanned with a CCD camera in the given section. Deformation was calculated for pairs of neighbouring dots individually.
1.4 Tensile test Tensile test was realized on the tensile testing machine FP 100/1 in accordance with the standard conditions: - loading rate until yield stress 2 mm/min - loading rate over yield stress 5 mm/min.
Tensile test, as well as microstructure, show differences between material OK and NOK. Upper/lower yield point ReH appeared for material NOK, while material OK shows a gradual transition from elastic to plastic behaviours with a 0.2 % offset yield strength Rp0,2.
Flat tensile test specimens oriented perpendicularly to the rolling direction were produced from the steel sheets, with the following dimensions: width 20 mm, measured length 80 mm. The analysis was focused on differences comparison of two steel sheets OK and NOK:
and
Tensile yield strength and ultimate tensile strength R m are lower for material OK, the difference between true stress-true strain diagram for OK and NOK material is approximately 35 MPa. Measured mechanical properties are in tab.1.
- by mechanical properties: yield stress and ultimate tensile strength, Fig. 4
16
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Tab. 1 Mechanical properties of investigated materials Tab.1 Mechanické vlastnosti skúmaných ocelí
OK
NOK
Rp0,2 [MPa] 199 ReH [MPa]
ReH [MPa]
238
229
3
Rm [MPa] 315
A80 [%] 41
2,5 log true stress
Mark
Evaluation segment of - n -
ReL [MPa] 341
2 1,5 1 0,5
34
0 -6
2. Evaluation and results
local and global area
strain hardening exponent
0,3
2,5
OK local NOK local OK global NOK global
0,080,13
0,130,18
0,180,23
0,230,28
0,280,33
0,33max
Fig. 7
Trend of strain hardening exponent in dependence on true strain Obr. 7 Diagram exponentu deformačného spevnenia v závislosti od skutočnej deformácie
Exponent is being slightly increased behind the yield stress, then reaching a maximum and subsequently sharply dropping with simultaneous reaching the load of the UTS, Fig. 7 [18]. The differences between both materials, OK and NOK are small but evident. The strain hardening exponent is higher for OK material as compared with NOK material in both measured areas, local and global. The strain hardening exponent measured in global (larger) area is significantly higher than that measured in local (smaller) area.
1 0,5 0 0,4
0,15
true strain
1,5
0,3
0,2
0,030,08
2
0,2
0,25
0,1
OK local NOK local OK global NOK global
3 plastic strain ratio
0
Fig. 6 log σ – log φ diagram Obr. 6 Diagram log skutočné napätie-log skutočná deformácia
The r-value was calculated by the equation (3) during uniform deformation. The thickness and width changes were measured knowing the longitudinal and transversal displacement of dots. A deformation calculated for pairs of neighbouring dots individually was then averaged for the whole global and local areas. Trend of plastic strain ratio is different when local and global measured areas are compared, Fig. 5. While the trend for global area is nearly constant and one value (0.6 or 0.8) can be evaluated, in the local area r decreases for both materials OK and NOK from 2.5 - 3 down to 1, Fig. 5. Differences are observed between both investigated materials OK and NOK for the global area. It is visible that r-value was lower for NOK, approximately 0.6, while r-value 0.75-0.8 was set for OK during the uniform deformation.
0,1
-2
log true strain
2.1 Plastic strain ratio
0
-4
0,5
true strain
Fig. 5 Trend of plastic strain ratio in dependence on true strain Obr. 5 Trend koeficienta normálovej anizotropie v závislosti od skutočnej deformácie
Conclusions The steel sheets were mutually compared from two points of view: - comparison of properties and microstructure of both materials OK and NOK,
2.2 Strain hardening exponent Strain hardening exponent was established for each specimen from the logarithmic graph log stress vs. log strain as the slope of the corresponding straight line in uniform deformation area, Fig. 6. The calculation was made step by step for small intervals 0.05 of true strain and from each such evaluation segment an average nvalue was calculated. Variation of strain hardening exponent with true strain for all investigated specimens is presented in Fig. 7.
- comparison of plastic strain ratio r and strain hardening exponent n in local and global area. The following conclusions may be drawn from the results: The true stress – true strain curves for the investigated steel sheets OK and NOK are different – the curve for 17
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
OK material is shifted to lower values. Mechanical properties are slightly different, the steel sheet NOK causing cracks on final product has approximately by 35 – 40 MPa higher stress – strain curve as compared with the OK steel sheet, where no cracks appeared. Yield strength of the OK steel had 0.2 % offset of yield strength Rp 0.2, while the NOK steel had an upper/lower yield point ReH. Higher strain hardening exponent n, higher value of plastic strain ratio r (~0.8) and higher elongation A80 express better deformation ability of material OK as compared with material NOK. Differences between OK and NOK materials are more visible based on comparison of r than on comparison of n.
[3]
POLÁK, P. Anizotropia a hlbokoťažnosť oceľových plechov [Anisotropy and deep drawability of steel sheets]. Vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry Alfa, Bratislava, 1978
[4]
BAYTON, D. A. F., FOURLARIS, G. Materials Science and Technology, vol. 27, 1, 2011, p. 85-90
[5]
HOLLOMON, J. H. Trans. AIME, 1945, vol. 162, pp. 268-90
[6]
VELES, P. Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov, [Mechanical properties and testing of metals] AlfaVydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry, Bratislava, 1989
[7]
HOSFORD, W. F. Mechanical Behavior of Materials. Cambridge University Press, New York, 1993
[8]
DUCHEMIN, P.: Metal bulletin and Tin Technology. In: 8th International Tinplate Conference. Paris, 2004
Microstructure of the steel sheet without defects (OK) is ferritic, while the NOK steel contains a small volume of pearlite.
[9]
ŠIMČÁK, F. at al.: Experimentálne pracovisko pre hodnotenie plastických vlastností plechov pri rovinnej napätosti [Experimental working site for evaluation of plastic properties of sheets at plane state of stress], Acta Mechanica Slovaca, 2003, vol. 7, pp. 39-46
Non contact videoextensometric measuring and monitoring of strain during loading gives a broader view of deformation parameters and provides more information about kinetics of deformation.
[10] http://www.scribd.com/doc/36273683/29/Work-HardeningExponent [cit.3.1.2012] [11] http://www.admet.com/assets/Formabilityofsheetmetal.pdf [cit. 3.1.2012]
Despite similar true stress – true strain curves measured in local and global areas for individual materials, both values of plastic strain ratio r and strain hardening exponent n measured and evaluated in small local areas differ from that measured in large global area.
[12] GOLIANOVÁ, A., ČORNANIČOVÁ, V, GAJDOŠ, I. Transfer inovácií [Transfer of innovations], 2003, vol. 6, pp. 175 – 177
The deformation parameters n and r depend on how large is the area, where they are measured; higher n and lower r are obtained in larger measured area.
[15] PEŠEK, L., AMBRIŠKO, Ľ., ZUBKO, P.: Porovnávacia analýza vlastností materiálu krytu kompresora, [Comparative analysis of properties of compressor cover material] (Repoort of KNoM P-102-0023/10), Faculty of Metallurgy, Technical university in Košice, 2010
[13] ASTM E517-00 (2010), Standard Test Method for Plastic Strain Ratio r for Sheet Metal [14] http://www.usske.sk/products/cat/cold-roll/drawing.html [cit.3.1.2012]
Acknowledgements This work was supported by the project APVV–032607
[16] PEŠEK, L. Možnosti videoextenzometrie pri analýze lokálnych deformácií a aplikácia na tenké oceľové plechy [Possibilities of videoextensometry at analysis of local deformations and its application on thin steel strips], In: Lokální mechanické vlastnosti 2006, Plzeň – Nečtiny, 8.-10.11.2006, ZČU v Plzni, pp. 116-125
Literature [1] [2]
ASHBY, M., SCHERCLIFF, H., CEBON, D. Materials Engineering Science Processing and Design, Elsevier Ltd, 2007
[17] MIHALIKOVÁ, M., NÉMET, M., ZUBKO, P., AMBRIŠKO, PEŠEK, L.: Materiálové inžinierstvo, 2011, vol. 18 , pp. 93-96
WIESNER, F. Válcování ocelových pásů za studena [Cold rolling of steel strips], SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha, 1976
[18] HLEBOVÁ, S., PEŠEK, L., KANDRA, T.: Chem. listy, 2011, vol. 105, Issue 16 S, p.577-579
Recenze: prof. Ing. Zdeněk Jonšta, CSc. doc. Ing. Rudolf Pernis, CSc. _____________________________________________________________________________________________
Brazilská firma přestavuje válcovnu tyčí Gerdau to revamp bar mill. MPT International 2012, č. 1, s. 8. Brazilská firma Gerdau zadala firmě Siemens VAI Metals Technologies objednávku na přestavbu válcovny tyčí v závodě Mogi das Cruzes na válcovnu plochých tyčí. Jedná se o přestavbu středního pořadí, hotovního pořadí a chladníku. Dodávka zahrnuje mechanickou část, elektrické vybavení a systém automatizace. Modernizovaná trať by měla být uvedena do provozu počátkem roku 2013. Budou se na ni válcovat ploché vývalky o šířce od 50 do 106,6 mm při tloušťce 5,4 až 51 mm. LJ
18
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Kinetics of tearing process of thin steel sheets under static loading Kinetika procesu trhania tenkých oceľových plechov pri statickom zaťažovaní Ing. Stanislava Hlebová, Technická univerzita v Liberci, Fakulta strojní, Katedra materiálu, prof. Ing. Ladislav Pešek, CSc., Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta, Katedra náuky o materiáloch, Slovenská republika The fracture toughness of extremely ductile materials cannot be described by critical stress intensity factor K c or the critical value of the J-integral. The process of ductile tearing of thin-sheet materials is typical for various structures, such as car bodies or aircraft fuselage shells. Tearing toughness GIIIc gives more realistic view than KIc determined for the mode I. One method for evaluation of fracture toughness GIIIc for thin-sheet materials subjected to tearing is the “trouser tearing test”. Two steel sheets were compared in this article: deep-drawing ferrite steel (IF) 1.95 mm thick and feritte-pearlite steel (F-P) 1.8 mm thick. Process of tearing can be divided into five following phases: I – uniform deformation, II – crack initiation, III - load decreasing, IV - stable tearing, V – buckling. Optimum evaluation of GIIIC is in stable tearing phase where the load and radius of curvature of the bent part of specimen remains stable. Plastic deformation in the notch root was higher for IF steel, and crack initiation was indicated under higher load than for ferrite – pearlite steel. No significant influence of rolling direction on G IIIC values was found. Húževnatosť hlbokoťažných oceľových plechov nemôže byť popisovaná kritickou hodnotou súčiniteľa napätia K IC alebo kritickou hodnotou J-integrálu. V súčasnosti neexistuje norma, ktorá by predpisovala hodnotenie tenkých oceľových plechov z hľadiska lomovej húževnatosti. Proces trhania je typický pre napr. automobilové plechy, plášť lietadla. Lomová húževnatosť GIIIC nám lepšie charakterizuje tento spôsob porušovania ako charakteristiky lomovej húževnatosti KIC (mód I). Jednou z metód hodnotenia lomovej húževnatosti GIIIC je skúšobná metóda v statických podmienkach nazývaná „trouser tearing test“ vychádzajúca z energetickej bilancie. V práci sme porovnávali dva materiály z hľadiska štruktúry a orientácie koreňa vrubu vzhľadom na smer valcovania: hlbokoťažná oceľ bez intersticií (IF) s feritickou mikroštruktúrou hrúbky 1,95 mm a mikrolegovaná oceľ s feriticko-perlitickou (F-P) mikroštruktúrou hrúbky 1,8 mm. Proces trhania je možné rozdeliť na 5 etap: I - rovnomerná deformácia, II iniciácia trhliny, III - pokles sily, IV - ustálené trhanie, V - bortenie. Na základe dosiahnutých výsledkov bolo zistené, že pre vyhodnocovanie GIIIC je najvhodnejšia oblasť ustáleného trhania, kedy sila potrebná na trhanie ako aj rádius ohýbanej časti vzorky majú konštantnú hodnotu. U vzoriek z IF ocele sa prejavila väčšia plastická deformácia v koreni vrubu a iniciácia trhliny nastala pri vyššej sile. Hodnoty GIIIC u IF ocele boli cca 1,5krát vyššie ako u F-P ocele. Z hľadiska orientácie vrubu voči smeru valcovania neboli pozorované výrazné rozdiely v hodnotách nameraných veličín. Fracture toughness evaluation of thin steel sheets is subject of investigation of more authors [1, 2, 3]. Fracture toughness of some extremely ductile materials cannot be described by the classical fracture mechanics criteria, such as the critical stress intensity factor Kc or the critical value of the J-integral [4]. Mai and Cotterell [1] performed two- or three-leg trouser tests, Fig. 3, for tearing of ductile sheet materials, where strong plasticity is developed following by crack propagation. For the analysis, they assumed that the work for plastic bending and elastic unbending of the legs during the tearing process is described by the mean of curvature radius ρ.
procedure under static loading conditions called “trouser tearing test”, [1, 2] and it gives a more realistic view about this kind of deformation than the KIc determined for tensile mode I. Fracture toughness GIIIc is calculated by the formula (1) deduced from the energy balance [5]. GIIIC
B 2P 2kW B (1 n)(2 n)
( n 1)
(1)
Where: P - external force B - specimen thickness W - leg widthk, n – constants, stress value per unit strain and work hardening exponent from the power function of tensile diagram → k pl n [6]
In the present work, tearing test method was used for evaluation of resistance to crack propagation under conditions of the mode III and for measurement of the GIIIc toughness of ductile materials [5]. The process of ductile tearing of thin-sheet materials is typical for various structures, such as car bodies or aircraft fuselage shells. The experimental evaluation of fracture toughness characteristics for thin-sheet materials subjected to tearing GIIIc is based on the testing
- true stress
pl - true strain
Using the relationship (1) the diagram was created and it illustrates the dependence of curvature radius of 19
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
a bent part – ρ (ro) - on tearing toughness - GIIIc – with the load as a parameter, Fig. 1. The diagrams show the sensibility of GIIIc value on the radius for two steels.
Tab. 1 Specimen geometry Tab. 1 Geometria skúšobného telesa
B [mm] 1.95 1.8
Material
3000
C D
2000
W [mm] 25 25
a [mm] 30 30
GIII c [kJ/m 2]
1000
Tab. 2 Mechanical properties of investigated steels Tab. 2 Mechanické vlastnosti skúmaných ocelí
0 0
5
10
15
20
25
30
-1000
Material
Re [MPa]
Rm [MPa]
A80 [%]
k [MPa]
n [-]
C
182
299
45.2
164
0.24
D
382
493
24.7
270
0.26
-2000 Load 1500 N - IF (C) Load 2000 N - IF (C) Load 2500 N - IF (C)
-3000 -4000 ro [mm]
a)
Tests were performed under static conditions, on the ZWICK tensile test machine by 1.3 mm/min crosshead speed using specimens according to Fig. 3a. Four specimens were tested of each material, 2 specimens with the parallel oriented notch (LC, LD) and 2 specimens with the perpendicularly oriented notch (TC, TD) related to the rolling direction.
IF steel (C)
3000 2000
GIIIc [kJ/m 2]
1000 0 0
5
10
15
20
25
30
-1000 -2000 Load 1500 N - F-P (D) -3000
Load 2000 N - F-P (D) Load 2500 N - F-P (D)
-4000 ro [mm]
b) F-P steel (D) Fig. 1 Dependence of the tearing toughness GIIIc on curvature radius of specimen Obr.1 Závislosť húževnatosti GIIIc v procese trhania na polomere zakrivenia vzorky
1. Experimental material and procedure The materials used in this study are two grades of thin steel sheets: (i) deep-drawing interstitial free (IF) steel with ferrite microstructure (C = 0.0013 %), Fig. 2a, material C, and (ii) micro-alloyed steel with ferriticpearlitic microstructure (C = 0.16 %), Fig. 2b, material D [7].
a) IF steel (C)
b) F-P steel (D) a) Tearing specimen [4]
Fig. 2 Microstructure of investigated steels [7] Obr. 2 Mikroštruktúra ocelí
Thickness B, width W, length of ligament a are given in table 1 and mechanical properties of used steels in table 2.
20
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods between material C and D relating to the notch orientation to the rolling direction. Final phase of the test differs for both materials. A significant increase of load was observed on the specimens LC, TC, where specimen geometry changed because of buckling collapse, see Fig. 4 (photo 5), while for specimens LD, TD the load increased only slightly. Material C had higher plasticity comparing with material D. The “load decreasing” and the “buckling” also cannot be used for the calculation of GIIIC because of stabilization processes, which are there. Only the phase called “stable tearing”, see Fig. 5, can be used for calculation of GIIIC, both the load and the curvature radius are stable in this phase. The obtained values can be considered as correct ones.
b) Real clamped specimen Fig. 3 Two-leg specimen for trousers tearing test Obr. 3 Skúšobné teleso pri "nohavicovom trhacom teste" a) schéma skúšobnej vzorky b) reálne upnutá skúšobná vzorka
Crack initiation 3000
2. Results and discussion
2
Load [N]
The tearing process was documented during test by camera. From the diagram shown in Fig. 4 a linear dependence of load on the displacement is visible up to crack initiation, where elastic deformation of notch root called blunting line exists, similarly as by stable crack growth of CT specimen by the mode I. The curvature radius of the specimen remains stable (photo 1). The load decreases from the point of crack initiation (photo 2) up to stable tearing. If the specimen is sufficiently long, the process of tearing becomes stationary and the bent part of the specimen has the same shape at any moment of the test, Fig. 4 [3].
LD TD
2000
LC TC
1500
500 0 0
10
20
30 40 50 displacement [mm]
60
70
80
Fig. 5 Load-displacement diagram of trouser tearing test Obr. 5 Diagram sila-posuv pri "nohavicovom teste"
From the values obtained in the stable tearing, see Fig. 5, the GIIIC values were calculated using formula (1), table 3. Tearing load and curvature radius were in this phase constant. Lower fracture toughness GIIIC values were measured for higher Re/Rm ratio and lower elongation A80, see table 3.
4
2500
Tab. 3 Calculated values of GIIIC Tab. 3 Vypočítané hodnoty GIIIc
5 2000
Load [N]
2500
1000
3
3000
Stable tearing
1500
1000
Material
Re/Rm [-]
Tearing load [N]
GIIIC [kJ.m-3]
C
0.61
1661
1447
D
0.77
968
860
1
500
0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Displacement [mm]
Fig. 4 Load-displacement diagram with documentary photos Obr. 4 Diagram sila-posuv s fotografickou dokumentáciou
It was found that the curvature radius is relatively stable up to the crack initiation, from this moment the radius increases up to the fracture of specimen, see Fig. 6. In the case of C specimen, plastic deformation in the root of notch was higher, and crack began to spread at the higher load, see Fig. 5. Thickness of material C is approx. by 8% higher than for D, despite this fact, the increase of tearing load is approx. 72% and of GIIIC is approx. 68%.
Our experiments showed that fracture toughness GIIIC can be calculated from the stable tearing phase, where tearing load and curvature radius are stable, see Fig. 5. The crack begins to growth earlier for specimens LD, TD (F-P steel) than for LC, TC (F steel). This fact is caused by lower elongation and higher strength of the material D. No significant differences were detected
21
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
The curvature radius of specimen’s bent parts increases during process of tearing from 2.5 mm at the beginning up to approx. 26 mm for the stable tearing. Significant increase of curvature radius begins at the crack initiation. At the final test phase, an increase of load occurs, it is caused by specimen buckling collapse.
LC
60 radius of bent part [mm]
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
TC
50
LD TD
40 30 20
Differences between investigated materials are significant. GIIIC for material C is 1447 kJm-3 while for material D only 860 kJm-3.
10 0 0
20
40 displacement [mm]
60
80
Fig. 6 Curvature radius development during tearing process Obr. 6 Vývoj polomeru zakrivenia počas skúšky
No significant influence of influence of the rolling direction on GIIIC value on the specimen was established.
Conclusions
This work was supported by the project APVV–0326–07
Trouser test is a testing method for quantifying the tearing process. The formula (1) is sensitive to the curvature radius of specimen, which is not constant during the test. Two steel sheets with different microstructure (ferritic and ferritic-pearlitic) were compared using the trouser tearing test. The kinetics of tearing process, as well as the influence of the orientation of the crack to the rolling direction was investigated.
Literature [1] Y. W. Mai, B. Cotterell: International Journal of Fracture: Vol. 24, 1984, No. 13, p. 229-318 [2] C. M. Muscat-Fenech, A. G. Atkins: Fatigue and Fracture of Engineering Material and Structure: Vol. 17, 1994, p.133–143 [3] E. M. Morozov, V. T. Sapunov: Materials Science, Vol. 37, 2001, No. 2, p. 272-27
If the specimen is sufficiently long, the process of tearing becomes stationary in a certain transient period, and the bent part of the specimen maintains the same shape.
[4] M. Aberkane, A. Ouibrahim, G. Pluvinage, Z. Azaria: Strength of Materials, Vol. 35, 2003, No. 4, p.353-367 [5] C.H. Li, Q.Q. Duan, Z.F. Zhang: Materials Science and Engineering A, 2011, p. 1636-1640 [6] P. Veles: Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov [Mechanical properties and testing of metals], 2nd edition, ALFA, Bratislava, 1989
Process of tearing during the test can be divided into the following phases: I – uniform deformation, II – crack initiation, III – load decreasing, IV – stable tearing, V buckling collapse. A suitable stage for GIIIC evaluation is the stable tearing, where tearing load and curvature radius remains approximately stable.
[7] L. Ambriško, L. Pešek, S. Hlebová: Chem. Listy, Vol. 104, 2010, Issue 15, p. 287-290
Recenze: prof. Ing. Zdeněk Jonšta, CSc. doc. Ing. Rudolf Pernis, CSc.
_____________________________________________________________________________________________
Nové zařízení pro plynulé odlévání bram JSW orders continuous slab caster. MPT International 2012, č. 1, s. 12. Indická firma Jindal South West Steel Ltd. (JSW Steel) objednala nové, již čtvrté zařízení pro plynulé odlévání bram pro svůj závod v Toranagallu ve státě Karanataka. Toto, již čtvrté zařízení, bude odlévat bramy o tloušťce 220 a 260 mm při šířce 800 až 1600 mm. Roční výkon bude 1,4 mil. t. Bude vybaveno měkkou redukcí DynaGap, která umožňuje, aby úkos a tloušťka licího proudu byly kontrolovány v každém bodě, což je základní podmínka pro odlití bram s dobrou vnitřní kvalitou. Budou se zpracovávat uhlíkové, mikrolegované a nízkolegované oceli a oceli HSLA, ze kterých se budou vyrábět plechy, pásy a trubky. Zařízení dodává firma Siemens VAI Metals Technologies. Do provozu by mělo být uvedeno v polovině roku 2013. LJ
22
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Studium interkalátů sodného montmorillonitu s Al-polykationty Study of Sodium Montmorillonite Intercalates with Al-polycations Ing. Jiří Pavlovský, Ph.D., prof. Ing. Zdeněk Klika, CSc., Mgr. Martin Mucha, Ph.D., Ing. Michal Ritz, Ph.D., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, RNDr. Václav Slovák, Ph.D., Ostravská univerzita, Přírodovědecká fakulta, Ostrava Interkalace Al-oxohydroxo kationtů do struktury jílových minerálů je důležitá pro přípravu interkalovaných jílů, které bývají následně pilarovány při 400-500 °C, čímž získávají pravidelnou porézní strukturu. Takto připravené materiály jsou pak využity například jako katalyzátory pro celou řadu organických syntéz či sorpce. Tento článek je věnován problematice studiu struktury Al-interkalátů na bázi jílového minerálu montmorillonitu SWy-2 interkalací Al-oxohydroxo kationtů roztokem Chlorhydrolu Al2Cl(OH)5.(2,5 H2O) molárního poměru OH/Al 2,5 a koncentrace Al 60 mmol.l-1 z různě kyselého prostředí (pH 1,5; 2,5 a 3,8). Bylo zjištěno, že nejvyšší adsorbované množství Al u připravených Al-interkalátů bylo dosaženo při pH 2,5 a 3,8 (1,95 a 1,88 mmol.g-1). Náboj kationu připadající na jeden atom Al klesá při narůstající hodnotě pH z +1,15 na +0,45, přičemž Kegginův kation [Al13O4(OH)24(H2O)12] 7+, který by se mohl interkalovat do mezivrství, má náboj +0,54. Pravděpodobně dochází k interkalaci nejen tohoto kationu, ale i jeho hydrolyzovaných forem. Al-interkaláty mají tři endotermní efekty a to okolo 75-100, při 630 a při 730 °C. Byl dokázán teplotní posun endotermních efektů u Al-interkalátů vůči původnímu SWy-2 a to z 680 °C na 630 °C a z 760 °C pro SWy-2 na 730 °C. U Al-interkalátů s Al13 formou byly pozorovány u IČ spekter valenční pásy -OH v Al-OH skupinách při 3682 a 3538 cm-1. Rovněž bylo zjištěno rozšíření pásů u 1125 a 1035 cm-1 připadající vazbám Si-Ovrcholový kyslík a bazální kyslík tetraedru u Al-interkalátů, které jsou dokladem interkalace Kegginova kationu. Metodou rentgenové práškové difrakce bylo zjištěno rozšíření mezivrství u Alinterkalátů z 1,21 (SWy-2) na 1,51 nm (Al-SWy-2 pH 1,5) a 1,66 nm (Al-SWy-2 pH 2,5 a 3,8). Následným pilarováním Al-interkalátů při 450 °C došlo k rozšíření mezivrstevné vzdálenosti právě u Al-interkalátů připravených při pH 2,5 a 3,8 na 1,72 nm. Tato hodnota je v souladu s hodnotami mezirovinných vzdáleností po pilarování v rozmezí 1,7-1,8 nm uváděnými v literatuře a nasvědčuje o interkalaci Kegginova kationu do mezivrství SWy-2. Intercalation of Al-oxohydroxo cations into the structure of clay minerals is the first step for the preparation of intercalated clays, which can be subsequently pillared at 400-500 °C. After several hours of heating they form a regular porous structure (pillared clays - PILC materials). These materials are then used for example as catalysts for a variety of organic syntheses. They are also suitable for sorption purposes. This article is devoted to the study of the structure of Al-intercalates prepared from SWy-2 by intercalation Al-oxohydroxo cations with Chlorhydrol solution - Al2Cl(OH)5.(2.5 H2O) of molar ratio OH/Al 2.5 and concentration 60 mmol.l-1 of Al. These intercalates were prepared from different acidic environments (pH 1.5, 2.5 and 3.8). The pH values were adjusted during the whole intercalation process to keep the pH constant. It was found that the highest amount of adsorbed Al in prepared Al-intercalates was achieved at pH values of 2.5 and 3.8, i.e. 1.95 and 1.88 mmol.g -1; at pH 1.5, it was only 0.73 mmol.g-1. Cation charge based on one atom of aluminum decreases with the increasing pH value from +1.15 to +0.45. Ideal Keggin cation [Al13O4(OH)24(H2O)12] 7+, which could be intercalated into the interlayer of clay, has a charge of +0.54. Probably an intercalation occurs of this cation, as well as of its hydrolyzed forms. Alintercalates have three endothermic effects (at around 75-100, at 630 and at 730 °C), as it was determined from DSC curves. With regard to the intercalation of Keggin cation, respectively its hydrolyzed forms, the amount of water increases. The temperature shifts of endothermic effects of Al-intercalates, were proved for Al-SWy-2 intercalates prepared in acidic pH range, in comparison with SWy-2. They are namely from 680 to 630 °C and from 760 to 730 °C. The valence bands of -OH Al-OH groups at 3682 and 3538 cm-1 were observed in the IR spectra of the Al-intercalates related to Al13 form. Very broad bands exist also at 1125 and 1035 cm-1 corresponding to Si-Ohigh basal oxygen and tetrahedron oxygen bands of Keggin cation intercalation. The expansion of interlayer space of the Alintercalates (determined by X-ray powder diffraction) increased from 1.21 (SWy-2) to 1.51 nm for Al-SWy-2 pH 1.5, to 1.66 nm for Al-SWy-2 pH 2.5 and 3.8. A subsequent pillarisation process of Al-intercalates at 450 °C results in subsequent increase of the interlayer distance to 1.72 nm for Al-intercalates prepared at pH 2.5 and 3.8. It is in good agreement with the literature data. Přípravě Kegginova kationu [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ byla věnována pozornost již v pracích mnoha autorů [17]. Právě Johanssonem [1] byla v 60. letech 20. století připravena síranová a selenanová sůl Kegginova kationu. Struktura Kegginova kationu v roztoku se skládá z 12 oktaedricky koordinovaných hliníků a
jednoho tetraedricky koordinovaného hliníku. V roztocích Al-kationtů je však znám i výskyt dalších Al-oxohydroxo kationtů. Tyto kationty mohou být interkalovány do jílových minerálů, což je závislé na hodnotě pH, tedy poměru OH/Al v roztocích 23
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
hlinitých kationtů, avšak názory autorů se poměrně různí [4,6,7].
Důkladněji se této metodě věnovali ve svých pracích De Andrés a kol. [21]. Při tomto způsobu přípravy PILC materiálů je také zaručena lepší difúze interkalovaného kationu Al, či jeho forem, navíc je příprava PILC materiálů ekonomicky méně náročná. Lahav a kol. [22,23] připravili komplexy hydroxidu hliníku z roztoku obsahujícího Al3+ kationty, jehož pH bylo dáno přibližným molárním poměrem OH/Al 2,3. Vaughan a kol. [16] připravili interkalovaný jíl z roztoku obchodního názvu Chlorhydrol (Reheis, USA). K jílové suspenzi byl přidáván roztok Chlorhydrolu. Jacobs a kol. [24] připravili Al-interkaláty metodou dialýzy. K přípravě byla použita suspenze jílu. Po interkalaci všemi uvedenými způsoby byly interkaláty podrobeny procesu pilarování. Prakticky ze všech těchto produktů pilarovaných jílů byly získány materiály s docela podobnými hodnotami specifických povrchů a hodnot mezivrstevních vzdáleností. Dřívější práce, např. Hsue a Batese [14], Brindleyho a Sempelse [8], Ponceleta a Briedleye [15], se zabývaly přípravou pilarovaných jílových minerálů s použitím Al-forem jen na bázi chloridu hlinitého. U takto interkalovaného jílového minerálu chloridem hlinitým bylo dosaženo mezivrstevní hodnoty d001 = 1,45 nm.
Od roku 1970 je znám postup přípravy pilarovaných materiálů. K jílům rozpuštěným ve vodě je přidáván tzv. interkalační roztok (nejčastěji chlorid hlinitý s hydroxidem sodným o daném molárním poměru OH/Al). Nejčastěji bývá připravován roztok o molárním poměru OH/Al 2,5. Jedná se o náročný časový postup, kdy se interkalační činidlo přidává do jílové suspenze (1-2 hm. %) [8]. Následuje promývací krok do negativní reakce na chloridy. Poté je produkt na vzduchu vysušen a podroben hydrotermální kalcinaci, kterou popsali Fetter a kol. [9], jehož účelem je příprava interkalovaného a následně pilarovaného jílového materiálu, označovaného jako PILC materiál. Interkalační či pilarizační roztok, následuje-li kalcinace, lze aplikovat na jíly i o vyšší koncentraci (až do 40 hm. %), což má praktické využití pro průmyslové účely [10-12]. Jsou známy interkalace Al-oxohydroxo kationtů jak do sodných montmorillonitů (typ Wyoming), tak i do montmorillonitů vápenatých (typ Cheto), event. ostatních jílových minerálů (vermikulit) za účelem přípravy nových materiálů (interkalovaných jílových minerálů). Připravené interkaláty se poté pilarují za účelem získání pravidelné porézní struktury [8,13-17].
Hlavní rozdíl u interkalovaných jílů Al-oxohydroxo formami je v expanzi mezivrstevního prostoru na 1,8 nm nebo k menší expanzi na 1,4 nm. Při mezivrstevní vzdálenosti 1,4 nm mohou mít Aloxohydroxo komplexy dvě hydroxylové skupiny navázány na oktaedrickou síť. Obecně je známo, že ve strukturách jílových minerálů smektitického charakteru pilarovaných při teplotách okolo 400 °C na mezivrstevní vzdálenost 1,8 nm [16] je vázán v tetraedrech jeden atom hliníku na 4 atomy kyslíku, nebo i na hydroxylovou vrstvu. Vyšší hodnota bazální vzdálenosti jednotlivých vrstev vrstevnaté struktury nasvědčuje o lepší teplotní stabilitě a vyšší hodnotě specifického povrchu. Interkalované jílové minerály na bázi Al-oxohydroxo kationtů s mezivrstevní vzdáleností okolo 1,4 nm byly připraveny z roztoků obsahujících Al3+ kation, při hodnotě pH 5 nebo mícháním hydroxidu hlinitého se suspenzí jílu [13]. Brosset a kol. [17] s použitím potenciometrické titrace zjistili v roztocích Al-oxohydroxo kationtů jejich různé formy, např. [Al6(OH)15]3+ nebo [Al8(OH)20]4+. Hsu a Bates [14] při narůstající hodnotě pH v roztoku Al-oxohydroxo kationtů stanovili vyšší obsah kationu [Al6(OH)12(H2O)12]6+, který se pravděpodobně vytvořil z bazické jednotky. Na základě výsledků rtg difrakce navrhli Rausch a Bale [25] pro molární poměry OH/Al v rozmezí 1,5-2,5 právě Kegginův kation, který je stabilní při hodnotě pH 4. Tato forma je známa jako Al13-Kegginův kation. Nad hodnotou pH 6,5 již dochází ke srážení a vzniká chlorid hlinitý.
Po interkalaci Kegginova kationu do mezivrství jílového minerálu se připravený interkalovaný materiál podrobuje kalcinaci při 400-500 °C po dobu několika hodin (rovnice 1), který se může následně využít pro sorpční účely, či jako katalyzátor řady organických syntéz [18]. 2 [Al13O4(OH)24(H2O)12]7+ → 13 Al2O3 + 14 H+ + 41 H2O (1) Vzniká pilarovaný materiál (PILC) se strukturou podobnou struktuře zeolitů, který bývá stabilní až do teplot v rozmezí 700-800 °C. Nad touto teplotou již dochází k rozkladu jílových minerálů [19]. Při teplotě cca 450 °C u Kegginova kationu zanikají vazby typu -OH, kterými je vázán tento kation k tetraedrickým sítím ve struktuře jílového minerálu. Tato změna se projeví na difrakčním záznamu poklesem hodnoty maxima difrakce d001 z 1,8-1,9 nm na 1,51,6 nm. PILC materiály se dají připravit i pomocí ultrazvuku. Poprvé takto připravili PILC materiály na bázi Namontmorillonitu Katdare a kol. [20] za laboratorní teploty. Interkalační krok se provádí ultrazvukem za účelem intenzivnější difúze interkalovaného Al kationu, nebo jeho forem, do struktury jílového minerálu. Tento proces, jak bylo zjištěno, je vhodný zejména u přípravy PILC na bázi Ca-montmorillonitů. Fetter a kol. [9,11] připravili PILC i mikrovlnným způsobem. Pro přípravu PILC materiálů tímto způsobem byl použit roztok koncentrace 2,5 mol.l-1 Al až do 50 hm. % suspenze jílu.
Tento článek se věnuje studiu struktury Almontmorillonitů na vzorcích připravených ze sodného montmorillonitu interkalací Al-oxohydroxo kationty. Důraz je kladen zejména na chemické vlastnosti připravených materiálů. Jak je uvedeno v úvodu, názory na strukturu Al-oxohydroxo kationtů interkalovaných 24
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
do jílových minerálů se velmi různí. Cílem tohoto článku je vysvětlení základní otázky za jakých podmínek dochází, či nedochází k interkalaci Kegginova kationu do struktury sodného montmorillonitu SWy-2 v různě kyselém prostředí.
1.
molárním poměru OH/Al 2,5 a HCl (12 hm. %), p.a. (Merci, s.r.o.). Pro přípravu Al-interkalátů byl použit jílový minerál SWy-2 (Na-montmorillonit, Crook County, Wyoming, USA). Jedná se o sodnou formu montmorillonitu, upravenou sedimentací za účelem odstranění křemene ze vzorku o velikosti částic < 5 μm, CEC (kationtová výměnná kapacita) 0,84 meq.g-1, měrný povrch 27,4 m2.g-1, mezivrstevná vzdálenost d001 = 1,21 nm. V tab. 1 je uvedeno chemické složení jílu SWy-2. Krystalochemický vzorec vzorku SWy-2 < 5 μm je: Na0,38K0,04(Ca0,12Mg0,50Fe0,41Al2,90Ti0,01Mn0,01)(Si8)O20( OH)4.
Chemikálie, materiály, přístrojové vybavení a použité metody
1.1 Použité chemikálie a materiály K přípravě interkalátů a úpravě hodnot pH byly použity tyto roztoky připravené z komerčního roztoku Chlorhydrol (Reheis, USA, Al2Cl(OH)5.(2,5 H2O)), o
Tab. 1 Chemická analýza jílu SWy-2 (analytický vzorek) Tab. 1 Chemical analysis of SWy-2 clay (analytical samples)
jíl
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
SWy-2
60,40
0,10
17,68
3,90
CaO
Na2O K2O (hm. %) 0,28 1,47 0,24
MnO
MgO
P2O5
H2O
0,11
2,02
< 0,03
13,35
s dvoubodovou kalibrací na WTW pufry pH 7 a 4. Úpravy hodnot pH byly prováděny za laboratorní teploty.
1.2 Přístrojové vybavení K přípravě a strukturnímu popisu interkalátů na bázi Alpolykationtů-jíl byly použity tyto metody a přístroje.
Stanovení Al3+ kationtů ve filtrátech po interkalaci Aloxohydroxo kationty do SWy-2 bylo provedeno titračně roztokem chelatonu III, podle normy ČSN 72 0109-1: 1984 [27]. Základní postup rozboru silikátů. Stanovení oxidu hlinitého titrační metodou.
Chemické složení jílu SWy-2 bylo stanoveno metodou XRFS na spektrometru Spectro X-LAB (USA). Pro určení hodnot mezirovinných vzdáleností z bazálních difrakčních linií d001 vzorků metodou rentgenové (RTG) práškové difrakce byl použit difraktometr INEL CPS 120 se širokoúhlým (120°) zakřiveným pozičně citlivým detektorem CPS 120 (reflexní mód, monochromatické CuK α záření, Ge monochromátor). Vzorky interkalátů byly měřeny za laboratorní teploty v rotačním držáku (doba měření 2000 s, napětí 35 kV, proud 20 mA). Ke kalibraci přístroje byl použit práškový křemík.
Al a veškeré alkálie v interkalátech byly stanoveny na TraceScan sekvenčním ICP spektrometru s axiální plazmou na pracovišti Unigeo, a.s. v Ostravě-Hrabové (ČR) po rozkladu vzorků (0,25 g) dle upraveného postupu ČSN 72 0101 Základní postup rozborů silikátů, odstavec 7 [28]. Pro přípravu demineralizované vody bylo použito zařízení Aqual® 25 (ČR) s reversní osmózou. Vodivost připravené demineralizované vody byla 0,32 μS/cm a pH 5,93.
Vzorky byly celkem třepány po dobu 18 hodin na laboratorní třepačce Multi-Shaker PSU 20, Biosan, se třemi způsoby třepání: 240 ot./min. orbitálně po dobu 35 s, reciprokálně pod úhlem 180° po dobu 20 s a vibračně pod úhlem 5° po dobu 5 s.
Vzorky byly sušeny v sušárně při 40 °C typu WST 301 MLW (ČR). IČ spektra byla měřena technikou KBr tablet, navážka cca 2-3 mg vzorku s cca 300 mg vysušeného KBr. Směs vzorku a KBr byla následně homogenizována na vibračním mlýnku po dobu 15 s a tableta byla připravena lisováním za vakua. Vzorky byly poté měřeny na IČ spektrometru Nexus 470 FT-IR Thermo Nicolet (USA). Parametry měření: 64 skenů, rozlišení -1 4 cm , apodizace Happ-Genzel. Úpravy naměřených spekter byly tyto: spektrální odečet spektra KBr, automatická korekce základní linie, odstranění valenčních pásů CO2, vztažení spekter na jednotnou navážku 2 mg.
Pro odstředění všech vzorků byla použita laboratorní odstředivka Heinz Janetzki S60 KG (Německo), 2000 ot./min., proud 4 A, doba odstředění 70-80 min. Hodnota výměnné kapacity CEC vzorku SWy-2 byla určena z uvolněných alkálií po výměně NH4+ iontů přes octan amonný v ethanolu (96%) v poměru 1:1 [26]. Alkálie po sycení Al-polykationty při různých hodnotách pH i pro určení CEC byly stanoveny metodou AAS na přístroji VARIAN AA280FS. Úprava hodnot pH byla provedena na pH-metru typu inoLab pH Level 2, WTW GmbH (Německo), 25
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
TG a DSC analýzy interkalátů byly provedeny na přístroji typu Netzsch STA 449C NETZSCH (Německo), hmotnost vzorků byla od 9 do 11 mg. Vzorky byly plynule ohřívány rychlostí 10,0 K/1 min. do 1200 °C v dynamické atmosféře (vzduch, 100,0 ml/min.). Pro měření byly použity kelímky z α-Al2O3.
nepatrně se zvyšuje obsah adsorbovaného Al. V 1. promývacím kroku se nejvíce Al uvolňuje z interkalátu připraveného při pH 2,5 (cca 1,5 mmol.g-1), pak při pH 1,5 a to cca 1 mmol.g-1. Celkové adsorbované množství Al je nejnižší pro interkaláty připravené při pH 1,5 (0,73 mmol.g-1), nejvyšší pak pro interkalát připravený při pH 3,8 (1,88 mmol.g-1), viz obr. 1 a tab. 3. Tato množství adsorbovaného Al jsou v souladu s literaturou [29] a to 1,8 mmol.g-1. Pro interkaláty připravené v rozmezí pH 2,5-3,8 se množství adsorbovaného Al již nemění.
1.3 Použité metody 1.3.1 Příprava interkalovaných jílů K navážkám (3 g) montmorillonitu SWy-2 (paralelní stanovení) v PE lahvích o objemu 250 ml, bylo přidáno 200 ml roztoku Chlorhydrolu molárního poměru OH/Al 2,5 (koncentrace hliníku 60,0 mmol.l-1). Hodnoty pH těchto suspenzí (1,5; 2,5 a 3,8) byly upravovány během sycení cca po 1-1,5 hod. pomocí HCl (12 hm. %) a poté byly suspenze znovu třepány. Interkalace (sycení) roztokem Chlorhydrolu dané koncentrace hliníku byla opakována 3 stejnými objemy Chlorhydrolu. Celkový čas sycení byl 18 hod. Poté byly interkaláty 2 promyty vodou (2 200 ml). Po každém sycení a promytí následovalo odstředění při 3000 ot./min po dobu 7080 minut a ve všech takto získaných roztocích byl Al stanoven chelatometricky [27]. Připravené interkaláty byly následně vysušeny při 40 °C v sušárně a použity na další analýzy. Vzorky byly označeny jako Al-SWy-2 pH 1,5; Al-SWy-2 pH 2,5 a Al-SWy-2 pH 3,8.
Tab. 2 Chemická analýza interkalátů, analytické vzorky Tab. 2 Chemical analysis of intercalates, analytical samples
interkaláty Na Al-SWy-2 pH 1,5 Al-SWy-2 pH 2,5 Al-SWy-2 pH 3,8
obsah prvků (hm. %) K Ca Mg
0,07
0,11
<0,004
0,93
11,06
0,06
0,10
<0,004
0,76
14,52
0,06
0,09
<0,004
0,70
14,20
Na obr. 2 je patrná závislost náboje jednotlivých interkalátů připravených při narůstající hodnotě pH. Náboj kationu z připadající na jeden atom Al je dán podílem CEC původního vzorku SWy-2 (0,84 meq.g-1) a celkového adsorbovaného množství Al v interkalátu v mmol.g-1 (tab. 3). Nejvyšší náboj je v případě interkalátu připraveného při pH 1,5 a to +1,15, nejnižší a nejvíce se přibližující Kegginovu kationu (+0,54, pH cca 4,00) pro interkalát připravený při pH 3,8 a to +0,45. Pro 13 atomů Al má Kegginův kation náboj +7. Pro výše uvedené interkaláty připravené při zvyšujícím se pH je náboj v rozmezí od +1,15 do +0,45. Pravděpodobně již dochází k částečné hydrolýze Kegginova kationu při pH 3,8, jak bylo zjištěno v pracích Bottera a kol. [2] a Akitta [3]. Hodnota pH je navíc nižší než 4,00. Je možné, že bude docházet k interkalaci Kegginova kationu, ale právě nízká hodnota pH způsobí hydrolýzu Kegginova kationu, což se projeví poklesem množství Al.
2. Naměřené výsledky a diskuze 2.1 Výsledky saturace interkalovaných jílů Výsledky saturace ukazují, viz tab. 2, že maximální adsorbovaná množství Al na SWy-2 při zvyšujícím se pH (kyselá oblast) stanovená v interkalátech, se zvyšují vůči obsahu Al v původním vzorku SWy-2 (9,36 % Al, což odpovídá 17,68 % Al2O3, viz tab. 1) v množství od 1,7 do 5,16 %. Množství kationtů alkalických kovů a zemin se u připravených interkalátů při narůstající hodnotě pH při přípravě nemění kromě obsahu Mg, který má klesající charakter (o 0,2 %). Adsorbované množství Al na SWy-2 v závislosti na hodnotách pH se mění následovně: při 1. sytícím kroku narůstá obsah Al v interkalátech připravených při rostoucím pH od 1,45 do 2,37 mmol.g-1. V dalších sytících krocích již pouze
Tab. 3 Celkový adsorbovaný Al z roztoku poměru OH/Al 2,5 na SWy-2 pro různé hodnoty pH Tab. 3 Total adsorbed Al from solution ratio OH/Al 2.5 on SWy-2 for various pH values
sycení interkalát
Al-SWy-2
pH 1,5 a 1,5 b 2,5 a 2,5 b 3,8 a 3,8 b
1. 1,41 1,51 2,58 2,63 2,39 2,35
promytí
2. 0,32 0,27 0,88 0,80 0,12 0,15
Al
3. 0,02 0,03 0,02 0,03 0,00 0,03 26
1. (mmol.g 1,02 1,05 1,49 1,52 0,61 0,65
2.
celkový adsorbovaný Al
-1
) 0,03 0,01 0,02 0,01 0,00 0,02
0,70 0,75 1,97 1,93 1,90 1,86
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
2,2
1,2
2,0 1,8
1,0
náboj z
Al adsorbované
1,6 1,4 1,2 1,0
0,8
0,6
0,8 0,6
0,4
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
ideální náboj Kegginova kationu z = +0,54
4,0
1,0
pH
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
pH Obr. 1 Průměrné adsorbované množství Al na SWy-2 v závislosti na hodnotě pH Fig. 1 Average adsorbed content of aluminium on the SWy-2 depending on the pH value
Obr. 2 Náboj připravených interkalátů v závislosti na hodnotě pH Fig. 2 Charge of prepared intercalates depending on the pH value
než tomu bylo u SWy-2 (oblast B). V oblasti teplot 450750 °C (oblast C), připadající jen dehydroxylaci, je pokles hmotnosti nejvýraznější pro interkalát Al-SWy-2 pH 3,8 (až 23 %). Jak lze zjistit, opět nad teplotou 800 °C jsou změny hmotností u všech interkalátů nepatrné. U interkalátů je však zřetelný posun teplot u dehydroxylace od 450 do 700 °C vůči SWy-2.
2.2 Termická analýza Na obr. 3 jsou znázorněny TG křivky SWy-2 a Alinterkalátů připravených při různých hodnotách pH. Z TG křivky jílového minerálu SWy-2 je patrné, že při teplotě asi 70 °C je výraznější úbytek hmotnosti (o 5 %) vlivem dehydratace jílu (oblast A). V rozmezí teplot 150-600 °C připadající jak dehydrataci, tak dehydroxylaci (oblast B), je úbytek hmotnosti v procentech pro SWy-2 velmi nízký. V rozmezí teplot 600-750 °C odpovídající již dehydroxylaci (oblast C), je opět vidět výrazný pokles hmotnosti (o 4 %). Nad teplotou 800 °C je pokles hmotnosti v procentech již zanedbatelný.
DSC křivky (obr. 4), montmorillonitů vykazují dva (přibližně při 80 a 650 °C), eventuálně tři endotermní efekty. Třetí endotermní efekt je většinou velmi slabý a bývá při teplotách 750-760 °C. Při teplotě 930 °C pozorujeme exotermní efekt, kdy dochází k rozpadu vrstevnaté struktury montmorillonitu a vzniká Al2O3. Al-interkaláty na bázi montmorillonitu mají celkem tři zřetelné endotermní efekty (cca do 100 °C, při 630 a při 740 °C). Po interkalaci Kegginova kationu narůstá množství vody, které se projeví dvěma výraznými endotermními efekty při teplotách 630 a 740 °C [30,31].
Pro interkaláty Al-SWy-2, které byly připraveny při různých hodnotách pH, lze konstatovat, že změna hmotnosti je nejvýraznější do teploty 150 °C (oblast A), která je vyšší než u SWy-2 (o 10-13 %). V oblasti teplot 150-450 °C (oblast dehydratace a dehydroxylace) je vidět mnohem výraznější pokles hmotnosti v procentech 105
85
B
80
C
75
0
1
-2
2
-4
SWy-2 Al-SWy-2 pH 1,5 Al-SWy-2 pH 2,5 Al-SWy-2 pH 3,8
-6
200
400
600
800
1000
0
1200
200
400
2
1
3
0
-1
-2 400
500
600
700
800
900
1000
temperature [°C]
-8 0
3
2 -1
C
A
2 3
DSC [mW.mg ]
TG [%]
90
2 -1
B
95
4
4
SWy-2 Al-SWy-2 pH 1,5 Al-SWy-2 pH 2,5 Al-SWy-2 pH 3,8
DSC [mW.mg ]
A
100
600
800
1000
teplota [°C]
teplota [°C]
Obr. 4 DSC křivky jíly SWy-2 a jeho interkalátů Fig. 4 DSC curves of clay SWy-2 and their intercalates
Obr. 3 TG křivky jílu SWy-2 a jeho interkalátů Fig. 3 TG curves of clay SWy-2 and their intercalates
27
1200
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069 Vlnočty jednotlivých skupin Na-montmorillonitu a Alinterkalátů [32-34] Tab. 5 Wave numbers of individual groups of Na-montmorillonite and Al-intercalates [32-34]
Pöpplem a kol. [31] bylo zjištěno, že teplota dehydroxylace Kegginova kationu je v rozmezí 400500 °C. Pilarované jíly mohou mít takto teplotně posunutý druhý endotermní efekt až o 35 °C níže, stejně jako třetí endotermní efekt, což je jasný signál posunu teplot dehydroxylace, které jsou výsledkem interkalace Kegginova kationu, jak bylo dokázáno v práci Pöppla a kol. [31]. Těmito autory bylo následně přesněji definováno rozhraní pro teplotu dehydratace, které je od 36 do 350 °C a teplotní oblast dehydroxylace od 350 do 800 °C.
Tab. 5
Z DSC křivek je dále vidět, že interkaláty připravené při vyšším pH (2,5 a 3,8), vykazují posun teploty prvního endotermního efektu vůči SWy-2 z 65 na 75 či 90 °C (oblast 1, obr. 4), popřípadě se projeví další nepatrný endotermní efekt při 145 a 175 °C. Důležitý je však teplotní posun druhého (oblast 2, obr. 4) o cca -50 °C a teplotní posun třetího endotermního efektu (oblast 3, obr. 4) o -30 °C. Právě posuny těchto dvou endotermních efektů k nižší teplotě jsou příčinou interkalace Kegginova kationu, jak uvádí Pöppl a kol. [31]. U všech interkalátů byl pozorován také posun teplot k vyšším hodnotám u exotermního efektu při 930 °C (oblast 4, obr. 4). Tab. 4 Endotermní a exotermní efekty jednotlivých vzorků a dané teploty určené z DSC křivek Tab. 4 Endothermic and exothermic effects for individual samples and given temperature determined from DSC curves
označení
vlnočet (cm-1)
popis vibrací
A
3682, 3538 3641, 3334
B
3600-3200
C
1165
D
1125
E
1120
F
1049
G
1035
H
1004
I
935, 921
J
918
K
880
L
849
M
735
N
622, 621, 525, 465
-OH a Al-H2O Al-interkaláty široký pás skupin H-OH Si-O valenční vibrace montmorillonitu Si-Ovrcholový kyslík tetraedru Al-interkaláty valenční vibrace Si-O (montmorillonit) valenční vibrace Si-O (montmorillonit) Si-Obazální kyslík tetraedru Al-interkaláty velmi silná vibrace Si-O vazeb (montmorillonit) Al-OH, Al-interkaláty Si-O valenční vibrace, Al-Al-OH deformační vibrace Al-Mg-OH deformační vibrace Al-OH interkalované montmorillonity Al-O (montmorillonit) Si-O-Si deformační vibrace, spojená skupina Al-O-Si deformační vibrace (montmorillonit)
teplota (°C) vzorky SWy-2 Al-SWy-2 pH 1,5 Al-SWy-2 pH 2,5 Al-SWy-2 pH 3,8
endotermní efekt 65 90 75; 175 75; 145
680; 760 630; 752,5 635; 730 630; 750
exotermní efekt 930 945 930 927,5
V tab. 4 jsou uvedeny jednotlivé tepelné efekty pro SWy-2 a Al-interkaláty, jež doplňují informace k vyhodnocení dat z termické analýzy.
Tichit a kol. [32] zjistili, že pro interkalované montmorillonity s Al13 formou Kegginova kationu byly pozorovány změny v tetraedrech montmorillonitu, které se projeví u pásů při vlnočtech 1125 cm-1 (Si-Ovrcholový kyslík tetraedru - valenční vibrace) a při 1035 cm-1 (Si-Obazální kyslík tetraedru - kombinovaný typ vibrace deformační i valenční), a rovněž i při vlnočtu 935 cm-1 (vibrace typu Al-OH). Změny byly shledány hlavně u intenzit. Co se týče vlnočtu 1125 cm-1 (Si-Ovrcholový kyslík tetraedru) u všech interkalátů nebyl zjištěn posun vlnočtu, a to ani při 1035 cm-1 (Si-Obazální kyslík tetraedru), stejně jako při vlnočtu 935 cm-1 (Al-OH vibrace). Pouze došlo ke změně hodnot intenzit uvedených pásů, které jsou nižší.
Interkalované materiály mají ve srovnání z původním jílovým minerálem vysoké množství fyzikálně adsorbované vody a také vody vázané ve struktuře a uvolněné po dehydroxylaci. Nárůst obsahu vody během dehydratace je sledován velkou hydratací Kegginova kationu. V případě dehydroxylace je výsledkem pravděpodobně ztráta -OH- skupin v Kegginově kationu. Množství dehydroxylační vody má narůstající charakter se zvyšující se hodnotou pH u jednotlivých interkalátů.
Nepatrné změny posunu pásů (posun vlnočtů) byly zjištěny u všech Al-interkalátů při 710 cm-1, a to posun pásu k vlnočtu 735 cm-1 (Al-O vibrace montmorillonitu), stejně jako změny intenzit u pásů při vlnočtech 849 a 921 cm-1 (vibrace montmorillonitu). Kloprogge a kol. [34] rovněž pozorovali tyto změny, především vyšší intenzity pásů Al-OH vibrací při 921 a 849 cm-1 pro Al-interkaláty na bázi montmorillonitu. Interkalované montmorillonity s Al13 formou mají
2.3 Infračervená spektroskopie Na obr. 5 jsou znázorněna IČ spektra vzorku SWy-2 a interkalovaných Al-SWy-2 vzorků připravených při pH 1,5; 2,5 a 3,8. Popis jednotlivých vlnočtů je také uveden v tab. 5.
28
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
valenční pásy -OH v Al-OH skupině při vlnočtech 3682 a 3538 cm-1 a -OH valenční vibrace pak ve skupině AlH2O při vlnočtech 3641 a 3334 cm-1, kde dochází ke změně intenzit, jak bylo zjištěno i Brydonem a Kodamou [33]. Bylo pozorováno rozšíření pásu při vlnočtu 3641 a 3334 cm-1, což je v souladu s výskytem Kegginova kationu v mezivrství, popř. jeho hydrolyzovaných forem. Právě rozšíření pásů v těchto popsaných oblastech, navíc i při 1125 a 1035 cm-1, bylo zjištěno také u interkalátů, nejvíce však pro interkalát Al-SWy-2 pH 3,8 [33]. Největší změny (posun vlnočtů a zvýšení, či snížení intenzit) byly u IČ spekter pozorovány právě pro interkalát při pH 3,8. Uvedené závěry plně souhlasí s daty termické analýzy, kde byly také nalezeny nejvýraznější změny pro tento interkalát hlavně v oblasti obsahu vod. Ostatní změny pro interkaláty u Si-O vazeb, připadajících montmorillonitu při 467 a 523 cm-1, nebyly tak výrazné.
RTG práškové difrakce bylo autory [16,35,36] zjištěno, že u pilarovaných montmorillonitů, saponitů a hektoritů po sorpci Al13 kationu se hodnota mezivrstevní vzdálenosti pohybuje v rozmezí 1,70-1,85 nm. Například Wolters a Emmerich [19] zjistili po interkalaci Kegginovým kationem hodnotu d001 1,81,9 nm, avšak vlivem pilarování tato hodnota poklesla na 1,5-1,6 nm. Dá se tedy konstatovat, že interkaláty připravené při pH 2,5 a 3,8 budou obsahovat Kegginův kation, viz d001 při 450 °C. Při interkalaci bude v mezivrství jak Kegginův kation, tak i jeho hydrolyzované formy. Tab. 6 Tab. 6
Hodnoty mezirovinných vzdáleností d001 z rtg difrakce. X-ray diffraction - d001 interlayer spaces for prepared materials
vzorky
2.4 RTG prášková difrakce interkalátů
d001 (nm) 40 110 450
teplota ohřevu
Touto metodou byly doplněny informace o změnách mezivrství po interkalaci Al-oxohydroxo kationtů do SWy-2 v kyselé oblasti pH. Z tab. 6 a obr. 6 plyne skutečnost, při rostoucím pH dochází u interkalátů k rozšíření mezivrství z hodnoty 1,21 na 1,66 nm. Při ohřevu interkalátů na 110 °C (4 hod.) se zvýší mezivrstevní vzdálenost z 1,06 na 1,71 nm a při kalcinaci (450 °C/4 hod.) z 0,95 na 1,72 nm. Metodou
SWy-2 Al-SWy-2 pH 1,5 Al-SWy-2 pH 2,5 Al-SWy-2 pH 3,8
A A A
(°C) 1,21 1,51 1,66 1,66
1,06 1,23 1,64 1,71
0,95 1,45 1,72 1,72
C,D,E,F,G M
Al-SWy-2 pH 3,8
K,L N
H absorbance
Al-SWy-2 pH 2,5 Al-SWy-2 pH 1,5
B SWy-2 vlnočet [cm-1] Obr. 5 IČ spektra SWy-2 a jeho interkalátů, vztaženo na navážku 2 mg Fig. 5 IR spectra of SWy-2 and its intercalates, calculated for the weight of 2 mg
29
I,J
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
1,66 nm
Al-SWy-2 Al-SWy-2pH pH3,8 3,8 Al-SWy-2 Al-SWy-2pH pH2,5 2,5
intenzita
1,51 nm 1,21 nm
Al-SWy-2 pH 1,5 Al-SWy-2 pH 1,5 SWy-2 SWy-2
°2Θ/CuKα Obr. 6 RTG difrakční záznamy SWy-2 a Al-interkalátů připravených pro různá pH při 40 °C Fig. 6 X-ray diffraction patterns SWy-2 and Al-intercalates prepared for different pH values at 40 °C
se zvyšuje množství Al lineárně, přičemž nejnižší obsah Al je pro Al-interkalát připravený při pH 1,5, kde dochází pravděpodobně již k rozpadu jílového materiálu vlivem nízké hodnoty pH, což se projeví i nízkou hodnotou d001.
2,0
Al-SWy-2 a Al-SWy-2 b 1,8
pH 2,5 pH 3,8
d001
1,6
1,4
Obr. 8 znázorňuje změnu d001 hodnot Al-interkalátů při různých hodnotách pH během jejich přípravy. Hodnoty d001 se nemění již od pH 2,5.
pH 1,5
1,2
Závěr 1,0 0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
V článku byla studována interkalace Al-oxohydroxo kationtů v kyselém prostředí do struktury jílového minerálu montmorillonitu (SWy-2) a následně pak věnována pozornost struktuře těchto připravených Alinterkalátů. K interkalaci byl použit roztok Chlorhydrolu molárního poměru OH/Al 2,5 z různě kyselého prostředí (pH 1,5; 2,5 a 3,8). Roztok Chlorhydrolu pro přípravu Al-interkalátů, včetně podrobného popisu struktury těchto interkalátů, nebyl dosud takto souhrnně studován. Na základě analýz bylo zjištěno, že nejvyšší adsorbované množství Al u Alinterkalátů bylo dosaženo v rozmezí pH 2,5-3,8 (cca 2 mmol.g-1). Při hodnotě pH 1,5 je adsorbované množství Al asi o polovinu nižší. Náboj kationu připadající na jeden atom Al, který byl vypočten, klesá při narůstající hodnotě pH z hodnoty +1,15 na +0,45, přičemž ideální Kegginův kation má náboj +0,54. Dochází tedy nejen k interkalaci tohoto kationu, ale také hlavně jeho hydrolyzovaných forem. Z DSC analýz Alinterkalátů byly zjištěny tři endotermní efekty (75-100; 630 a 730 °C). Při interkalaci dochází i ke zvýšení obsahu vody obsažené v interkalátech. Byl dokázán rovněž teplotní posun dvou endotermních efektů u Alinterkalátů. Ve srovnání s původním SWy-2 byly největší posuny pozorovány u interkalátu připraveného při pH 3,8 a to o -50 °C při cca 650 °C a o -30 °C při
-1
Aladsorbované [mmol.g ] Obr. 7 Fig. 7
Hodnoty mezivrstevné vzdálenosti d001 v závislosti na adsorbovaném Al u interkalátů X-ray interlayer distance d001 depending on the adsorbed aluminium for intercalates 2,0
Al-SWy-2 a Al-SWy-2 b
1,8
d001
1,6
1,4
pH 2,5
pH 3,8
pH 1,5
1,2
1,0 1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
pH Hodnoty mezivrstevní vzdálenosti d001 v závislosti na hodnotě pH u interkalátů Fig. 8 X-ray interlayer distance d001 depending on the pH value for intercalates Obr. 8
Na obr. 7 lze vidět závislost d001 hodnot Al-interkalátů na adsorbovaném množství Al. S rostoucí hodnotou pH 30
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods
cca 745 °C. U všech IČ spekter Al-interkalátů bylo pozorováno především rozšíření pásů připadající vibracím Si-Ovrcholový kyslík a bazální kyslík tetraedru vazeb, které jsou dokladem interkalace Kegginova kationu. Metodou RTG práškové difrakce bylo zjištěno rozšíření mezivrství u Al-interkalátů z 1,21 (SWy-2) na 1,51 nm (Al-SWy-2 pH 1,5) a 1,66 nm (Al-SWy-2 pH 2,5 a 3,8). Pilarováním Al-interkalátů při 450 °C došlo ke zvýšení mezivrstevné vzdálenosti u Al-interkalátů připravených při pH 2,5 a 3,8 na 1,72 nm, což je důkazem interkalace Kegginova kationu do mezivrství SWy-2. Ve srovnání s dosud publikovanými poznatky bylo zjištěno širší rozmezí pH, ve kterém se vyskytovaly formy Kegginova kationu a zejména jeho hydrolyzovaných forem.
[10] AOUAD, A., MANDALIA, T., BERGAYA, F. A novel method of Al-pillared montmorillonite preparation for potential industrial upscaling. Applied Clay Science, 2005, 28, pp. 175–182. [11] FETTER, G., HEREDIA, G., VELAZQUEZ, L.A., MAUBERT, A.M., BOSCH, P. Synthesis of aluminium-pillared montmorillonites using highly concentrated clay suspensions. Applied Catalysis A: General, 1997, 162, pp. 41–45. [12] SALERNO, P., MENDIOROZ, S. Preparation of Al-pillared montmorillonite from concentrated dispersions. Applied Clay Science, 2002, 22, pp. 115–123. [13] PLEE, D., BORG., F., GATINEAU, L., FRIPIAT, J.J. J. Am. Chem. Soc., 1985, 107, pp. 2362–2369. [14] HSU, P.H., BATES, T.F. Clays Clay Miner., 1968, 16, 303. [15] PONCELET, G., BRINDLEY G.W. Am. Minerals, 1967, 52, 1161. [16] VAUGHAN, D.E.W., LUSSIER, R.J. „Proceedings of the International Conference on Zeolithes, 5th”. 1980, Rees, L. V., Ed, Hezden: London, p. 94.
Výsledkem studia je rovněž zjištění, že z časových důvodů k přípravě Al-interkalátů je vhodnější roztok Chlorhydrolu než jsou dosud používané interkalační roztoky, které je nutno připravit pomalou titrací AlCl3 pomocí NaOH.
[17] BROSSET, C., BIEDERMANN, G., SILLEN, L.G. Acta Chem. Scand., 1954, 8, pp. 1917–1926. [18] GIL, A., GANDIA, L.M., VICENTE, M.A. Recent advances in the synthesis and catalytic applications of pillared clays. Catalyst Reviews, 2000, 42, 1, pp. 145–212. [19] WOLTERS, F., EMMERICH, K. Thermal reactions of smectitesRelation of dehydroxylation temperature to octahedral structure. Thermochimica Acta, 2007, 462, Issues 1-2, pp. 80–88.
Roztok Chlorhydrolu pro interkalaci je vhodný, jelikož příprava Al-interkalátů potřebuje méně času, než interkalační roztoky připravené titrací AlCl3 pomocí NaOH. Poděkování Autoři článku děkují za institucionální podporu Regionálnímu materiálově technologickému výzkumnému centru (RMTVC) a to projektu č. CZ.1.05/2.1.00/01.0040 a též projektu Specifického výzkumu SP 2012/29.
[20] KATDARE, S.P., RAMASWAMY, V., RAMASWAMY, A.V. Intercalation of Al oligomers into Ca2+-montmorillonite using ultrasonics. Journal of Material Chemistry, 1997, 7, 11, pp. 2197– 2199. [21] DE ANDRÉS, A.M., MERINO, J., GALVÁN, J.C., HITZKY, E.R. Synthesis of pillared clays assisted by microwaves. Materials Research Bulletin, 1999, 34, 4, pp. 641–651. [22] LAHAV, N., SHANI, U.J., SHABTAI, J. Clays Clay Miner., 1978, 26, 107. [23] LAHAV, N., SHANI, U.J. Clays Clay Miner., 1978, 26, 116.
Literatura
[24] JACOBS, P., PONCELET, G., SCHUTZ, A. Fr. Pat. 2512043, 1982.
[1] JOHANSSON, G. On the Crystal Structure of Some Basic Aluminium salts. Acta Chem. Scand., 1960, 14, 771.
[25] RAUSCH, W., BALE, H.D. J. Chem. Phys., 1964, 40, 3891. [26] MADEJOVÁ, J., KOMADEL, P. FTIR techniques in clay mineral studies. Clays and Clay Minerals, 2001, 49, 5, pp. 410–432.
[2] BOTTERO, J.Y., CASES, J.M., FIESSINGER, F., POIRIER, J.E. Studies of Hydrolyzed Aluminium Chloride Solutions. 1. Nature of Aluminium Species and Composition of Aqueous Solutions. J. Phys. Chem., 1980, 84, 2933.
[27] NORMA ČSN 72 0109-1: 1984. Základní postup rozboru silikátů. Stanovení oxidu hlinitého titrační metodou. [28] NORMA ČSN 72 0101: 1984. Základní postup rozborů silikátů, odstavec 7.
[3] AKITT, J.W. Multinuclear Studies of Aluminium Compounds. Prog. Nuc. Magn. Reson. Spectr., 1989, 21, 1.
[29] ALTUNLU, M., YAPAR, S. Effect of OH-/Al3+ and Al3+/clay ratios on the adsorption properties of Al-pillared bentonites. Colloid and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2007, 306, 1-3, pp. 88– 94.
[4] ČAPKOVÁ, P., DRIESSEN, R.A.J., NUMAN, M., SCHENK, H., WEISS, Z., KLIKA, Z. Molecular simulations of montmorillonite intercalated with aluminium complex cations; Part I, Intercalation with [Al13O4(OH)(24+x)(H2O)(12-x)]((7-x)+). Clays and Clay minerals, 1998, Vol. 46, No. 2, pp. 232–239.
[30] EMREOL, M. Adsorption properties of Al-pillared bentonites synthetized by microwave method. Master of Science Thesis, 2007, Ege university, Bornova Izmir, Turkey, 76 pages.
[5] ČAPKOVÁ, P., DRIESSEN, R.A.J., NUMAN, M., SCHENK, H., WEISS, Z., KLIKA, Z. Molecular simulations of montmorillonite intercalated with aluminium complex cations; Part II, Intercalation with Al(OH)3–fragment polymers. Clays and Clay minerals, 1998, Vol. 46, No. 2, pp. 240–244.
[31] PÖPPL, L., TÖTH, M., PASZLI, I., IZVEKOV, V., GABOR, M. Synthesis and characterizations of hydroxy-aluminium cross-linked montmorillonite. Journal of Thermal Analysis, 1998, 53, pp. 585–596.
[6] SCHOONHEYDT, R.A. Smectite-type clay minerals as nanomaterials. Clays and Clay minerals, 2002, Vol. 50, No. 6, pp. 411–420.
[32] TICHIT, D., FAJULA, F., FIGUERAS, F., DUCOURANT, B., MASCHERPA, G., GUEGUEN, C., BOUSQUET, J. Clays Clay Miner., 1988, 36, 369.
[7] SCHOONHEYDT, R.A., PINNAVAIA, T., LAGALY, G., GANGAS, N. Pillared clays and pillared layered solids. Pure Appl. Chem., 1999, Vol. 71, No. 12, pp. 2367–2371.
[33] BRYDON, J.E., KODAMA, H. Am. Miner., 1966, 51, 875.
[8] BRINDLEY, G.W., SEMPELS, R.E. Preparation and properties of some hydroxy-aluminium beidellites. Clay Minerals, 1977, 12, pp. 229–237.
[35] KLOPROGGE, J.T., FRY, R., FROST, R.L. Journal of Catalysis, 1999, 184, pp. 157–171.
[34] KLOPROGGE, J.T., BOOIJ, E., JANSEN, J.B.H., GEUS, J.W. Clay Miner., 1994, 29, 153.
[36] KHALAF, H., BOURAS, O., PERRICHON, O.V. Synthesis and characterisation or Al-pillared and cationic surfactant modified Algerian bentonite. Microporous Materials, 1997, 8, pp. 141–150.
[9] FETTER, G., HEREDIA, G., MAUBERT, A.M., BOSCH, P. Journal of Material Chemistry, 1996, 6, 11, 1857–1858.
Recenze: RNDr. Marta Valášková, DrSc. 31
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
počítačová simulace, výpočetní metody Numerická simulace a optimalizace charakteru tuhnutí a pásmových vycezenin v ocelovém odlitku nosného kruhu Numerical Modeling and Optimization of Thermal Behavior and A-segregates in a Load-carrying Steel Ring Casting Ing. Petr Kotas, Ph.D., prof. Jesper Henri Hattel, Ph.D., Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark Kgs. Lyngby, Denmark, Ing. Zdeněk Carbol, Vítkovice Heavy Machinery, a.s., Ostrava V tomto příspěvku jsou prezentovány výsledky a poznatky získané ze simulací a následné více-cílové numerické optimalizace gravitačně litého ocelového odlitku nosného kruhu. Hlavním cílem bylo poukázat na možnosti, které nabízí spojení klasické numerické analýzy s optimalizační metodou založenou na genetických algoritmech. V tomto projektu jsou zároveň prezentovány přínosy teplotních kritérií pro simulaci a následnou numerickou optimalizaci výskytu pásmových A-vycezenin. Jedno konkrétní kritérium bylo použito a integrováno do komerčního simulačního softwaru MAGMAsoft. Toto kritérium poté slouží k predikci výskytu a velikosti pásmových A-vycezenin uvnitř masivního ocelového odlitku nosného kruhu. Experimentálně získaná data ze slévárny zde slouží k validaci daného kritéria a ke stanovení kritické hodnoty výskytu vycezenin pro konkrétní slitinu. Původní technologický návrh je následně podroben numerické optimalizaci v nádstavbovém modulu MAGMAfrontier, kde jsou hledány nejoptimálnější tvary a velikosti horního celo-obvodového nálitku, bočních a spodních chladičů, za pomoci již zmíněných genetických algoritmů. Cílem optimalizace je pak nastolit v odlitku usměrněný a progresivní charakter tuhnutí směrem k hornímu nálitku, díky němuž budou eliminovány vady nacházející se v původní technologii nosného kruhu. In this paper, results and findings obtained from a numerical analysis coupled with a subsequent autonomous optimization technique are presented. The aim has been to show the major benefits of this coupling between a standard fluid flow/ thermal analysis of a given casting layout and a fully automated optimization based on genetic algorithms. Next, a methodology on how to exploit thermal criteria for modeling and optimizing, i.e. minimizing the formation of A-segregates is presented. One specific thermal criterion has been incorporated into a transient 3D thermal fluid model inside a commercial simulation software package MAGMAsoft. It is then used for predicting the presence and magnitude of A-segregates inside a large steel load-carrying ring. The experimental data obtained from a manufacturing foundry serve to establish the basic validity of the given criterion and to evaluate the critical value for A-segregate initiation for one alloy composition. Based on the initial casting process assessment, multiobjective optimization of the solidification pattern of the considered steel part followed using the add-on optimization module MAGMAfrontier. This is a multi-objective optimization problem, where unknown optimal shapes and sizes of the top riser and chills are sought using genetic algorithms to establish a better solidification pattern and thermal conditions inside the steel load-carrying ring, which would eliminate the likelihood of centerline porosity and A-segregates while simultaneously considering their impact on centerline porosity, the macrosegregation pattern. In the optimization problem, the dimensions of the top riser and the chills were prescribed as design variables together with the allowed ranges of variation. After optimization, one solution was selected from the design space. The new shapes of the top riser and the new chill arrangement led to significant improvements in the solidification pattern of the selected optimized solution. More pronounced cooling established favorable temperature gradients and induced progressive and directional solidification not only in the problematic area, but also in the entire casting. As a result of steeper thermal gradients, the mushy zone was decreased and its permeability was lowered, imposing higher resistance for liquid–solid movement and for potential channel segregation. 32
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Limitací všech simulačních nástrojů je skutečnost, že analyzují pouze daný stav technologického návrhu a samy o sobě nedokáží technologovi poradit, co zlepšit nebo jakým směrem se vydat, aby daného zlepšení dosáhl. Výhodou by bylo, kdyby počítač dokázal zcela automaticky vyhodnotit odsimulované varianty s ohledem na předem stanovené cíle, (např. minimum staženin), následně by sám vytvořil nové lepší varianty a zanalyzoval je stejným způsobem, aby bylo dosaženo optimálního řešení daného problému. Spojením nástroje pro numerickou simulaci s optimalizačními algoritmy tak dojde k vytvoření plně automatizovaného optimalizačního nástroje, který dokáže najít a kvantifikovat optimální hodnoty proměnných stanovených uživatelem a tím optimalizovat daný slévárenský proces vzhledem k předem určeným cílům.
celoobvodového nálitku, počet dělicích jader a veškeré tvary a objemy chladítek včetně chladicí desky, která byla nově umístěna pod odlitkem. Na základě uživatelsky zadaných proměnných bylo automaticky vygenerováno 100 možných technologických variant. Následně, za pomoci zmíněných evolučních algoritmů, bylo automaticky vytvořeno, prověřeno a zanalyzováno 3000 nových technologických návrhů – bez jakéhokoliv zásahu uživatele. Sám optimalizační modul z tohoto celkového množství variant vybral 10 kandidátů, kteří nejlépe splňovali stanovené optimalizační cíle. Těchto deset variant bylo porovnáno s dalšími kritérii důležitými z hlediska celkové kvality odlitku. Na základě tohoto porovnání byly z původních deseti technologických návrhů vybrány tři. Ty byly poté detailně zanalyzovány a z nich byl vybrán optimální. Optimalizovaný návrh byl porovnán s původní technologií v simulačním programu a výsledky výpočtů byly prezentovány zadavateli projektu.
Základním kamenem numerické optimalizace, která je zde použita, jsou tzv. genetické algoritmy [1], fungující na principu evoluce, (tzn. přirozené selekce, mutace, křížení daných jedinců a principu, že přežije ten nejsilnější jedinec, tedy technologický návrh, který nejlépe splňuje optimalizační cíle). Následně jsou optimalizačním programem vybrány a zvýrazněny nejlepší technologické návrhy, aby se uživatel nemusel osobně sám zabývat vyhodnocováním velkého množství technologických variant.
1.
Popis optimalizačního modulu
MAGMAfrontier je nástroj založen na genetických algoritmech. Umožňuje plně automatickou počítačovou optimalizaci procesních podmínek, výrobních parametrů a technologií všech typů slévárenských procesů. Mimo jiné lze optimalizovat následující [5]: Optimalizace geometrie - minimalizace staženin, ředin a jiných vad díky vhodnému nadimenzování nálitků, chladítek a vtokových soustav. Procesní optimalizace - minimalizace tepelného namáhání ocelových forem díky optimalizovanému systému chlazení, času otevření forem a vhodnému postřiku. Stanovení vhodného času pro vytlučení odlitků z pískové formy. Optimalizace plnění dutin forem díky vhodné geometrii vtokových soustav, minimalizace teplotních rozdílů během plnění. Optimalizace napětí a deformací - minimalizace deformací, zbytkových pnutí, trhlin a praskllin. Inverzní optimalizace - určení termo-fyzikálních vlastností pískových směsí, izolačních obkladů na základě experimentálně změřených dat, což vede ke zpřesnění numerických simulací, jelikož vlastnosti pískových směsí v simulaci přesně odpovídají směsím, které používá daná slévárna.
Při použití evolučních algoritmů lze řešit vícecílové problémy, kde se stanovené cíle i navzájem vylučují, například minimalizace velikosti nálitků vs. minimalizace staženin. Navíc, optimalizační proměnné mohou mít diskrétní hodnoty. Při použití vícejádrových pracovních stanic, či serverů, lze celý optimalizační proces paralelizovat a tak zkrátit výpočetní čas. Detailnější popis výše zmíněných optimalizačních metod uvádí literatura [1-4]. Projekt, který je zde představen, byl realizován v rámci spolupráce mezi Dánskou Technickou Univerzitou a firmou Vítkovice Heavy Machinery, a.s. Cílem bylo provést analýzu s následnou numerickou optimalizací technologie gravitačně litého odlitku nosného kruhu s ohledem na lepší využití tekutého kovu, charakter tuhnutí a minimalizaci vyskytujících se vad. Původní technologický návrh způsobil vznik nepřípustných vad typu ředin a pásmových vycezenin typu A uvnitř odlitku, což vedlo ke zmetkování daného kusu. Proto byla tato problémová technologie podrobena numerické optimalizaci v optimalizačním modulu MAGMAfrontier [5], který využívá výše popsané genetické evoluční algoritmy.
2.
Numerický model
Simulace licího cyklu, tuhnutí, chladnutí daného odlitku a jeho následná optimalizace byly provedeny v simulačním programu MAGMAsoft [6]. Ve zkratce by se dala simulace plnění a tuhnutí popsat takto: Během plnění je rychlostní pole získáno řešením zákona zachování hybnosti (Newtonův 2. Zákon ve 3D), viz rovnice (1) a (2) a rovnice kontinuity (zákon zachování hmotnosti, viz rovnice (3), a to za předpokladu, že se jedná o nestlačitelné (ρ = konst.) a Newtonské kapaliny. Vše pak je formulováno dle odkazu [7]:
Před samotnou optimalizací bylo nutné si stanovit optimalizační cíle. Snahou bylo najít optimální tvar nálitku pro lepší využití tekutého kovu, a zároveň optimální tvary a umístění chladičů pro minimalizaci výše zmíněných vad. Poté bylo nezbytné určit, jaké parametry budou modifikovány (optimalizační proměnné), aby numerický optimalizátor mohl splnit stanovené cíle. Bylo rozhodnuto měnit tvar 33
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
ji, j pi ui (u j ui , j )
(1)
ij ij p (ui , j u j ,i )
(2)
ui ,i 0
(3)
furanovou pryskyřicí. Horní celoobvodový nálitek obsahoval šest dělicích jader, která následně usnadňovala upalování nálitku. Nálitek byl jak na vnitřním, tak i na vnějším obvodu opatřen izolací z cihel. Po nalití byla hladina ošetřena exotermickým zásypem, který byl po svém vyhoření překryt izolačním zásypem. Původní technologie byla plněna tangenciálně spodem, což je obecně považováno za nejlepší způsob, jak se vyhnout desintegraci a následné oxidaci taveniny během plnění [8]. Licí teplota byla 1540°C. Čas plnění do jedné třetiny nálitku byl 180 s.
kde σ je komponent vnějšího napětí (normálové nebo smykové), p je tlak, ρ je hustota kapaliny a u jsou komponenty rychlosti. Uvedený matematický popis je ve spojení se zákonem zachování energie, včetně členů popisujících proudění pro získání teplotních polí během plnění [7], viz rovnice (4): (4)
Celkem byly použity čtyři pánve. Po dvou hodinách následovalo dolití nálitku, což představovalo zhruba 40 tun kovu, pro zvýšení teplotního gradientu a nastolení usměrněného tuhnutí směrem k nálitku. K tomuto účelu byla použita separátní vtoková soustava.
c pT ui ( c pT ),i (kT,i ),i Q
.
kde ρ je hustota kapaliny, cp je měrné teplo, T je změna teploty, u je komponent rychlosti, k je tepelná vodivost aQ je komponent charakterizující vnitřní generování tepla. Plnění je potom následováno analýzou tuhnutí, ve které je zákon zachování energie ve formě rovnice (4) v podstatě řešen znovu, ale již v kombinaci s uvolněním latentního tepla.
Pro zintenzivnění tuhnutí odlitku byla použita ocelová chladítka jak na vnitřním, tak na vnějším obvodu odlitku. Tato chladítka se nacházela 25-30 mm ve stěně formy. Bezkontaktní chladítka byla použita pro zamezení rizika vzniku povrchových trhlin, ale na druhou stranu měla horší chladící účinek. To v praxi znamenalo, že začala chladit přibližně po 90 min. po odlití. Dno odlitku nebylo chlazeno kvůli umístění vtokové soustavy.
Je třeba zdůraznit, že během tuhnutí, člen popisující proudění v rovnici (4) – druhý člen zleva, reprezentuje přirozenou tepelnou konvekci uvnitř taveniny a dvoufázového pásma. Z toho vyplývá, že tepelná konvekce může mít značný vliv na teplotní pole během tuhnutí, zvlášť takto velkých odlitků, jako je uvažovaný nosný kruh. V rámci numerické analýzy jsou všechny parciální diferenciální rovnice (1-4) řešeny provázaně, jak při plnění, tak během následného tuhnutí. Tím je tepelná konvekce u simulace tuhnutí brána v potaz. Během numerické optimalizace je tepelná konvekce zanedbána, a tudíž je řešena pouze zkrácená verze rovnice (4) bez členu ui(ρcpT),i, viz rovnice (5):
c pT (kT,i ) ,i Q
Obr. 1 Původní technologický návrh nosného kruhu, který byl podroben numerické optimalizaci. Písmena A, B, C indikují skupiny geometrických proměnných pro následnou optimalizaci. Nálitek je značen zeleně, dělící jádra žlutě, chladítka světle modře, vtoková soustava hnědě a samotný odlitek šedě. Fig. 1 The original layout of the steel ring which was subsequently subjected to optimization. Characters A, B, C indicate groups of design variables for the subsequent optimization. The top riser is green, the casting is grey, the gating system is brown, cores are yellow and chills are light blue.
(5)
což vede ke zjednodušení daného problému a ke značnému zkrácení celkového času optimalizačního výpočtu. Jak bude ukázáno v následujícím textu, tento zjednodušený postup přesto stále ukazuje správné tendence a trendy, a to do takové míry, že může být nalezeno optimální řešení k danému technologickému problému.
3.
4.
Nastavení numerických simulací
Výpočetní numerická síť pro samotný odlitek nosného kruhu byla tvořena přibližně 1,8 miliony kontrolních elementů pro detailní zachycení všech geometrických tvarů a tím pro zpřesnění výpočtu. Písková forma včetně jádra byla tvořena 20 000 000 kontrolními elementy.
Popis analyzovaného odlitku
V tomto projektu byl řešen ocelový odlitek nosného kruhu, viz obr. 1, vážící 246 tun, (maximální výška = 2175 mm, měřeno od spodu kruhu až po povrch nálitku, maximální průměr = 7909 mm, měřeno na povrchu nálitku), odlitého z nízko-uhlíkové oceli DIN 1.1165, a zaformovaného do křemičité pískové směsi pojené
Teplotně závislé termo-fyzikální vlastnosti všech uvažovaných materiálů byly získány z integrované databáze použitého simulačního programu. I když je obecně známo, že pro simulaci lití do pískových forem se mohou použít konstantní 34
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
koeficienty přestupu tepla mezi jednotlivými materiály, pro zpřesnění simulace byly použity koeficienty závislé na teplotě.
zůstanou zachovány, aby se nemusel přepracovávat dřevěný model, a pouze se bude optimalizovat počet (mezi 4 až 20 jádry) a tloušťka dělicích jader v nálitku. Tím by mělo dojít ke snížení hmotnosti tekuté fáze, bez zbytečných nákladů na nový model. Navíc, větší počet dělicích jader ulehčí proces upalování nálitku a dojde k dalšímu snížení nákladů na energii a práci. Nevýhodou pískových dělicích jader, pokud je jejich objem příliš velký, je fakt, že se pod nimi často nacházejí drobné staženiny, což ale optimalizátor bere v potaz.
Pro takto hmotné a tlustostěnné odlitky většinou platí, že plnění neovlivní rozložení teplotních polí v odlitku. Proto byl vliv doby plnění zanedbán a tím značně zkrácena doba výpočtu. Plnění bylo simulováno pouze pro původní a finálovou optimalizovanou technologii nosného kruhu. Samozřejmě, pokud by se jednalo o velký, ale tenkostěnný odlitek, plnění by bylo simulováno bez jakékoliv diskuse.
Celkově bylo definováno 11 nezávislých geometrických proměnných (tj. to, co se bude měnit během optimalizace), viz obr. 1. Skupina A zahrnovala počet a tloušťku dělicích jader v nálitku. Skupina B zahrnovala výšku a tloušťky jednotlivých segmentů vnějších chladičů. Skupina C pak zahrnovala tloušťky a výšku vnitřních chladičů a tloušťku spodní chladicí desky.
Díky rotační symetrii odlitku bylo možno v optimalizačních výpočtech počítat pouze s jednou polovinou odlitku. Program potom uvažuje symetrii na ploše odlitku, kterou prochází virtuální dělicí řez. To znamená, že podle tzv. adiabatické okrajové podmínky [6] v dané dělicí ploše nedochází k žádnému přenosu tepla, ani hmoty. Tento řez bylo možné udělat pouze za předpokladu, že plnění není simulováno, čili pouze během optimalizace. Při simulaci původního a optimalizovaného návrhu byla kvůli simulaci plnění uvažována celá geometrie nosného kruhu.
Každá z proměnných byla držena v určitých mezích pro zamezení vzniku v praxi nepoužitelných tvarů a technologických návrhů nálitku a chladítek. Takto definovaná numerická optimalizace je uvnitř optimalizátoru matematicky popsána následovně:
Kritérium pro predikci pásmových vycezenin bylo vyhodnocováno při specifické teplotě, která je definována jako Tliq – 0.2*(Tliq – Tsol). Při této teplotě je uvažováno, že podíl tuhé fáze ve dvoufázovém pásmu dosahuje 30 - 40 % celkového objemu, což je hodnota, při které se nejčastěji začínají formovat pásmové vycezeniny. Více informací k použitému kritériu zde nemůže být sděleno, dokud nebudou zveřejněny daným časopisem [9, 10].
5.
Minimalizuj
f1(x) = hodnota kritéria pro predikci ředin
Minimalizuj
f2(x) = hodnota kritéria pro výskyt pásmových vycezenin
Odstraň návrhy kde Použij proměnné
Staženiny( x) 0% g x V pvodního nálitku Vnového
( x ) 0 nálitku
A1-2, B1-4, C1-5
První skupina, takzvaná první generace technologických variant, čítala 100 členů. Těmito členy jsou různé technologické návrhy, které optimalizátor sám vygeneroval na základě kombinací námi definovaných proměnných. Jsou to tedy různé, ale ne náhodné kombinace proměnných. K jejich vygenerování byla použita statistická metoda Sobol [11], která se snaží vybrat takové varianty, aby bylo co nejlépe pokryto celé pole všech možných kombinací.
Definování numerické optimalizace
Cílem numerické optimalizace bylo najít nejvhodnější tvar a velikost celoobvodového nálitku, dále pak tvary a umístění bezkontaktních chladičů na vnějších a vnitřních plochách a zároveň tloušťku chladicí desky, která byla umístěna pod nosný kruh před optimalizací pro zintenzivnění chlazení a nastolení usměrněného tuhnutí. Tyto změny v geometrii měly vést k „uspokojení“ vzájemně konfliktních (vylučujících se) cílů: (a) mít zdravý odlitek, což znamená minimum staženin a ředin, (b) eliminace pásmových vycezenin a (c) zlepšení využití tekutého kovu.
Požadavkem zároveň bylo, aby se optimální řešení našlo do desáté generace, takže bylo spočítáno a numericky vygenerováno 3000 technologických variant. Celková doba výpočtu trvala zhruba třicet hodin za použití 8jádrové licence MAGMAsoft.
Využití tekutého kovu bylo matematicky formulováno jako podíl objemu samotného odlitku, Vodlitek a objemu kovu všech částí celé technologie, Vtotal, kde Vtotal = Vodlitek +Vvtokovka +Vnálitek.
6.
Diskuse výsledků
V následující části jsou shrnuty a diskutovány výsledky a kritéria, které byly získány ze simulace tuhnutí pro původní i optimalizované technologické řešení nosného kruhu. Kritérium pro predikci pásmových vycezenin je zároveň porovnáno s reálnými výsledky.
Během optimalizace byly brány v potaz i ekonomické náklady spojené s použitím nových technologických postupů navržených numerickým optimalizátorem. Na základě toho bylo rozhodnuto, že tvar horního nálitku zůstane nedotčen. To znamená, že výška i ostatní tvary 35
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069 Co se týče porezity v teplotních osách odlitku, které jsou reprezentovány kritériem Niyama [12], viz obr. 4, tak jejich vznik a umístění závisí hlavně na teplotních gradientech a rychlosti ochlazování. Pokud je v odlitku místo, kde je teplotní gradient nízký, což jsou právě teplotní osy odlitků, nálitek tam nemůže efektivně dosadit potřebné množství taveniny, nemá dostatečnou “sílu” protlačit čerstvý kov skrz tuhnocí kašovitou směs [13]. Toto problémové místo je přiliš daleko od efektivní zóny nálitku [14]. Tento typ vady se dá snadno odstranit zintenzivněním chlazení pro zvětšení teplotního gradientu [15]. Je tedy zřejmé, že je potřeba přepracovat systém chlazení hlavně ve spodní části odlitku, aby došlo ke změně charakteru tuhnutí.
6.1 Analýza původní technologie Na obr. 2 je zachycen podíl tekuté fáze v tuhnoucím odlitku čtyři hodiny po odlití. Je patrné, že odlitek tuhne neprogresivně směrem k nálitku, což bude mít za následek vznik ředin v místech vzájemného styku isosolid (v tepelné ose odlitku), kde dojde k zaškrcení zbytkové mezidendritické taveniny. Vnitřní pruměr odlitku také tuhne o poznání pomaleji než vnější průměr, vlivem prohřátí pískového jádra a zhoršeného odvodu tepla a tudíž i případné vycezeniny budou znatelnější a problémovější u vnitřního průměru. V neposlední řadě je zřejmé, že spodek odlitku postrádá jakékoliv chlazení, které by zlepšilo odvod tepla a změnilo tak charakter tuhnutí na usměrněné.
Podíl tekuté fáze v původním technologickém návrhu odlitku 4 hodiny po odlití. Řez je veden středem jednoho z nálitků (obrázek vlevo) a oblastí pod dělícím pískovým jádrem (obrázek vpravo). Fig. 2 Amount of liquid fraction in the original casting layout 4 hours after filling. The cut goes through the middle of the top feeder (left image) and through one of the sand breaker cores (right image). Obr. 2
Obr. 4 Příčný řez v místech, kde byly predikovány problémy s ředinami v tepelných osách odlitku. Fig. 4 Presence of centreline porosity inside the original casting layout. The figure shows a cut through the casting.
Problémový charakter tuhnutí a následný vznik staženin v teplotní ose odlitku lze dobře vysvětlit na následujícím obrázku, obr. 5. Díky samotné geometrii, zavtokování a systému chlazení začal odlitek tuhnout zboku intenzivněji než od spodu. Do doby, kdy se proti sobě rostoucí kolumnární dendrity ještě nedotýkají, nálitek dosazuje objemově do všech oblastí. Po dosažení bodu koherence, kdy už dendrity tuhé fáze vytvoří „pevné síťoví“, již nálitek není schopen dobře dosazovat a zbytková interdendritická tavenina bude postupem času „spotřebována“ rostoucí tuhou fází, což povede ke vzniku staženin, viz modré bubliny. Pro zamezení tohoto jevu je potřeba nastolit usměrněné a progresivni tuhnutí směrem k nálitku, viz obr. 5 vpravo. S tímto charakterem tuhnutí bude nálitek schopen bez problémů dosazovat do všech míst po celou dobu tuhnutí a zamezí se tak vzniku staženin, ale i pásmových vycezenin a odmíšení. Zavedení tohoto charakteru tuhnutí je cílem numerické optimalizace technologie výroby nosného kruhu.
Vlivem neusměrněného tuhnutí dochází v jeho průběhu k zaškrcování ostrůvků se zbytkovou, mezidendritickou taveninou, viz obr. 3. Tato místa jsou posléze nedostatečně dosazována taveninou a dochází v nich ke vzniku makroskopických staženin. Kritická místa jsou v daném obrázku zakroužkována.
K validaci numerického modelu pro výpočet pásmových vycezenin byly použity experimentálně získané výsledky. Pro vyvolání makrostruktury byly vzorky naleptány v 10 % kyselině dusičné. Makrostruktura radiálního řezu nosným kruhem na obr. 6 vykázala nehomogenní strukturu s výskytem pásmových vycezenin symetricky vyloučených v blízkosti vnitřního
Obr. 3 Podíl tekuté kovu ve chvíli kdy došlo k “zaškrcení” ostrůvků s taveninou a ke vzniku porezity. Tato situace nastala v 52% celkového utuhnutí. Funkce rentgen odstranila oblasti s více než 30% tuhé fáze. Fig. 3 Amount of liquid fraction at the moment when the choking of the liquid pools took place in the casting. This situation took place at 52% of total solidification. X-Ray function filtered out areas containing more than 30% of solid phase.
36
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Obr. 6 Radiální řez odlitkem se zřetelnými pásmovými vycezeninami – černé čáry. Obrázek je majetkem Vítkovice Heavy Machinery, a.s. Fig. 6 Longitudinal cut through the steel ring with highlighted Asegregates, property of Vítkovice Heavy Machinery, a.s.
Obr. 5 Vliv charakteru tuhnutí na vznik porezity v odlitku. Obrázky Nevhodný charakter tuhnutí a následný vznik staženin v interdendritickém prostoru (obrázky vlevo). Usměrněný a progresivní charakter tuhnutí a jeho vliv na minimalizaci staženin (obrázek vpravo) [4]. Fig. 5 The effect of the solidification pattern on porosity occurrence in castings. The left figures indicate improper pattern and the subsequent formation of porosity in the interdendritic regions. Right figure captures directional and progressive solidification pattern and its impact on porosity minimization [4].
a vnějšího povrchu nosného kruhu. Makrosegregace zasahovaly od horního povrchu kruhu (od nálitku) až do téměř do 2/3 výšky nosného kruhu. V rovině provedeného řezu byly pozorovány jak souvislé odmíšené pásy o šířce cca 6 mm, tak i krátké řádky makrosegregací, obr. 6. Detailní snímky makrosegregací jsou dokumentovány na obr. 6 vpravo. Pásmo vycezenin bylo výraznější na straně vnitřního povrchu nosného kruhu, kde byl odvod tepla pomalejší než u vnějšího povrchu, obr. 6.
Obr. 7 Radiální řez nálitkem. V horní části nálitku nad středovou „staženinou“ bylo zjištěno nahromadění vad charakteru dutin a ředin. Obrázek je majetkem Vítkovice Heavy Machinery, a.s. Fig. 7 Longitudinal cut through the riser showing the pronounced macrosegregation and also porosity, property of Vítkovice Heavy Machinery, a.s.
Dále byl na řezech nosným kruhem (radiálním a příčném) pozorován v oblastech výskytu kanálkových vycezenin (makrosegregací) zvýšený výskyt vad charakteru dutin, resp. ředin. Ojedinělý výskyt ředin byl pozorován i v oblastech mimo tyto vycezeniny.
našem numerickém modelu našli místo, kde byl ve skutečnosti proveden daný řez odlitkem a v tom místě jsme provedli vzájemné porovnání.
Makrolept radiálního řezu nálitkem na obr. 7 odhalil obdobně jako v případě nosného kruhu výskyt dvou pásem pásmových vycezenin v blízkosti vnitřního a vnějšího povrchu nálitku. Tyto vycezeniny byly pozorovány téměř po celé výšce nálitku, obr. 7.
Numerické výsledky vykazují velmi dobrou shodu s realitou i v tom, že na vnitřním průměru jsou pásmové vycezeniny masivnější a blíže k povrchu než na vnějším průměru.
Numericky predikovaný výskyt pásmových vycezenin je zachycen na obr. 8. Je jasné, že pásmové vycezeniny nebudou vypadat stejně v celém objemu odlitku. Jejich tvary a množství závisí do značné míry na charakteru tuhnutí, a proto je jediný obrázek věnovaný této vadě nedostatečný pro ucelený obraz. Jelikož jsme měli k dispozici porovnání s realitou pouze v jednom místě odlitku, viz obr. 6 a 7, po diskuzi s technology jsme i na
Daný obrázek lze chápat následovně. Oblasti, kde převládá bílá barva nebudou vykazovat problémy s pásmovými vycezeninami. V nich je hodnota daného kritéria vyšší než je kritická hodnota pro tento typ slitin. Hodnoty, které jsou od 0.4 směrem k nule indikují pravděpodobný výskyt pásmových A- vycezenin [9]. 37
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Čím více se hodnota blíží k nule, tím budou vycezeniny masivnější a rozsáhlejší, což je směrem k hornímu nálitku, viz obr. 6-7.
základě tohoto posledního porovnání byly vybrány tři technologické návrhy, které nejlépe splňují všechny tři cíle. Tyto tři varianty byly posléze detailně odsimulovány a z nich byl vybrán jeden optimální technologický návrh, viz obr. 10.
Důvodem, proč se na numerickém modelu jeví pásmové vycezeniny více ve středu než na reálném odlitku, je skutečnost, že rozřezaný odlitek byl již obroben na obou svých průměrech, zatímco numerický model obrobení nepostihl. Zároveň je ale nutno říci, že software MAGMAsoft simulaci obrobábění a jeho vliv na přerozdělení napěťových stavů umožňuje. Pouze zde ale tato funkce nebyla aplikována.
Obr. 9 Výsledky optimalizace. Černé body v grafu znázorňují jednotlivé technologické varianty. Jejich pozice v grafu je dána jejich schopností „uspokojit“ stanovené optimalizační cíle. Fig. 9 Optimization results. The black points in the chart indicate individual variants. Their position in the graph is given by their ability to satisfy the given optimization objectives.
Numericky predikovaný výskyt pásmových „A“ vycezenin v původním technologickém návrhu. Řez je veden skrz oblast nálitku. Fig. 8 Numerical prediction of A-segregates inside the original layout of the steel ring. The cut goes through the feeder. Obr. 8
Optimalizační modul měl dovoleno vybrat nejvhodnější počet dělících jader v intervalu 4 až 20. V původním návrhu jich bylo 6. Výsledky ukázaly, že nejoptimálnější řešení bude použití 12 dělících jader, viz obr. 10. Dojde tím tak ke snížení celkové hmotnosti o 7,7 tun a zároveň se nezvýší riziko vzniku ředin nebo jiných vad spojených s charakterem tuhnutí.
6.2 Analýza optimalizované technologie Cílem numerické optimalizace bylo nechat optimalizační program navrhnout nové řešení soustavy chladítek a zároveň optimalizovat tvar nálitku s cílem snížit celkovou hmotnost odlitku, eliminovat problémy se staženinami, ředinami a v neposlední řadě odstranit problém s pásmovými vycezeninami, které se objevily v původním technologickém návrhu.
Chladítka na vnitřním průměru byla posílena a nyní se nachází na celém povrchu vnitřního průměru odlitku. Byly změněny tloušťky jednotlivých sekcí chladičů na obou průměrech odlitku. Spodní chladící deska (ve skutečnosti se nejedná o desku, ale o systém ocelových cihel naskládaných co nejtěsněji k sobě) má tloušťku 200 mm. Dále je vidět, že numerický optimalizátor použil intenzivnější chlazení pod každým dělícím jádrem. To proto, aby bylo zajištěno efektivní dosazování tekutého kovu do oblastí, které nad sebou nemají nálitek. Tyto segmenty jsou též kontaktní.
Na obr. 9 jsou znázorněny výsledky numerické optimalizace. Na osách grafu se nacházejí optimalizační cíle, konkrétně objem nálitku a přítomnost pásmových vycezenin. Černé body v grafu reprezentují jednotlivé technologické varianty, které optimalizátor analyzoval, vytvořil a zkombinoval za pomoci genetických algoritmů. Umístění daného bodu v prostoru grafu se odvíjí od toho, jak daný technologický návrh splňuje optimalizační cíle. Při snaze minimalizovat oba cíle, to znamená snížit objem nálitku a zároveň snížit výskyt pásmových vycezenin, se budou nejlepší návrhy nacházet u počátku souřadného systému, tedy v místě, kde oba cíle mají minimální hodnotu. Pro ulehčení práce uživatele, optimalizátor automaticky označí a zvýrazní skupinu nejlepších návrhů, viz modrá křivka na obr. 9.
Obr. 10 Nová technologie nosného kruhu navržená numerickým optimalizátorem MAGMAfrotnier. Fig 10 Optimized casting design with new shapes of the top riser, chills and the gating system proposed by MAGMAfrontier.
Tato skupina nejlepších kompromisních řešení (jsou kompromisem mezi dvěma a více cíly) byla dále porovnána se třetím cílem, a to s minimalizací ředin. Na 38
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Obr. 11 zachycuje průběh tuhnutí v 52% celkového utuhnutí, jmenovitě podíl tekuté fáze v odlitku. Je opět jasně vidět, že odlitek tuhne o trochu rychleji z vnější strany než od středu, avšak je zřejmé, že po úpravě tvaru a objemu nálitku a po přídání chladítek došlo k podpoření progresivního a usměrněného tuhnutí směrem k nálitku. Zároveň již nehrozí žádné zaškrcování ostrůvků se zbytkovou taveninou, které by později mohly vyústit ve staženiny či řediny, jak tomu bylo u původní technologie, viz obr. 3.
Na obr. 13a a 13b je vzájemné porovnání průběhů tuhnutí v původním a optimalizovaném odlitku. U optimalizované geometrie je zřetelný vliv spodního chlazení a zároveň bočních chladičů. Díky progresivnímu a usměrněnému tuhnutí by již nemělo docházet ke vzniku ředin ve středové oblasti kruhu. Je to zapříčiněno zvýšením teplotního gradientu v tepelné ose odlitku, čímž došlo i ke zvýšení dosazovací schoponsti nálitku. V porovnání s původní technologií bude nyní kruh tuhnout rychleji. Dojde tak ke snížení celkové doby tuhnutí odlitku (z 23 h. 14min. 42 s u původní verze na 22 h. 27 min. 48 s u optimalizované verze), ke zjemnění mikrostruktuy a tudíž i ke zlepšení mechanických vlastnosí. Jemnozrnná struktura bude mít také pozitivní vliv na eliminaci pásmových vycezenin, jelikož větší hustota (počet) velmi malých dendritů a zrn bude představovat více překážek proti pohybu pozitivně vysegregované interdendritické taveniny, jež ve výsledku tvoří pásmovou vycezeninu typu A [16-18].
Obr. 11 Podíl tekuté fáze v optimalizovaném technologickém návrhu odlitku ve 52 % celkového utuhnutí odlitku. Zde byla použita funkce rentgenu, kdy z 30% a více utuhlá faze byla odfiltrována. Fig. 11 Amount of liquid fraction at 52% of total solidification of the casting - in the optimized casting layout. Solid areas are filtered out. No choking of residual liquid pools was spotted during solidification.
Obr. 12 znázorňuje množství tekuté fáze v tuhnoucím optimalizovaném nosném kruhu čtyři hodiny po odlití. Zobrazena jsou dvě místa v odlitku. První řez je veden skrz jeden segment obvodového nálitku (obr. 12 vlevo) a druhý řez je veden místem, kde je obvodový nálitek nahrazen dělícím jádrem (obr. 12 vpravo).
Obr. 13a Porovnání původní a optimalizované technologie nosného kruhu – v řezu vedeném nálitkem. Optimalizovaný odlitek tuhne rychleji díky optimalizovanému tvaru a umístění chladičů. Fig. 13a Comparison of the original and optimized layout of the steel ring – the cut through the top feeder. The optimized casting solidifies quicker thanks to the optimized chill arrangements.
U této optimalizované technologie lze již hovořit o usměrněném a progresivním charakteru tuhnutí, kde postupující fronty tuhé fáze nepostupují paralelně proti sobě jak tomu bylo dříve, ale intenzivní chlazení odspodu zapříčinilo vytvoření tvaru písmene V a tím došlo ke zlepšení dosazovací schopnosti horního nálitku.
Obr. 12 Podíl tekuté fáze v optimalizovaném technologickém návrhu odlitku 4 hodiny po odlití. Řez je veden středem jednoho z nálitků (obrázek vlevo) a dělícím jádrem (obrázek vpravo). Fig. 12 Amount of liquid fraction in the optimized casting layout 4 hours after filling. The cut goes through the middle of one of the top feeders (left figure) and through one of the sand breaker cores (right image).
Obr. 13b Porovnání původní a optimalizované technologie nosného kruhu – v řezu vedeném dělícím jádrem. Fig. 13b Comparison of the original and optimized layout of the steel ring – the cut goes through the breaker core.
39
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Důsledkem optimalizoavaného charakteru tuhnutí je eliminace všech oblastí, které u původního návrhu vykazovaly přítomnost makroskopických staženin i ředin. Proto zde tyto výsledky již nejsou prezentovány.
Cílem numerické optimalizace proto bylo nechat optimalizační modul a v něm integrované genetické algoritmy najít optimální tvar horního celoobvodového nálitku a chladítek, aby byly minimalizovány všechny identifikované vady. Bez jakéhokoliv zásahu uživatele bylo automaticky vygenerováno a prověřeno na 3000 různých technologických variant. Sám optimalizační modul z tohoto celkového množství variant vybral 10 kandidátů, kteří nejlépe splňovali optimalizační cíle. Těchto deset variant bylo následně porovnáno s dalšími kritérii důležitými z hlediska kvality odlitku. Na základě tohoto porovnání byly z původně deseti technologických návrhů vybrány tři. Ty byly poté detailně analyzovány a byl vybrán optimální, který byl zde prezentován. Optimalizovaný návrh byl porovnán s původní technologií v simulačním softwaru a výsledky výpočtů byly prezentovány zadavateli projektu. Optimalizovaná technologie byla následně s určitými změnami použita v praxi.
Jako poslední byl vyhodnocen vliv optimalizovaných chladičů a tvaru obvodového nálitku na výskyt pásmových vycezenin. Jak je patrno z obr. 14, došlo ke značné eliminaci pásmových vycezenin. V takto masivním a těžkém odlitku vždy nějaké pásmové vycezeniny budou, ale je důležité je co nejvíce potlačit právě optimalizovaným charakterem tuhnutí, to znamená nastolením progresivního a usměrněného tuhnutí směrem k nálitku. Zároveň je důležité co nejrychleji dosáhnout přechodu z kolumnárních dendritů na rovnoosé, jelikož v oblastech s rovnoosými dendrity se pásmové vycezeniny netvoří. V místě pod dělícími jádry bude z celého odlitku největší pravděpodobnost výskytu pásmových vycezenin, které by mohly vystupovat až na obrobený povrch.
Z výsledků analýzy tuhnutí optimalizované technologie vyplynulo, že úpravou tvaru nálitku (celková hmotnost nálitku byla snížena o 7,7 tun), vnějších a vnitřních chladičů a přidáním spodního (kontaktního) chladícího prstence bylo dosaženo usměrněného a progresivního charakteru tuhnutí. Tento nový charakter tuhnutí minimalizoval vznik staženin v tepelné ose odlitku. Zároveň byl výrazně zkrácen celkový čas tuhnutí, došlo tím i ke zjemnění mikrostruktury a v neposlední řadě k eliminaci vzniku pásmových vycezenin. Je však nutno podotknout, že pásmové vycezeniny nelze v takto masivních odlitcích zcela odstranit. Jde o to, jak hluboko pod povrchem se tato vada bude nacházet a v jakém rozsahu. Literatura
Obr.14 Numericky predikovaný výskyt pásmových „A“ vycezenin u optimalizovaného technologickém návrhu nosného kruhu. Levý obázek znázorňuje oblast pod dělícím jádrem, obrázek vpravo zachycuje situaci v oblasti pod nálitkem. Fig.14 Numerical prediction of channel A-segregates inside the optimized casting layout of the steel ring. The left image captures the area below one of the breaker cores. The right image captures the situation in the area below one of the top feeders.
Závěr Cílem tohoto projektu bylo analyzovat a následně numericky optimalizovat gravitačně litý, masivní ocelový odlitek nosného kruhu. Původní technologický návrh vykazoval několik druhů vnitřních vad typu makro-staženin, ředin a výrazné pásmové vycezeniny typu A. Kombinace těchto vad vedla ke zmetkování daného kusu. Všchny tyto vady byly zapříčiněny nevhodným charakterem tuhnutí a nedostatečným chlazením. Společným jmenovatelem pro všechny tyto vady je nízký teplotní gradient a rychlost postupu tuhé fáze.
[1]
GOLDBERG, D. E. Genetic Algorithms in Search, Optimization & Machine Learning, Addison Wesley Longmann, Inc., (1989).
[2]
DEB, K.,Multi-Objective Optimization Using Evolutionary Algorithms, John Wiley & Sons, (2001).
[3]
TUTUM, C. C. PhD thesis, Technical University of Denmark, Kongens Lyngby, Denmark, (2009).
[4]
KOTAS, P. PhD thesis, Technical University of Denmark, Kongens Lyngby, Denmark, (2011).
[5]
MAGMAfrontier v.4.4 Reference Manual, MAGMA GmbH, Aachen, Germany, www.magmasoft.com, (2005).
[6]
MAGMAsoft v.5.1. Reference Manual, MAGMA GmbH, Aachen, Germany. www.magmasoft.com
[7]
HATTEL, J. H. Fundamentals of Numerical Modelling of Casting Processes, 1st ed., Kgs. Lyngby: Polyteknisk Forlag, (2005).
[8]
CAMPBELL, J. Castings, Second Edition. Elsevier ButterworthHeinemann (2003).
[9]
KOTAS, P., HATTEL, J.H. „Modeling and simulation of Asegregates in steel castings using a thermal criterion function. Part I: Background and validation”, Materials Science and Technology, (accepted, 2012).
[10] KOTAS, P. HATTEL, J. H. „Modeling and simulation of Asegregates in steel castings using a thermal criterion function. Part II: Optimization of a real industrial cast part”, Materials Science and Technology, (accepted, 2012).
40
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Počítačová simulace, výpočetní metody Computer Simulation, Computing Methods
[11] SOBOL, I. “On the Systematic Search in a Hypercube”, SIAM Journal on Numerical Analysis, vol. 16, issue 5, pp. 790-793 (1979).
[15] KOTAS, P., TUTUM, C. C., SNAJDROVA, O., THORBORG, J., HATTEL, J.H. International Journal of MetalCasting, vol. 4, Issue 4, (2010).
[12] NIYAMA, E., UCHID, A., T., MORIKAWA, M., SAITO, S. “Method of Shrinkage Prediction and its Application to Steel Casting Practice”, AFS Int. Cast. Met. J., vol. 7, no. 3, pp. 52-63 (1982).
[16] DANTZIG, J.A., RAPPAZ, M., Solidification, EPFL Press, (2009). [17] COPLEY, S. M., GIAMEIi, A. F., JOHNSON, S. M., HOMBECKER, M. F. “The Origin of Freckles in Unidirectionally Solidified Castings”, Metallurgical Transactions, vol.1 Issue.12, pp 3455-3455, (1970).
[13] CARLSON, K.D., BECKERMANN, C. “Prediction of Shrinkage Pore Volume Fraction Using a Dimensionless Niyama Criterion”, Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 40A, pp. 163-175 (2009).
[18] MOORE, J. J., SHAH, N. A. “Mechanisms of formation of Aand V-segregation in cast steel”, International Metals Reviews, vol. 28, no. 6, (1983).
[14] HARDIN, R. A., OU, S., CARLSON, K. D., BECKERMANN, C. “Development of New Feeding Distance Rules Using Casting Simulation; Part I: Methodology”, Metallurgical and Materials Transactions B, vol. 33B, pp. 731-740 (2002).
Recenze: prof. Ing. František Kavička, CSc. prof. Ing. Karel Michalek, CSc.
_____________________________________________________________________________________________
41
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
ekonomika, organizace, řízení Teoretické prístupy a praktické skúsenosti v riadení ľudských zdrojov v priemyselnej sfére Theoretical approaches and practical experience in human resources management in industry Ing. Ivan Dlugoš, Ph.D., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Ostrava Nespochybniteľnou skutočnosťou je, že medzi základné manažérske zručnosti patrí, okrem iného, aj schopnosť úspešne vychádzať s ľuďmi. Je to jednak schopnosť komunikovať s externým prostredím, ktoré je tvorené zákazníkmi, dodávateľmi, konkurenciou a taktiež verejnosťou ako celkom, avšak taktiež s interným prostredím v rámci organizácie1, teda s riadenými pracovníkmi, kolegami a kolegyňami vo všeobecnosti. Často je proces komunikácie založený nielen na rozumných argumentoch, ale pri vzájomnej interakcií, manažér potrebuje zohľadniť aj psychickú stránku človeka, s ktorým prichádza do styku, jeho aktuálnu sociálnu pozíciu, emocionalitu, citovosť a schopnosť empatie. Cieľom autorovho príspevku je prostredníctvom teoretických princípov, avšak najmä osobných praktických skúseností a poznatkov z vrcholovej manažérskej praxe vo veľkom výrobnom podniku, poukázať na disproporcie medzi deklarovaným a odporúčaným spôsobom napĺňania základných manažérskych funkcií zo strany manažérov a reálnou skutočnosťou v praktickom živote organizácií. Samozrejme tak ako v bežnom živote, aj v živote organizácie sa ľudia správajú rôzne a s ich správaním priamo alebo nepriamo súvisí ich prínos, prípadne aj strata pre organizáciu. Uvádzané teoretické princípy, poznatky, skúsenosti a odporučenia z manažérskej praxe autora textu sa vzťahujú ku každému manažérsky riadenému subjektu, ale predovšetkým k subjektom priemyselnej sféry – k priemyselnému podniku. It is clear that people’s life stance is also reflected in their professional life. No manager, no matter at what level in the hierarchy of the organization he is currently located (top management, middle management, line management), would not wish to have among his subordinates a person whose life stance would reflect low activity level or be of passive character. Understanding and sometimes even influencing of negative attitudes of people, with whom a manager collaborates only just meets at his work in any connection, is very important for a successful manager. It goes without saying that no one is a decided personality and that at different stages of life he may find himself in various situations, in which he may appear differently. Each individual in his personal and professional life in fact experiences different range of emotions that affect his behaviour in positive and negative sense, in respect to other individuals and organization as such. Author of the paper analyzes and ponders on the most frequent and most recurrent problems atmosphere fulfilment of the basic management functions, an integral part of which is the highly important area related to human resource management. Similarly as an organization has excellent, smart and versatile theoretically and practically efficient people, it has also workers who do not always fully fulfil the expectations and objectives of the organization. Managers in this respect are no exception, as they despite their qualifications and pre-requisites may and do have under certain circumstances in problems with psychology and sociology of human resource management.
1
Pre zjednodušenie je v celom texte pojem „priemyselný podnik“ zastúpený pojmom „organizácia“.
42
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Results and conclusions of the author's paper consist in showing and highlighting on practical examples the differences between what should be a priority in management practice and what it actually is. Each reasonable employer wants, and his activities should be aimed at this target, to stabilise the best employees and to eliminate undesirable fluctuation of labour force, which is naturally connected with the permanent support and maintenance of the image and reputation, not only inside the organization, but especially in the external competitive environment, to which greatly contributes a complete fulfilment of strategically and logically well-considered approach to managing the workers in the organisation. Neoddeliteľnou súčasťou riadiacej činnosti každého manažéra v organizácií je veľmi významná oblasť manažmentu a tou je manažment ľudských zdrojov. K tomu, aby pracovník organizácie bol efektívne vyťažený, aby plnohodnotne využil svoj talent, znalosti, schopnosti, zručnosti nadobudnuté teoretickou a praktickou prípravou na svoje povolanie, je tu osobnosť manažéra, ktorého odborný prístup, usmernenie a priebežne uplatňované pozitívne ľudské vlastnosti sú tým, čo eliminuje odchod kvalitných – špičkových odborníkov a ľudí, ktorí sú k organizácií a jej princípom oddaní a lojálni, ktorí zdieľajú jej kultúru a hodnoty.
kníh a monografií, na druhej strane je tu nahá realita bežného pracovného života v organizácií a s ňou spojené konkrétne riešenia problémov zo strany manažérov, ktoré Ja osobne, z pohľadu mnou prežitých situácií v praxi, vidím v súvislostiach uvedených v obsahu článku.
1. Základné manažérske funkcie S funkciou manažéra je spojený a očakáva sa istý spôsob vystupovania a jednania. Predpokladá sa, že zvládne čo najúplnejšie nároky danej sociálnej role. Očakáva sa od neho nielen potrebná kvalifikácia, ale taktiež istá životná skúsenosť, organizačné vlastnosti a charakterové kvality. Jednanie musí opierať o zdravú sebadôveru a pozitívne myslenie. Manažér by mal byť tým, ktorý dokáže podnietiť k aktivite a kreativite a stane sa tvorcom aj neformálne uznávaným vodcom funkčného tímu. Úspešnosť manažéra predpokladá plnenie rady povinností, požiadaviek a úloh. Povinnosti a požiadavky, ktoré sú vyžadované od každého vedúceho, nadriadeného pracovníka, bývajú označované ako manažérske funkcie [1].
V odbornej praxi, prostredníctvom tlačených a elektronických médií sa stále častejšie objavujú vyjadrenia a články mnohých autorov zo strany manažérov, ktorí prezentujú, čo pre nich znamená človek – zamestnanec – pracovník z pohľadu nimi plánovanej, organizovanej, vedenej a kontrolovanej činnosti. Áno, každý pracovník organizácie by mal byť uznávanou autoritou a to bez ohľadu na jeho aktuálne funkčné zaradenie, z neho vyplývajúce pracovné povinnosti a z nich vyplývajúcu pracovnú činnosť.
Základné a obsahovo orientované manažérske funkcie uvádza tabuľka 1, z ktorej vyplýva proces manažmentu ako súbor trvale prebiehajúcich rozhodnutí a pracovných aktivít, ktoré manažéri vykonávajú.
Každý človek je jedinečný, z čoho vyplýva, že nie je možné dosiahnuť optimálnych výsledkov a cieľov činnosti bez toho, aby manažér pochopil a uplatňoval rôzne postupy a metódy svojej riadiacej a kontrolnej činnosti v intenciách čo najväčšieho priblíženia sa k osobnosti človeka, k jeho jedinečnosti, súhre a jednote, relatívnej stálosti, prispôsobenia a vývoja jedinca.
Tab. 1 Návaznost a obsah základních manažerských funkcí Tab. 1 Continuity and basic content management functions Manažérska funkcia Plánovanie
V súčasnom hektickom období, kedy sa v každom dni človek dozvedá o nových informáciách z pohľadu problémov na trhu práce a manažéri organizácií musia čoraz častejšie riešiť dilemu spojenú s úbytkom výrobných kapacít, zmenami výrobného programu a s tým spojenými zmenami v technológií, nutnými a operatívnymi zmenami v organizačných štruktúrach, je na mieste sa zamyslieť nad tým, či to čo je v teoretických prístupoch deklarované, sa v praktickom živote organizácie v rámci manažmentu ľudských zdrojov aj napĺňa.
Organizovanie Procesy riadenia ľudských zdrojov – personálne procesy
Vedenie Kontrola
Na jednej strane majú manažéri k dispozícií mnohé odborné štúdie, odporúčania, postupy, ktoré vychádzajú z obsahu odborných publikácií, príspevkov z vedeckých odborných konferencií a z nich vydaných zborníkov,
Obsah manažérskej funkcie stanovenie jasných a merateľných cieľov, stratégia, dielčie plány, koordinácia činnosti čo je potrebné vykonať, ako a kto to vykoná vo väzbe na stanovený podnikateľský plán realizácia náboru, prípadne aj znižovania počtu ľudí, identifikácia a výber kompetentných pracovníkov, prijímanie pracovníkov, uvedenie na pracovné miesto, adaptácia, periodické a odborné školenia, riadenie pracovného výkonu, odmeňovanie a oceňovanie, hodnotenie a rozvoj kariéry prikazovanie, motivácia, riešenie konfliktov monitoring postupov a aktivít v smere dosahovania stanovených cieľov Pramen: vlastní práce Source: own work
Z pohľadu reálneho a komplexného napĺňania obsahu základných manažérskych funkcií je veľmi dôležitá včasná, úplná, zrozumiteľná a odborná komunikácia v písomnej, elektronickej a verbálnej podobe. 43
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Komunikácia predstavuje prostriedok, prostredníctvom ktorého sú ľudia v organizácií prepojení, aby mohli dosiahnuť spoločné ciele. Každodenná komunikácia s ľuďmi, musí zabezpečiť ich informovanosť, usmernenie, koordináciu, ovplyvňovanie a súčasne uľahčovanie podmienok práce a života [2].
nevyhovujúca dostupnosť a adresnosť informačných tokov, nespoľahlivé toky informácií, ktoré sú potrebné pre implementáciu a riadenie podnikových procesov, zvýšenie pravdepodobnosti a závažnosti procesných zlyhaní, nefunkčné postupy a metódy riadenia aktualizácií informácií, informačná neistota pri riadení, rozhodovaní, realizácií, kontrole (sebakontrole) procesov a činností, žiadny alebo záporný etický a emocionálny náboj komunikácie nestanovené alebo nejasné zodpovednosti za zisťovanie informačných zdrojov a funkcií komunikačných procesov, nevyhovujúce informačné procesy a postupy informovania, vertikálnych, horizontálnych a tímových tokov, obmedzené využívanie dostupných informácií, neefektívne formy vedenia porád, školení, seminárov a briefingov, neznalosť alebo podcenenie rizík, strata informácií a skreslenie ich obsahu, nedoručenie správnym adresátom, nevhodná forma prezentácie informácií a znalostí, prílišné suplovanie nedostatkov v podnikovej komunikácií neformálnymi komunikáciami a vzťahmi, nevyhovujúce časovanie, nedostatočné overovanie platnosti informácií, neprehľadný systém evidencie informácií, nedostatočné zabezpečenie informácií, nedostatočné alebo nadbytočné istenie komunikácie [3].
Praktický život v organizáciách prináša situácie a potvrdzujú to aj výskumy v oblasti psychológie a sociológie riadenia, že najväčšie problémy sú najčastejšie spojené práve s komunikáciou. V čom spočíva ťažisko, prípadne, ktoré situácie sú tie, ktoré vytvárajú defekty v komunikačnej činnosti? Vychádzajúc z praktických skúseností a pracovného života vo výrobnej spoločnosti to najmä sú: nedostatočné komunikačné zručnosti manažéra, absencia komunikácie na úrovni vedúci a pracovník, pracovník a pracovník, pracovník a vedúci (vertikálna a horizontálna komunikácia), absencia alebo nedostatočná komunikácia medzi internými zákazníkmi, internými dodávateľmi a vlastníkmi procesov, absencia procesov načúvania tokov informácií zdola a slabá, resp. žiadna podpora záujmu pracovníkov informovať nadriadených, nesúlad informácií (proklamácií) s jednaním a to najmä medzi manažérmi, absencia a nevytváranie vertikálnych interpersonálnych vzťahov, absencia a nevytváranie horizontálnych interpersonálnych vzťahov, absencia procesov väzieb komunikačných procesov na systémy hodnotenia, motivácie, manažmentu zdrojov, formovaní kultúry organizácie (nevyužívanie synergie), neprítomnosť pracovníka, resp. pracovníkov ktorých sa riešenie konkrétneho problému dotýka, čo spôsobuje skresľovanie a prenášanie neúplných informácií k zainteresovanej osobe spojenej s úlohou a konkrétnym problémom, oneskorené, prípadne nekompletné informácie, neoverené informácie, nepochopenie obsahu podanej informácie, nevykonávanie pravidelných porád a stretnutí so zamestnancami, nedostatočná kvalita komunikačných kanálov, nedostatočný obsah, rozsah, objem a forma predávaných informácií a znalostí.
2. Riadenie ľudských zdrojov Armstrong (2007) definuje riadenie ľudských zdrojov ako strategický a logicky premyslený prístup k riadeniu toho najcennejšieho čo organizácie majú – ľudí, ktorí v organizácií pracujú a ktorí individuálne a kolektívne prispievajú k dosiahnutiu cieľov organizácie [4]. Prakticky do každého procesu určitým spôsobom vstupujú ako zdroje pracovníci so svojimi činnosťami, postojmi a schopnosťami. Organizácia musí priebežne zaisťovať, aby boli k dispozícií z plánov vyplývajúce ľudské zdroje v potrebnej kvantite a kvalite. K najdôležitejším rysom moderného poňatia manažmentu preto patrí orientácia na človeka, v prvom rade ako na primárny zdroj prínosov, na druhej strane aj rizík pracovných procesov.
V podmienkach, v ktorých nie sú cielene vytvárané komunikačné podmienky, najviac je vidieť tých, ktorí zastávajú najvýhodnejšie pozície a tých, ktorí „hovoria najhlasnejšie“. Nedostatky v nastavení a riadení komunikačných procesov môžu mať najmä tieto negatívne dôsledky v oblasti informačných tokov:
Úlohou manažmentu je riadiť chod organizácie tak, aby bol minimalizovaný výskyt zlyhaní jeho riadiacich 44
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
a prevádzkových zložiek. Manažment hľadá a optimalizuje spôsoby pôsobenia na svoj ľudský kapitál prostredníctvom všetkých dostupných prostriedkov, s cieľom vyvolať v ňom žiaduce chovanie z hľadiska vysokej spoľahlivosti a kvality procesov.
súrne potrebuje niečo riešiť. V prípade, že nastane takáto situácia, riešiť by sa jednoznačne mala tým, že sa dohodne termín a tento je dôležité zo strany manažéra dôsledne dodržať. Manažér, ktorý si nedokáže nájsť čas na vypočutie problémov a námetov svojich pracovníkov, nemôže očakávať, že bude zo strany pracovníkov uznávaný a rešpektovaný.
Dlhodobú prosperitu organizácií môže zaistiť len také riadenie, ktoré na všetkých úrovniach podnikovej hierarchie a pri všetkých svojich rozhodnutiach (organizačných, ekonomických, personálnych technologických, investičných, prevádzkových) berie do úvahy dopady na myslenie a jednanie ľudí. Riadenie, ktoré vždy zvažuje príslušné psychologické, sociálne a ergonomické súvislosti a ktoré do všetkých opatrení zahŕňa hľadisko kvalifikačných, motivačných a postojových predpokladov, pre ich úspešnú realizáciu. K základným princípom moderného manažmentu patrí prioritný dôraz na riadenie výkonu a zvyšovanie spoľahlivosti ľudského činiteľa [3].
Ľudia trávia vo svojom zamestnaní podstatnú časť svojho aktívneho života. Ak pracujú pod vedením toho, koho si môžu pre jeho odbornosť, osobné vlastnosti a prístup k ľuďom vážiť, je to pre nich stimul k pracovnej aktivite a významným príspevkom k pocitu životnej spokojnosti. Manažér, ktorý je sám sebou, ktorý disponuje odbornosťou, ľudskými a charakterovými vlastnosťami, charizmou, pre pracovníkov predstavuje jednu z veľkých životných výhier. Veľmi citlivou je problematika odmeňovania a oceňovania pracovníkov v rámci dôsledného dodržania zásad vyplývajúcich z obsahu ustanovení pracovnoprávnych predpisov. V tejto súvislosti je potrebné sa zamerať na otázku a poukázať na možné a konkrétne problémy spojené s diferenciáciou miezd pracovníkov podľa zložitosti, zodpovednosti a namáhavosti práce, podľa zložitosti pracovných podmienok, podľa pracovnej výkonnosti a dosahovaných pracovných výsledkov. Za rovnakú prácu alebo za prácu rovnakej hodnoty, všetkým pracovníkom patrí rovnaká mzda. Bohužiaľ, u viacerých manažérov sa uplatňuje pravidlo „bližšia košeľa ako kabát“, keď jednorázovo alebo pravidelne, v mnohých prípadoch veľmi sofistikovane a skryte, zvýhodňujú im blízke osoby, čoho dôsledkom je pokles výkonnosti v mnohých prípadoch špičkových pracovníkov, v dôsledku ich demotivácie, čo môže mať za následok až zmenu zamestnávateľa.
V dôsledku známych aj menej známych dôvodov, v praktickom živote organizácie, mnohokrát dochádza v dôsledku porušení jasne stanovených pravidiel zo strany konkrétnych manažérov k určitých disproporciám a rozdielom, medzi deklarovanými zásadami a pravidlami v oblasti riadenia ľudských zdrojov, čo pre organizáciu – zamestnávateľa v konečnom dôsledku prináša nežiaduce a škodlivé situácie a stavy voči konkrétnym pracovníkom. O väčšine manažérov platí, že na riešenie najrôznejších problémov majú síce dosť vitality, avšak málo času. Práve deficit času môže byť jedným z dôvodov, keď manažér rozhodne vo veľmi osobnej veci konkrétneho pracovníka alebo v rámci riešenia konkrétneho odborného problému a úlohy tak, že jeho rozhodnutie má za následok frustráciu, stres, psychické zrútenie, prípadne ukončenie pracovného pomeru zo strany konkrétneho pracovníka, ktorý si je vedomý krivdy a neprávosti voči svojej osobe. Samozrejme, že súčasná doba si vyžaduje flexibilné a operatívne prijímanie rozhodnutí, avšak vždy je tu potrebné profesionálne posúdenie toho, čo je menej rizikové alebo menej problémové z pohľadu následkov takého rozhodnutia. Efektivita organizácie je podmienená predovšetkým organizačnými schopnosťami manažéra. V organizáciách sa objavia skutočné kvality manažéra mnohokrát až pri hraničných a krízových situáciách. Z pohľadu organizácie činnosti a riadenia času zo strany konkrétneho manažéra platí, že: „kto neuriadi sám seba z pohľadu času, nemôže riadiť druhých.“ Práve nezvládnutie time manažmentu, má veľmi významný vplyv na optimalizáciu a nadväznosť procesov prebiehajúcich v organizácií.
Keď chce dať manažér pracovníkom negatívnu spätnú väzbu v rámci realizácie hodnotiaceho osobného rozhovoru, začať by mal v prvom rade u seba. Spýtať sa sám seba, či je pripravený dať konštruktívnu spätnú väzbu. Ak pociťuje hnev a nervozitu, potrebné je, aby sa v prvom rade upokojil a zrovnal si svoje myšlienky. Emocionálny výbuch, nikto neprijme pozitívne. Cieľom každého manažéra by skôr a predovšetkým malo byť, pomôcť podriadenému odstrániť zistené nedostatky a zlepšiť sa v jeho pracovnej činnosti po stránke kvantitatívnej a taktiež kvalitatívnej. Zo strany žiadneho manažéra v rámci manažérskej praxe, nemali by sa nikdy hovoriť a presadzovať klamstvá. Spravidla, pravda vždy vyjde najavo. Tým sa v organizácií predchádza klebetám, ktoré môžu konkrétnu situáciu ešte zhoršiť a zároveň si manažér získava podporu ľudí, ktorú potrebuje a hlavne bude potrebná v zlých časoch.
Čas je jediné, čo v podnikaní nie je možné zastaviť a vrátiť späť. Nedostatok času manažéra, nemal by byť dôvodom na razantné odmietnutie pracovníka, ktorý 45
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Nadávky a krik voči pracovníkom sú prejavom nezvládnutých emócií manažéra. Tieto negatívne prejavy pomôžu len zriedka. V prípade, že je nutné pracovníkovi niečo vyčítať, potrebné je byť v tomto prípade pokojne dôrazný a prísny, avšak vyhýbať sa zvyšovaniu hlasu a nadávkam. Kritika manažéra voči ním riadenému pracovníkovi musí byť vecná a konkrétna.
Zákonník práce a nadväzujúce právne predpisy stanovujú, že predmetná oblasť činnosti je neoddeliteľnou súčasťou činnosti každého manažéra, stav a úroveň pracovísk, technických prostriedkov a vyhradených technických zariadení, vývoj vzniku mimoriadnych udalostí a výsledky najmä externých kontrol, hovoria v mnohých organizáciách o opaku.
V určitých situáciách sa manažér nevyhne aj kritike pracovníka. Cieľom kritiky by v prvom rade malo byť, upozornenie na zlý stav a postup ním vykonávanej práce. V rámci riešenia výčitiek, dôležité je, aby manažér spomenul predchádzajúce úspechy pracovníka, čím tento kritiku príjme účinnejšie a s pokorou. Pri kritike je potrebné zachovať priamosť a úprimnosť, pričom je potrebné dať pracovníkovi priestor na prípadné vyjadrenie sa. Dôležité je diskutovať o danom probléme a hľadať spoločné riešenia.
Mimo už nastolených problémov a dôvodov, je na mieste položiť si širšiu otázku: „prečo kvalitní ľudia odchádzajú?“ Odpoveďou môže byť a v mnohých prípadoch aj v skutočnosti je: odcudzenie pracovníka v dôsledku nespravodlivých pravidiel, nedostatočnej alebo žiadnej vymožiteľnosti obsahu ustanovení všeobecne záväzných a vnútropodnikových právnych predpisov v pracovnoprávnej oblasti a oblasti odmeňovania, uplatňovania nespravodlivej politiky alebo postupov, absencia spätnej väzby, žiadna alebo nedostatočná obojstranná komunikácia, absencia postihov pre pracovníkov nedosahujúcich plánom stanovených výsledkov, absencia vidiny žiaducej spojitosti medzi výkonom pracovníka a jeho odmenou, nepovšimnutie si alebo absencia príležitosti osobného rastu alebo postupu pracovníka, absencia hodnotenia svojej práce ako dôležitej alebo jej profesijné prispenie nie je rozpoznané a oceňované druhými, absencia príležitosti k využitiu prirodzeného talentu pracovníka, nerealistické očakávania od práce alebo pracovného miesta zastúpeného pracovníkom alebo absencia presnej predstavy pracovníka o svojom osobnom rozvoji a uplatnení svojich daností v organizácií, nesúlad medzi rovnosťou práva a povinností, v prospech posilnenia a zvyšovania povinností a obmedzovania práv na strane pracovníka.
Disproporcie medzi deklarovanými zásadami, pravidlami a systémom napĺňania problematiky riadenia ľudských zdrojov, skutočným správaním a chovaním sa manažérov voči pracovníkom sú blízke a spojené s organizáciami, v ktorých to dovoľuje vyznávaná a presadzovaná podniková kultúra. Jedným z kritérií úrovne podnikovej kultúry sú najmä údaje o tom, aký je vývoj fluktuácie v organizácií, aké je priemerné percento absencie z dôvodu práceneschopnosti, z dôvodu ošetrovania člena rodiny a taktiež vývoj absencie z dôvodu ošetrenia a vyšetrenia pracovníka u lekára. K zabezpečeniu zmeny podnikovej kultúry je potrebné, aby manažéri na všetkých úrovniach hierarchie organizácie, vyvíjali svoje aktivity v smere zásady: „neatakovať ľudí, ale atakovať stav, prostredníctvom riešenia problému a konkrétnej situácie.“ Postupnosť krokov v smere zmeny podnikovej kultúry znázorňuje tabuľka 2.
Krok
Tab. 2 Postupnosť krokov k zmene podnikovej kultúry Tab. 2 Sequence steps to change the corporate culture
1 2
3 4
Obsah postupu a krokov k zabezpečeniu zmeny podnikovej kultúry organizácie Postup z hora nadol – identifikácia potrieb rozvoja ľudí. Podpora: 1. zníženia mocenského postavenia, 2. výkonu 3. procesného riadenia 4. starostlivosti o personál. Delegovanie právomoci. Vysoká dôvera a jasné pravidlá.
Záver V súčasnom období, v období recesie, kedy sa hľadajú všetky možnosti a príležitosti v smere znižovania nákladov a zvyšovania výkonnosti a efektivity v každej jednej oblasti činnosti, je na mieste a malo by byť cieľom v oblasti riadenia ľudských zdrojov, aby si manažéri na všetkých stupňoch riadenia uvedomili, ako je dôležité mať v organizácií, na ich riadenom úseku činnosti stabilný, spoľahlivý a výkonný personál. K tomuto je hlavne potrebné a nutné, aby u každého manažéra víťazila a v každodennej pracovnej činnosti sa presadzovala a uplatňovala sila odborných argumentov, nad silou pozície, postavenia a silou hlasu. Výrazná
Pramen: vlastní práce Source: own work
Jednou z dôležitých oblastí, ktorá priamo súvisí s riadením ľudských zdrojov a priamo vplýva na zdravie a život pracovníka je problematika bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci, hygiena práce a pracovného prostredia, protipožiarna ochrana a ochrana životného prostredia. Aj napriek tomu, že Zákon o bezpečnosti, 46
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
dominancia, bez odbornej a ľudskej pripravenosti, spôsobuje a prináša vnútorné neuznanie zo strany podriadených pracovníkov.
väzby, úzka nadväznosť výrobných stupňov dvoch technologicky odlišných typov výrob ( fyzikálne – chemická technológia, mechanická technológia), aparatúrna výroba, pri nej obsluhujúci pracovník plní regulačné a kontrolné funkcie, vplyv rady náhodne pôsobiacich činiteľov na výrobný proces, poruchovosť, ktorej ekonomické dôsledky nie sú len funkciou času – nie len to vnáša mimoriadne nároky na znalosti a schopnosti, na osobnosť manažéra, na výkon jeho funkcie vo všetkých aktivitách spojených s riadením ľudských zdrojov
Manažér by mal ovplyvňovať svoje okolie a činnosť ním riadených pracovníkov odbornými stanoviskami, postojmi a podnetmi, v smere zabezpečenia vízie, poslania a cieľov organizácie, pričom by nemal zabúdať na to, že každý človek je živá bytosť, s ktorou môžu byť a sú spojené mnohé osobné situácie a problémy, ktoré prináša sám život. Manažér by mal uvažovať nie len nad obsahom, zadávaním a kontrolou pracovných úloh, ale tiež a čo je dôležité, pre človeka motivačné, prihovoriť sa, opýtať sa ku konkrétnej situácií a podať človeku pomocnú ruku. Človek bez kultúry jednania a rešpektovania etických zásad, nemôže byť dobrým manažérom a nikdy ním ani nebude.
Literatura [1] ŠTĚPANÍK, J.: Nejčastější chyby a omyly manažerské praxe. Praha: Grada Publishing, a.s., 2010.112 s. ISBN 978-80247-2494-2. [2] BEDRNOVÁ, E., NOVÝ, I. a kol.: Psychologie a sociologie řízení. Praha: Management Press, s.r.o., 2007. 790 s. ISBN 978-807261-169-0.
Pokiaľ bude sférou nášho záujmu metalurgia – hutný podnik, je manažment ľudských zdrojov, riešenie problematiky vzťahov „ manažér – riadený pracovník (ci ) “ náročnejší ako v mnohých iných priemyselných subjektoch – podnikoch. Dôvodom sú špecifické znaky výrobných procesov hutného podniku : logistické
[3] KRULIŠ, J.: Jak vítězit nad riziky. Praha: Linde, a.s., 2011. 558 s. ISBN 978-80-7201-835-2. [4] ARMSTRONG, M.: Řízení lidských zdrojů. Praha: Grada Publishing, a.s., 2008. 769 s. ISBN 978-80-247-1407-3.
Recenze: Ing. Miroslav Pivovarčík, MBA Ing. Andrea Samolejova, Ph.D. _____________________________________________________________________________________________
Evraz ve Vítkovicích kvůli povolenkám možná zavře ocelárnu a postaví novou ihned.cz, Zuzana Kubátová
4.4.2012
Evraz Vítkovice Steel si od příštího roku musí kupovat emisní povolenky. Jeho konkurenti je však dostanou zdarma. Vítkovický Evraz by nákup emisních povolenek vyšel na 70 mil Kč ročně. Firma proto zvažuje, že za 2 – 3 mld. Kč novou elektrickou pec a svou původní konvertorovou ocelárnu uzavře. Ve hře je však i varianta, že zcela zruší výrobu oceli. To by vyvolalo propuštění asi 200 zaměstnanců. HN to řekl šéf hutní firmy Dmitrij Ščuka. Vítkovický Evraz je jedinou domácí firmou v oboru, která od příštího roku nebude mít nárok na bezplatné emisní povolenky, takže by si je musela všechny kupovat na trhu. "Jsme v nevýhodné pozici. Evropská metodologie umožňuje přidělit bezplatné povolenky firmám z našeho oboru, jenomže nepočítá s výrobním cyklem, který máme," říká Ščuka. "Snažíme se to ještě změnit, podle mne se jedná o nerovné zacházení," dodává. Bezplatné povolenky mohou dostat jen hutě, jež mají buď vysokou pec nebo elektroocelárnu. Vítkovický Evraz nemá ani jedno, ani druhé a surové železo nakupuje od sousední hutě ArcelorMittal Ostrava. Pokud ke změně pravidel nedojde, chystá se Evraz reagovat úpravou výroby. Válcovnu zachová. Ale ohledně výroby oceli bude muset nějak rozhodnout. Kdyby postavil ocelárnu s vlastní elektrickou pecí, vyřešilo by to problém s povolenkami. Další variantou je zcela zrušit výrobu oceli a nechat v provozu jen válcovnu, která by zpracovávala polotovary dovážené z Ukrajiny nebo z Ruska. Ukončení výroby tekuré oceli by vyvolalo nejen propuštění vlastních kmenových zaměstnanců, ale postihlo by to i ArcelorMittal, který by přišel o část odbytu surového železa, i další partnery, například strojírny Vítkovice Heavy Machinery, jež pro vítkovický Evraz zajišťují služby. SB
47
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Hutnické list y č.3/2012, roč. LXV ISSN 001 8-8069
Princip stanovení výše pojistné zásoby v průmyslovém podniku The Principle of Determination of the Buffer Stock Value in an Industrial Company Ing. Petr Besta, Ph.D., Ing. Kamila Janovská, Ph.D., doc. Ing. Šárka Vilamová, Ph.D., Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Ing. Bc. Lukáš Hula, VÍTKOVICE IT SOLUTIONS a.s., Ostrava V oblasti plánování, řízení a nákupu materiálových zdrojů se často dostávají výrobní podniky do obtížně řešitelných situací. Na jedné straně přicházejí do výrobní organizace těžko odhadnutelné impulsy v podobě tržních pobídek, na druhé straně se snaží každý výrobní subjekt, co možná nejrealističtěji naplánovat všechny výrobní procesy. Do střetu se tedy dostávají dva systémy, které jsou diametrálně odlišné. Často poté vznikají problémy s nastavováním optimálních hladin zásob. Obecně lze říci, že zásoby jako celek budou vždy pro podnik znamenat určité množství komplikací spojených s jejich skladováním, udržováním, sledováním kvality a především s vázaností kapitálu v zásobách. Zásoby, ale také podniku umožňují udržovat plynulost výrobních operací a tím i pružně reagovat na poptávky trhu. Vždy bude tedy důležité nalézt optimální rovnováhu při stanovování výše výrobních zásob. Pro řízení zásob lze použít široké spektrum logistických metod, které budou ovšem vždy závislé na kvalitě vstupních informací. Obecně lze tyto metody rozdělit na statistické a simulační. V případě využití statistických metod dochází k analýze spotřeby materiálů za předchozí období. Podle výsledků analýzy variability jsou nastavovány pojistné hladiny zásob. Simulační metody mohou využívat stochastické nástroje pro odhad budoucí poptávky. Výhodou těchto metod je možnost snadno prověřovat důsledky různých scénářů vývoje vzhledem k nastaveným hodnotám pojistných zásob. Companies often get into difficult-to-solve situations in the area of planning, management and procurement of material resources. On one hand, there are hard-to-estimate impulses entering the production organization in the form of market incentives, on the other hand, every production entity tries to plan all production processes as realistically as possible. It is therefore a conflict between two systems that are completely different. The consequences of this situation are problems arising when setting up the optimal inventory levels. Generally speaking, the inventory as a whole, will always mean certain amount of complications for the company associated with its storage, maintenance, monitoring of quality, but especially with capital tied in inventories. However, stocks also allow a company to maintain continuity of production operations, thus reacting flexibly to market demand. That is why it will always be important to find an optimal balance in determining the level of production inventories. A wide range of relevant logistics methods exists, which can be used for inventory management. They will always depend on the quality of the input information. Generally, these methods can be divided into statistic and simulation methods. In case of utilization of statistic methods, they include an analysis of material consumption in the previous period. The buffer levels are determined according to the outcomes of a variability analysis. The simulation methods can use stochastic tools for the simulation of future demand. The advantage of these methods is the ability to easily check the consequences of various scenarios of development with regards to the set values of the buffer stocks. - Zásoby minimalizují dopady v neočekávaných dodavatelských výpadcích [2].
1. Vliv zásob na konkurenceschopnost firmy Zásoby chápeme jako bezprostřední přirozený prvek ve výrobních i distribučních organizacích. Zásobami rozumíme tu část užitných hodnot, které byly vyrobeny, ale ještě nebyly spotřebovány [1]. Držení zásob znamená pro výrobní podnik přínosy, ale také rizika. Hlavní výhody zásob lze klasifikovat do těchto bodů:
Negativní dopad zásob je možné vidět především v tom, že váží kapitál, spotřebovávají další práci a prostředky a nesou sebou riziko znehodnocení, nepoužitelnosti či neprodejnosti. Zostřující se konkurence na trzích spolu s vysokou úrokovou mírou pro krátkodobé úvěry může vést k tomu, že kapitál investovaný do zásob chybí pro financování technického a technologického rozvoje, ohrožuje likviditu podniku a snižuje jeho důvěryhodnost při jednání o úvěrech [3].
- Zásoby přispívají k řešení časové a kapacitní disharmonie ve výrobní firmě - Zásoby podporují produkci širšího sortimentu výrobků - Zásoby přispívají k tomu, aby výrobní proces bylo možné realizovat v optimálním rozsahu (vhodné výrobní dávky). - Zásoby přispívají k minimalizaci dopadů nepředvídatelných výkyvů a poruch. adekvátní operativnost dodávek. Oba tyto vlivy jsou ovšem antagonistické a bude vždy důležité nalézt určitý
Zásoby jsou bezesporu faktorem, jenž zásadním způsobem ovlivňuje konkurenceschopnost každé firmy. Vysoká hladina zásob způsobuje alokaci finančních prostředků v zásobách, ale současně optimalizuje kompromis. V případě výrobních firem patří zásoby mezi finančně nejobjemnější kategorie. Také proto jsou 48
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
rozhodnutí týkající se systému řízení zásob často strategického charakteru.
údaje stanovovány například v oblasti automobilového průmyslu, kde přerušení výrobního toku může generovat mnoha miliónové škody již v průběhu několika hodin. Ve většině firem však nebude nikdy možné zcela jednoznačně vyjádřit finanční dopady plynoucí z nedostatku zásob. Vzhledem k tomu je konkrétní výše pojistné zásoby zpravidla definována na základě obchodní politiky firmy. Pro určení přesné výše pojistné zásoby formou statistické analýzy je možné využít celou řadů postupů. Velmi univerzální možností je stanovení pojistné zásoby založené na určení aritmetického průměru a směrodatné odchylky. Vztah pro výpočet pojistné zásoby PZ lze poté zapsat tímto způsobem:
2. Tvorba pojistných hladin zásob Systém tvorby pojistných zásob vychází z principu ekonomického objednacího množství. Tento model však předpokládá nepřetržitou, konstantní a známou výši poptávky stejně jako konstantní a známý cyklus realizace objednávky [4]. Tyto značně zjednodušující předpoklady zaručují, že firma po prodeji poslední jednotky zásoby z dané velikosti ekonomického objednacího množství obdrží následující objednanou dodávku, aniž by nesla ztráty a rizika spojená s nedostatkem.
PZ k R d D R
V reálné praxi průmyslových firem však k takové situaci dochází spíše ojediněle. Tempo spotřeby mnoha položek zásob ovlivňují ekonomické, politické, právní, kulturní či sociální podmínky, jakož i aktivity konkurence nebo změny ve spotřebitelských návycích [5]. Stejně tak působí řada vlivů na délku cyklu realizace objednávky. Mění se doba přípravy a doručení objednávky, kolísá přepravní čas, dodavatel není schopen pružně reagovat na změny v poptávce.
2
2
2
(1)
Jednotlivé proměnné mají následující význam: k - koeficient zajištění R - průměrná délka cyklu realizace objednávky σD - směrodatná odchylka denního prodeje D - průměrný denní prodej σR - směrodatná odchylka cyklu realizace objednávky Tento model pojistné zásoby vychází z předpokladu, že budoucí údaje o spotřebě a cyklu realizace objednávky budou podobného charakteru jako analyzovaná data. Pokud by budoucí spotřeba materiálu měla výrazně odlišný charakter, bude také vypovídací schopnost této metody omezená.
Jakákoliv vyšší neočekávaná potřeba materiálu (zásob) poté okamžitě znamená vznik nedostatku, který může ovlivnit plynulost výroby. To znamená pro firmu ztráty související z přerušením výroby, ušlý zisk za nerealizovaný obchod, penále za pozdě dodané zboží, zhoršení jména a pověsti firmy nebo dokonce ztrátu zákazníka.
3. Stanovení optimální výše pojistné zásoby
V reálné praxi se proti těmto důsledkům firmy brání a vytvářejí pojistné hladiny zásob. Pojistná zásoba by tedy měla výrobní podnik chránit proti neočekávaným výkyvům a podporovat spojitý charakter výrobního procesu.
Statistické metody tvorby pojistných hladin zásob mohou být založeny na využití údajů o spotřebě a cyklu realizace objednávky. Tab. 1 Údaje o spotřebě vybraných položek zásob Tab. 1 Data on the consumption of the selected inventory items
Při vytváření pojistných hladin zásob je ovšem nutné zvážit náklady spojené s jejich udržováním, ale také důsledky související s rizikem nedostatku. Konkrétní výši pojistné zásoby lze stanovit buď prostřednictvím simulačních nebo statistických metod [6]. V případě statistických metod se jedná o analýzu dlouhodobě sledovaných dat. Simulační nástroje naopak umožňují ověřovat možné hypotetické výkyvy ve spotřebě a důsledky, které mohou mít pro výrobní podnik. Odlišné hladiny pojistných zásob mohou pro podnik znamenat diametrálně rozdílné důsledky. Udržování pojistné zásoby v takové výši, která by zamezila vzniku nedostatku zásoby ve všech případech, by bylo pro firmu zbytečně nákladné. Dopady nedostatku, který se vyskytne výjimečně, mohou být mnohem menší než náklady na celoroční udržování dodatečné zásoby. Vzhledem k těmto skutečnostem je obvyklé, že se firma rozhodne udržovat pojistnou zásobu, která ji ochrání v 80 % všech případů. Při nastavování pojistných hladin zásob je důležité porovnat náklady na udržování zásob s možnými důsledky plynoucími z potenciálního ohrožení výrobního procesu. Velmi přesně jsou tyto
Výhodou této metody je, že potřebné údaje je možné získat v jakékoliv organizaci a její použití je tedy velmi 49
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Hutnické list y č.3/2012, roč. LXV ISSN 001 8-8069
univerzální. Tab. 1 ukazuje modelová data pro dvě položky zásob. Jedná se o výběrový soubor dat vycházející z realizovaného dlouhodobého sledování. U každé položky je uvedena spotřeba za posledních 20 dnů a také cyklus realizace objednávky. Pro tyto údaje byly určeny všechny potřebné charakteristiky, které využívá model pojistné zásoby (průměr, směrodatná odchylka). Jako doplňková charakteristika byla pro spotřebu obou položek zásob určena podílová míra variability – variační koeficient.
určeny dle dat uvedených v tab. 1. Výpočet výše pojistné zásoby pro položku č. 2: PZ k R d D R 2
PZ (95%) 1,645 6,0 3,0 2 13,6 2 1,12 27,4 PZ (90%) 1,282 6,0 3,0 2 13,6 2 1,12 21,4 PZ (85%) 1,036 6,0 3,0 2 13,6 2 1,12 17,3
Výsledné hladiny pojistných zásob jsou dány velikostí rizika vyjádřeného hodnotou koeficientu zajištění, ale také charakterem spotřeby a cyklem dodávek. Výkyvy ve spotřebě výrazným způsobem ovlivňují výši pojistné zásoby. Obr. 1 ukazuje grafický záznam o průběhu spotřeby. V grafu jsou také vyneseny údaje o průměrné spotřebě, která je zobrazena pro obě položky zásob jako konstantní funkce. Graf jen potvrzuje závěry vyvozené na základě hodnoty variačního koeficientu. Pokud by se v případě položky č. 1 jednalo o klíčovou komponentu, jejíž nedostatek by znamenal velké škody, bylo by nutné využít vysoké úrovně koeficientu zajištění (99 %). Toto by znamenalo udržování pojistné zásoby ve výši 75 ks. Jestliže by se současně jednalo o druh zásob s vysokou pořizovací cenou, pak by pojistné zásoby vysoce zatěžovaly výrobní náklady. V případě koeficientu zajištění 85 % je úroveň výše pojistné zásoby 33,4 ks. V případě koeficientu zajištění 85 % podstupuje firma 15% riziko plynoucí z potenciálního nedostatku zásob. Pokud porovnáme vypočtenou úroveň zásob pro obě hladiny koeficientu zajištění (85 a 99 %) vidíme, že vyšší hodnota znamená více než dvojnásobnou úroveň pojistné zásoby. Na tomto příkladu lze velmi dobře vidět, jak zásadní vliv může mít výše pojistné zásoby na celkový objem zásob. Vyšší zajištění proti potenciálním rizikům pak znamená velký nárůst nákladů.
PZ k R d D R 2
2
PZ (99%) 2,326 6,0 3,0 2 13,6 2 1,12 38,7
Všechny výsledky jsou zaznamenány v rámci tab. 1. Stanovený variační koeficient vykazuje u obou položek zásob zcela odlišnou míru variability. V případě položky č.1 je jeho hodnota 117,8 %. Toto znamená vysokou míru variability a velmi omezenou možnost predikce spotřeby. Položka č.2 vykazuje naopak pravidelnost ve spotřebě a velmi dobrý odhad budoucí spotřeby (Vx = 22,1 %). Pro stanovení pojistné hladiny zásob byly zvoleny čtyři úrovně koeficientu zajištění (99 %, 95 %, 90 %, 85 %). Koeficient zajištění 95 % znamená, že firma je ochotná podstoupit riziko nedostatku zásob ve výši 5 %. Hodnota koeficientu zajištění je poté dána dle Gaussovy křivky rozptylu. Výpočet výše pojistné zásoby pro položku zásob č. 1 lze poté zapsat následujícím způsobem: 2
2
2
PZ (99%) 2,326 6,0 12,32 10,5 2 1,12 75,0 PZ (95%) 1,645 6,0 12,32 10,5 2 1,12 53,1 PZ (90%) 1,282 6,0 12,32 10,5 2 1,12 41,4 PZ (85%) 1,036 6,0 12,32 10,5 2 1,12 33,4
Stejným postupem lze určit hodnotu pojistné zásoby také pro druhou sledovanou položku. Hodnota koeficientu zajištění je stejná. Dosazené hodnoty byly 45 40 35
Spotřeba
30 Položka 1 25
Položka 2
20
Průměr 1 Průměr 2
15 10 5 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Dny
Obr. 1 Vývoj variability spotřeby zásob Fig. 1 The development of the variability of the inventories consumption
50
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV ISSN 0018-8069
Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management
Druhá položka zásob nemá velké výkyvy ve spotřebě. V případě koeficientu zajištění 99 % je hodnota pojistné zásoby 38,7 ks a pro 85 % je stanovená pojistná zásoba 17,3 Ks. Obr. 1 také zachycuje výrazně nižší výkyvy ve spotřebě. Pro položku č. 2 lze považovat stanovený průměr za relevantní charakteristiku, protože odchylky od něj jsou velmi malé.
Klíčové je především nastavení pojistných hladin zásob. Vysoké hladiny pojistných zásob znamenají zvýšené náklady plynoucí z udržovacích nákladů (náklady z vázanosti kapitálu v zásobách, náklady na udržování skladu, náklady na pojištění zásob, náklady z možné ztráty hodnoty zásob). Vzhledem k těmto skutečnostem je logická snaha všech výrobních organizací snižovat množství alokovaných finančních prostředků v zásobách. Nízká hladina pojistných zásob může ovšem znamenat při velkém výkyvu ve spotřebě nedostatek a zastavení výrobního procesu. Volba konkrétní pojistné hladiny zásob je ovlivněna charakterem výroby, ekonomickou situací firmy, ale také očekáváním a náročností zákazníků. Všude tam, kde je nutná vysoká operativnost v dodávkách nebo kde potenciální nedostatek zásob znamená velké škody, je nutné volit vyšší hladiny zajištění. Toto bude ovšem znamenat také vyšší úroveň nákladů spojených s udržováním zásob. V případě, že si výrobní organizace může dovolit podstoupit vyšší riziko nedostatku zásob, je naopak udržování velkých množství zásob neefektivní. Zejména pokud se jedná o zásoby s vysokou pořizovací cenou.
Stanovení konkrétní pojistné hladiny zásob bude vždy dané charakterem výrobního procesu, ale také obchodní politikou firmy. Je důležité zhodnotit rizika plynoucí z nedostatku zásob a stanovit si priority při uspokojování potřeb zákazníků. Nesystémové snižování výrobních zásob nemusí přinést očekávaný efekt, ale může znamenat vznik řady problémů ohrožujících plynulost výrobního procesu. Při určování výše pojistné zásoby je důležité vycházet z relevantní analýzy struktury zásob. Zde je možné využít základní metody pro klasifikaci zásob. Především se jedná o Paretovu analýzu a analýzu variability. Obě tyto metody jsou často používány současně a umožňují komplexní pohled na systém řízení zásob. Při určování výše pojistné zásoby se poté zpravidla postupuje individuálně podle charakteru jednotlivých položek. Jednotlivé zásoby jsou klasifikovány do několika skupin, podle charakteru a pravidelnosti ve spotřebě. Pro tyto skupiny je poté navržen optimální systém řízení zásob. V případě vysoce pravidelných zásob, u kterých je predikce spotřeby jednoznačná, je zbytečné udržovat nadlimitní množství. Důležitým faktorem je přirozeně také doba dodání. V případě delších dodacích termínů bude i zde nutné využít vyšších zajišťovacích stupňů. Často využívaným řešením je budování konsignačních skladů. Toto je ovšem možné pouze v případě větších organizací, které spotřebovávají pro výrobu velké množství vstupních zdrojů. Zřízení konsignačního skladu je jak pro odběratele tak pro dodavatele totiž ekonomicky efektivní od určité úrovně spotřeby zásob.
Poděkování Práce vznikla za podpory specifického univerzitního výzkumu Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky č. SP 2012/12. Literatura [1] TOMEK, J.; HOFMAN, J. Moderní řízení nákupu podniku. Praha: Management Press, 1999 [2] SIXTA, J.; ŽIŽKA, M. Logistika: používané metody. Brno: Computer press, a.s., 2009 [3] BAZALA, J. Logistika v praxi. Praha: Verlag Dashöfer, 2003 [4] KOŠTURIAK, J.; FROLÍK, Z. Štíhlý a inovativní podnik. Praha: Alfa Publishing, 2006 [5] TAKEDA, H. Low Cost Intelligent Automation. Verlag Moderne Industrie Landsberg, 2004
Závěr
[6] LENORT, R.; BESTA, P. Analysis and evaluation of sorting and processing logistics of used products from the consumers. Logistyka, 2009, No. 5, pp. 82-84.
Zásoby jsou často řazeny mezi sedm základních zdrojů plýtvání. Optimální množství zásob může zásadním způsobem ovlivňovat konkurenceschopnost firmy.
Recenze: Ing. Jaroslav Bazala, Ph.D. doc. Ing. Stanislav Ptáček, CSc.
_____________________________________________________________________________________________
Sept. 24 - 26
Beijing, China
51
Zprávy HŽ, a.s.
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
hutní výroba v ČR a SR _____________________________________________________________________________________________ Meziroční porovnání měsíčních a postupných hutních výrob roku 2011 a 2012 únor 2012
Výroba *) Výroba Index březen leden-březen únor 2012 2012 2011 2012/11 tis.t (upřesněn) tis.t %
KOKS CELKEM 268,00 292,33 853,30 z toho (HŽ) ČR 145,22 154,74 456,98 (HŽ) SR 122,78 137,58 396,32 AGLOMERÁT CELKEM 565,08 688,04 1 942,11 z toho ČR 365,98 450,44 1 266,11 SR 199,10 237,60 676,00 SUROVÉ ŽELEZO CELKEM 624,87 705,01 1 938,86 z toho ČR 314,00 351,42 1 015,80 SR 310,86 353,59 923,06 SUROVÁ OCEL CELKEM 799,13 918,39 2 504,27 z toho ČR 424,67 476,86 1 358,81 SR 374,46 441,53 1 145,47 KONTISLITKY CELKEM 756,43 869,92 2 374,63 z toho ČR 382,97 429,38 1 232,17 SR 373,46 440,53 1 142,47 BLOKOVNY CELKEM 47,61 53,51 150,81 z toho ČR 47,61 53,51 150,81 SR 0,00 0,00 0,00 VÁLCOVANÝ MATERIÁL CELKEM 738,02 813,70 2 293,94 z toho ČR 402,30 428,66 1 276,73 SR 335,72 385,04 1 017,21 TRUBKY CELKEM 68,09 69,76 203,35 z toho ČR 46,75 47,32 138,51 SR 21,34 22,44 64,84 TAŽENÁ, LOUPANÁ, BROUŠENÁ OCEL CELKEM= (HŽ)ČR 14,28 15,34 45,47 STUDENÁ PÁSKA KLASICKÁ CELKEM= (HŽ)ČR 2,49 3,09 8,25 POZNÁMKA: *) Za poslední měsíc jsou údaje předběžné Zpracoval: Hutnictví železa, a.s. - ing. Vala
Výroba Index březen 2011 2012/11 tis.t %
Výroba Index leden-březen 2011 2012/11 tis.t %
262,23 136,08 126,15
102,20 106,72 97,33
295,75 157,44 138,30
98,84 98,28 99,48
836,60 430,05 406,55
102,00 106,26 97,48
578,51 352,61 225,90
97,68 103,79 88,14
650,76 423,96 226,80
105,73 106,25 104,76
1 856,54 1 173,44 683,10
104,61 107,90 98,96
616,38 328,15 288,24
101,38 95,69 107,85
679,73 360,84 318,89
103,72 97,39 110,88
1 989,88 1 057,15 932,72
97,44 96,09 98,96
804,73 442,89 361,84
99,30 95,89 103,49
881,65 483,32 398,33
104,17 98,66 110,85
2 606,73 1 421,98 1 184,75
96,07 95,56 96,68
757,89 397,10 360,79
99,81 96,44 103,51
826,41 429,12 397,28
105,26 100,06 110,89
2 456,32 1 274,72 1 181,60
96,67 96,66 96,69
45,23 45,23 0,00
105,26 105,26 0,00
52,71 52,71 0,00
101,51 101,51 0,00
152,14 152,14 0,00
99,12 99,12 0,00
727,38 430,12 297,26
101,46 93,53 112,94
824,55 456,94 367,61
98,68 93,81 104,74
2 395,28 1 358,83 1 036,45
95,77 93,96 98,14
65,06 44,97 20,09
104,65 103,96 106,20
73,21 50,74 22,47
95,28 93,25 99,87
204,41 139,90 64,51
99,48 99,00 100,52
12,83
111,28
13,81
111,07
40,39
112,58
3,28
75,87
3,81
80,99
10,05
82,02
52
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Zprávy HŽ, a.s.
Meziroční porovnání měsíčních a postupných hutních výrob roku 2011 a 2012 březen 2012
Výroba *) duben leden-duben 2012 2012 tis.t (upřesněn)
KOKS CELKEM 292,33 282,19 1 135,49 z toho (HŽ) ČR 154,74 150,55 607,53 (HŽ) SR 137,58 131,64 527,96 AGLOMERÁT CELKEM 688,04 696,59 2 638,70 z toho ČR 450,44 417,19 1 683,30 SR 237,60 279,40 955,40 SUROVÉ ŽELEZO CELKEM 705,01 668,75 2 601,60 z toho ČR 351,42 343,31 1 353,11 SR 353,59 325,44 1 248,50 SUROVÁ OCEL CELKEM 918,39 874,13 3 378,41 z toho ČR 476,86 467,42 1 826,23 SR 441,53 406,71 1 552,18 KONTISLITKY CELKEM 869,92 830,30 3 204,94 z toho ČR 429,38 424,59 1 656,76 SR 440,53 405,71 1 548,18 BLOKOVNY CELKEM 53,51 31,82 182,62 z toho ČR 53,51 31,82 182,62 SR 0,00 0,00 0,00 VÁLCOVANÝ MATERIÁL CELKEM 813,47 732,47 3 036,59 z toho ČR 428,43 396,15 1 683,06 SR 385,04 336,32 1 353,53 TRUBKY CELKEM 71,27 66,14 271,00 z toho ČR 48,83 44,42 184,43 SR 22,44 21,72 86,56 TAŽENÁ, LOUPANÁ, BROUŠENÁ OCEL CELKEM= (HŽ)ČR 15,34 14,64 60,11 STUDENÁ PÁSKA KLASICKÁ CELKEM= (HŽ)ČR 2,91 2,53 10,60 POZNÁMKA: *) Za poslední měsíc jsou údaje předběžné Zpracoval: Hutnictví železa, a.s. - ing. Vala
Výroba Index březen 2011 2012/11 tis.t %
Výroba Index duben 2011 2012/11 tis.t %
Výroba Index leden-duben 2011 2012/11 tis.t %
295,75 157,44 138,30
98,84 98,28 99,48
291,19 156,04 135,15
96,91 96,48 97,41
1 127,79 586,09 541,70
100,68 103,66 97,46
650,76 423,96 226,80
105,73 106,25 104,76
618,63 413,43 205,20
112,60 100,91 136,16
2 475,17 1 586,87 888,30
106,61 106,08 107,55
679,73 360,84 318,89
103,72 97,39 110,88
622,01 338,55 283,46
107,51 101,41 114,81
2 611,89 1 395,70 1 216,19
99,61 96,95 102,66
881,65 483,32 398,33
104,17 98,66 110,85
811,36 461,01 350,35
107,74 101,39 116,09
3 418,09 1 882,99 1 535,10
98,84 96,99 101,11
826,41 429,12 397,28
105,26 100,06 110,89
757,09 407,79 349,30
109,67 104,12 116,15
3 213,41 1 682,52 1 530,90
99,74 98,47 101,13
52,71 52,71 0,00
101,51 101,51 0,00
46,74 46,74 0,00
68,07 68,07 0,00
198,88 198,88 0,00
91,82 91,82 0,00
824,55 456,94 367,61
98,66 93,76 104,74
690,81 409,79 281,01
106,03 96,67 119,68
3 086,09 1 768,62 1 317,47
98,40 95,16 102,74
73,21 50,74 22,47
97,34 96,23 99,87
57,10 44,98 12,13
115,83 98,76 179,13
261,51 184,88 76,63
103,63 99,76 112,96
13,81
111,07
12,92
113,24
53,31
112,74
3,81
76,27
3,02
83,95
13,07
81,09
53
Z hospodářské činnosti podniků
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
z hospodářské činnosti podniků Diskusní příspěvek k článku „Deformation Characteristics of the Tensile Specimen of Steel Sheet in Local and Global Area Using Videoextensometry“ autorů Hlebová, S., Pešek, L., Kandra, T. uveřejněného v tomto vydání časopisu: Hutnické listy, 2012, roč. LXV, č. 3, s. 14 Ing. Jan Počta, CSc., CSM Ostrava bylo prokázáno, že se efektivní délka pásma deformace v průběhu času neustále zmenšuje a deformace se soustřeďuje do stále kratšího úseku kolem budoucí trhliny. K objasnění geometrické interpretace obrysové čáry krčku byl zaveden pojem tvarový součinitel Kt
Jednoduché zkoušky plastičnosti patří k objektivním metodám identifikace chování materiálu při zatěžování, a to od počátku deformace až do mezního stavu, kdy dochází k porušení soudržnosti. U tahových zkoušek se to projeví přetržením zkoušky. Tahová zkouška je zdánlivě jednoduchá k provedení i vyhodnocování a jejími poskytnutými hodnotami se technická praxe nejčastěji řídí při popisu vlastností materiálu. Přestože existuje norma a smluvní podmínky vyhodnocování [1], řada autorů se chápe vlastní interpretace tahové zkoušky. Důvodem je to, že norma vyhodnocuje tahovou zkoušku tak, že změřené parametry vztahuje k celému objemu vzorku, což autoři zmíněného článku Hlebová, S., Pešek, L., Kandra, T. nazývají globální oblastí. Ve skutečnosti se zkušební materiál při tahu zpevňuje a v důsledku toho se deformace soustřeďuje na stále užší místo kolem vznikajícího krčku.
Kt =
(d
+ dk )
2
p
4 ⋅ d p ⋅ dk
,
(1)
který byl analyticky odvozen z lineární aproximace obrysové čáry krčku. V rov. (1) je dp průměr vzorku při dosažení meze stability deformace, tedy v oblasti homogenní deformace, dk je průměr vzorku v nejužším místě krčku, kam dospěla maximální deformace v mezním stavu. Je-li Kt = 1, plastická deformace se rozvíjí po celou dobu zatěžování vzorku téměř v celé délce krčku Jeho efektivní délka se nemění. Materiál je přiveden do značně plastického stavu a zpevnění působí jen v omezené míře nebo nepůsobí vůbec. V takovém případě vnější obrys zkušební tyčky ve všech jejích částech, tj. nejen v místech, kde se deformace ukončila v homogenním stádiu, ale i v místech, kde pokračovala heterogenní deformace, lze linearizovat s dobrou těsností. Je-li Kt >1, pak velmi silně působí zpevnění. Plastická deformace se v průběhu zatěžování soustřeďuje do stále užšího úseku, takže se efektivní délka pásma intenzivní deformace neustále zkracuje. V limitním případě zaujímá jen prostor v nejbližším okolí vnitřní trhliny, jejíž čelo spěje k povrchu vzorku, aby posléze došlo k přetržení. V tomto případě lineární aproximace obrysové čáry krčku není zcela těsná.
Konečný tvar krčku tedy vychází z historie deformace, tj. z průběhu deformace za současného působení zpevnění. K vyhodnocování tahové zkoušky se pak využívají parametry zjištěné v lokální oblasti, jak to nazývají ve svých článcích autoři článku. Míra zpevnění je u každého materiálu jiná. Např. u chromových feritických ocelí je zpevnění minimální, takže deformace probíhá prakticky v globální oblasti. Samozřejmě musí k tomu být vhodná zkušební teplota a deformační rychlost. Projeví se to tak, že krček je dlouhý, někdy zaujímá celou délku měrné části zkušební tyčky a poloměr zakřivení jeho vnějšího obrysu je velký. U vysoce legovaných chromniklových nebo i jiných austenitických ocelí se v průběhu času struktura zpevňuje a deformace se soustřeďuje na stále užší místo kolem krčku. Délka krčku je tedy malá a poloměr zakřivení jeho vnějšího obrysu v okolí trhliny je malý. K takovému tvaru krčku autoři diskutovaného článku došli u své tahové zkoušky, jejíž vzorek prezentují v tomto čísle Hutnických listů na obr. 2b), s. 16.
Iniciace trhliny spočívá v tvorbě mikrotrhlin v nejužším místě zkušebního vzorku. Následuje koalescence mikrotrhlin do stavu, kdy z některých z nich vznikne jedna největší – makrotrhlina. Ta pak působením napětí na čele trhliny přednostně roste zevnitř k povrchu vzorku. Tento princip je dostatečně známý. Tvorba vnitřní trhliny byla dostatečně prokázána u mědi rentgenograficky [4], u aluminiových slitin a některých druhů oceli ve stavu po tažení za studena ultrazvukem nebo na metalografických výbrusech s magnetickými prášky [5] či přímým pozorováním, jak uvádí [6]. Také
Autor tohoto diskusního příspěvku prováděl lokální vyhodnocování velké řady tahových zkoušek za tepla na vzorcích s kruhovým průřezem, provedených u průmyslově vyráběných ocelí s feritickou i austenitickou strukturou, a to tak, aby se jejich chemické složení a strukturní stav mohl v různé formě projevit na průběhu deformace [2, 3]. Experimentálně 54
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Z hospodářské činnosti podniků
vlastní práce autora příspěvku [14, 16] potvrdily, že na počátku porušení tahového vzorku stojí tvorba mikrotrhliny (obr. 1). U prozkoušených ocelí přednostní trhliny vznikaly v okolí tvrdých a ostrohranných vměstků TiN nebo v σ fázi, která má sníženou plasticitu ve srovnání s matečnou austenitickou matricí.
byly spojité křivky 3. řádu [3], a analyticky, kdy celá křivka sestávala z parabolického, lineárního a exponenciálního úseku [2]. Pro určení význačných bodů a pro výklad fyzikálně metalurgických dějů je vhodnější analytický popis.křivky σs = f(δs). S využitím akustické emise tedy bylo možno v průběhu zkoušek určit: 1. oblast homogenní deformace 2. mez pevnosti, tj. bod s maximální zatěžující silou anebo s přechodem parabolického průběhu křivky σs = f(δs) do lineárního průběhu 3. oblast nehomogenní deformace, kdy dochází k poklesu síly a kdy závislost σs = f(δs) nabývá lineární průběh 4. bod se zjevnou koalescencí mikrotrhlin a iniciací středové mikrotrhliny, v němž končí lineární průběh křivky σs = f(δs) 5. oblast s růstem čela mikrotrhliny k povrchu vzorku a s exponenciálním průběhem závislosti σs = f(δs) způsobeným nárůstem nehomogenity napjatosti ∆σ a vrcholícím v mezním stavu – porušení soudržnosti. Plastické mechanizmy a mechanizmy porušení tedy zanechávaly svou charakteristickou stopu v projevu akustické emise.
Obr. 1
Dřívější práce [4-12] zabývající se touto problematikou studovaly mechanizmy porušení s využitím vyjmenovaných laboratorních metod na speciálně vyrobených kovech nebo slitinách a za studena. Práce publikované v [13-16] byly prováděny na průmyslově vyráběných ocelích a za tepla. O to obtížnější bylo vyhodnocování akustických signálů, protože celá zkouška byla uzavřená v pícce. Eliminací šumu od chladicí vody a jiných vlivů a statistickým přístupem k vyhodnocování bylo možno na křivce σs = f(δs) určit výše uvedené význačné body a úseky v průběhu konání zkoušky. Tím bylo možno zastavit a přerušit tahovou zkoušku v jakémkoliv žádaném okamžiku a přesvědčit se na řezu vzorku o stavu deformace uvnitř vzorku. Okamžik koalescence mikrotrhlin ve středovou makrothlinu byl tak experimentálně identifikován jako přechod lineární části křivky σs = f(δs) v exponenciální úsek.
Příčná mikrotrhlina v σ fázi u oceli Cr1Ni12Mo2, teplota 800 °C, deformační rychlost v počáteční fázi deformace 2.10-1 s-1, mikrotrhlina patrná uprostřed snímku
Všechny tyto metody, pokud jsou aplikovány u tahových vzorků s kruhovým průřezem, dovolují sledovat vznik a vývoj mikrotrhliny jen po přerušení zkoušky. Od okamžiku vzniku první marotrhliny dochází k jejímu neustále se zrychlujícímu růstu zevnitř směrem k povrchu. Tento stav byl také v řadě literárních pramenů matematicky prokázán a u materiálů připravených speciálně pro laboratorní zkoušky experimentálně ověřen [7-12].
Na křivkách σs = f(δs) lze vypozorovat 4 etapy akustické emisní aktivity. Oblasti s intenzivní akustickou emisí se vyskytují ve význačných výše vyjmenovaných bodech (mez pevnosti, vznik první význačné mikrotrhliny, která přerůstá v makrotrhlinu, porušení soudržnosti) a před tím zhruba v polovině lineárního úseku křivky σs = f(δs). V tomto místě nastává u oceli za podmínek určených u obr. 1 exponenciální nárůst nehomogenity napjatosti definované vztahem [14]
S využitím akustické emise při tahových zkouškách [1316] bylo možno nejen určit okamžik vzniku středové makrotrhliny, ale identifikovat plastické mechanizmy v celém průběhu zatěžování vzorku až do jeho přetržení. Výhodou využití akustických signálů bylo, že nebylo nutné přerušovat zkoušku a každý vzorek bylo možno zatěžovat v celé škále deformace až do přetržení. Akustické signály totiž mají charakteristický průběh v jednotlivých stádiích deformace. Podle jejich amplitudy a frekvence, aniž by se ještě prokreslily diagramy skutečné napětí σs – skutečná deformace δs jakožto funkce σs = f(δs), bylo možno u každého vzorku určit význačné body. Křivky σs = f(δs) byly sestrojeny dvěma metodami: regresní analýzou, jejíž výsledkem
∆σ = exp[1,5601(δk – 0,1831)]-1
55
(2)
Z hospodářské činnosti podniků
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Do okamžiku, kdy počíná růst nehomogenita napjatosti ∆σ, má tvarový součinitel Kt hodnotu 1. Za tímto bodem tvarový součinitel u dané oceli a za daných podmínek zkoušení exponenciálně roste podle vztahu
K t = 0,7027 ⋅ (δ k − 0,5)
2, 6849
+1,
byla zastavena hodně pozdě, kdy se středová makrotrhlina rozšířila až téměř k samotnému povrchu, ale k vnějšímu porušení celistvosti vzorku ještě nedošlo. Matematická odvozování a experimentální ověřování s využitím metod pro identifikaci vnitřní trhliny v doprovodu s akustickou emisí prokázaly, že objektivní hodnocení tahové zkoušky až do mezního stavu je lokální, nikoliv globální. Autoři diskutovaného článku tedy správně přistupovali k lokálnímu vyhodnocení svých tahových zkoušek.
(3)
materiál se lokálně zpevňuje, deformace se stále více soustřeďuje do nejužšího místa krčku, efektivní délka krčku se zkracuje a krček má ve svém nejužším místě ostrý obrys (malý poloměr zakřivení).
Literatura [1] PERNIS, R. Meranie a označovanie ťažnosti. Hutnické listy, 2011, roč. LXIV, s. 73, ISSN 0019-8069
Při hodnotě δk = 1,06 dosáhla nehomogenita ∆σ hodnotu 2,93 % a v tomto stavu se vytvořila již pokročilá vnitřní trhlina znázorněná rentgenograficky na obr. 2.
[2] POČTA, J. Hodnocení tvařitelnosti oceli za tepla tahovou zkouškou. Hutnické aktuality, 1981, roč. 22, č. 8, INFORMETAL, VÚHŽ Dobrá, 51 s. [3] POČTA, J. Využití regresní výpočtové metody pro hodnocení tahové zkoušky za tepla. Hutnické listy, 1985, roč. , č. 5, s. 343 – 348 [4] NÁDAI, A. Theory of Flow and Fracture of Solids. Engineering Societes Monographs, New York, McGraw-Hill Book Comp. 1950 [5] SCHNEEWEISS, G., TRČKA, P. Steel Research, 56, 1985, č. 1, s. 51-56 [6] VELES, P. Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov, 2. vydanie. Bratislava: Alfa, Praha: SNTL, 1989, 401 s. [7] POLAKOVIČ, A. Kovové materiály, 22, 1984, č. 1, s. 48-60 [8] MINÁR, P. aj. Kovové materiály, 22,1984, č. 1, s. 80-91 [9] POLAKOVIČ, A. Kovové materiály, 24, 1984, č. 1, s. 114-127 [10] PILOUS, V. aj. Kovové materiály, 26, 1987, č.1, s. 468-481 [11] KENNEDY, J.R. Metal Science, 18, June 1984, s. 286-288 [12] KELLER, H. aj. Steel Research, 57, 1986, č. 6, s. 393-401 [13] POČTA, J., CRHA, J. Identifikace mezního stavu plastičnosti u tahové zkoušky za tepla pomocí akustické emise. Hutnické listy, 1991, roč. , č. 1 – 2, s. 68 – 73 [14] POČTA, J. Identifikace mezního stavu plastičnosti oceli u tahové zkoušky za tepla pomocí akustické emise. Hutnické aktuality, 1991, roč. 32, č. 6, INFORMETAL, VÚHŽ Dobrá
Obr. 2 Příčná trhlina v krčku vzorku z oceli Cr18Ni10Mo, teplota 800 °C, deformační rychlost v počáteční fázi deformace 2.10-1 s-1
[15] POČTA, J., CRHA, J. Statistické hodnocení akustického projevu fyzikálně metalurgických dějů při tahové zkoušce oceli za tepla. Hutnické listy, 1991, roč. , č. 3 – 4, s. 213 – 21
Z analytického řešení přechodového bodu mezi lineární a exponenciální částí křivky σs = f(δs), kterému autor tohoto diskusního příspěvku přisuzuje výraznou koalescenci mikrotrhlin a přednostní růst jedné mikrotrhliny, vyplývá, že mikrotrhlina vznikne při hodnotě ∆σ = 0,87 %. Zkouška vzorku na obr. 2 tedy
[16] POČTA, J.: Identifikace mezního stavu u jednoduchých zkoušek plastičnosti. In CO-MAT-TECH´97, 5. vedecká konferencia s medzinárodnou účasťou, Trnava: Materiálovotechnolo- gická fakulta STU v Trnave, 14.-15.10.1997
____________________________________________________________________________________________________________________
Největší jihoafrická hutní firma ArcelorMittal čelí obvinění z kartelové dohody pressexpress.eu, Klára Zelenková
2.4.2012
Největší jihoafrická hutní firma ArcelorMittal může dostat pokutu až ve výši 390 mil. USD za kartelovou dohodu s menší konkurenční firmou Evraz Highveld Steel and Vanadium. Obě společnosti může Komise pro hospodářskou soutěž potrestat pokutou ve výši 10 % jejich ročního obratu. ArcelorMittal za loňský rok vykazoval obrat necelých 4 mld. USD, Evraz Highveld Steel and Vanadium 717 mil. USD. Kvůli možné pokutě za kartel a vyloučení společnosti ArcelorMittal z vládního infrastrukturního programu na využití místních materiálů klesly akcie firmy během dne 2.4.2012 o 5 %. SB 56
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Z hospodářské činnosti podniků
Čínské volné kovárny zaznamenávají velký rozvoj Ing. Ladislav Jílek, CSc., Ostrava radiální kovací stroj typu SMX650, který patří mezi největší stroje svého typu na světě. Průměr výchozího polotovaru je 650 mm. Kovou se zde tyče o průměru 50 až 300 mm [4].
Impozantní rozvoj čínských volných kováren jde ruku v ruce s rozvojem veškerého čínského průmyslu. Na počátku prudkého rozmachu čínské ekonomiky se velká většina těžkých strojů dovážela. Postupně se však rozvíjela tuzemská výroba. Lze to ilustrovat na příkladu jaderné energetiky. V Číně je rozestavěno okolo dvaceti bloků od různých světových dodavatelů: jde o americkou firmu Westinghouse, další bloky staví společně japonské a korejské firmy, dodavateli dalších jsou francouzské firmy a konečně ruské firmy. Čína však vyžaduje, aby se na jejich výstavbě stále více podíleli čínské firmy, jmenovitě společnost State Nuclear Power Technology Corp. (SNPTC). Pro výstavbu jaderných elektráren je, jak známo, zapotřebí velké množství vysoce kvalitních výkovků.
V Číně již pracuje asi 150 lisů a stále se instalují další. Odhaduje se, že tyto lisy mají v souhrnu kapacitu 1,8 až 2 mil. t/rok, ovšem skutečná výroba se ohybuje na třetině možností. Částečně je to způsobeno nedostatečnou kapacitou následných zařízení počínaje tepelným zpracováním [4]. Manipulátory jsou převážně jen u menších lisů, doplňují se však i u velkých lisů. Kromě lisů zde pracují i pneumaticko-hydraulické buchary, které se používají pro volné kování. V Číně byl vyvinut pneumaticko-hydraulický buchar 8 t a dnes jich pracuje již 5 kusů.
Jiným příkladem je výroba zařízení pro volné kovárny. Před několika lety byly budované kovárny vybavovány převážně stroji z dovozu. Dnes v Číně existují závody, které konstruují a dodávají i lisy od 10 do 120 MN. Již bylo vyrobeno nejméně 40 kusů takovýchto lisů. Pokud jde o konstrukci těchto lisů, pak se jedná o dvousloupcové lisy s vícehrannými sloupy [1, 2]. Obdobný lis postavila např. dnes už transformovaná firma Pahnke pro firmu Creusot ve Francii.
Byly zvládnuty i různé speciální technologie zaručující zvýšenou vnitřní čistotu či určené pro dosažení speciálních tvarů. Vyrábí se zde široká škála výkovků pro energetiku, včetně výkovků pro největší typy jaderných elektráren, dále klikové hřídele pro lodní průmysl a železniční dvojkolí [5].
V Číně se vyrábějí i stroje pro rozválcování kroužků. Firma Jinan Heavy Machinery Joint-stock Co., Ltd. (JHMC) a firma Jinan Jueng Hydraulic Machinery & Electronic Engineering Co. Ltd. zase vyrábějí rozválcovačky kroužků [3].
Pracuje zde i řada rozválcovaček kroužků. Závod China Machinery Industrial Products Co., LTD., (CMIPC), který sídlí v Pekingu, provozuje válcovnu kroužků se 3 stroji: do průměru 3,5 m, do průměru 5 m a do průměru 9 m. Pro předkování slouží lis 70 MN a řada menších lisů a bucharů, na nichž se kovou i běžné volné výkovky [6, 7].
Největší volná kovárna pracuje v China First Heavy Industrie (CFHI), která má svoje závody v městech Fulareji, Dalian, Tianjin a Šanghaj. Ocelárna má elektrické obloukové pece o kapacitě 100, 80 a 20 t. K tomu má pánvové a vakuové pece. Celkem je možné mít k dispozici 810 t tekuté oceli. V kovárně pracují 4 lisy o síle 120, 125, 60 a 45 MN, dva manipulátory s klopným momentem 6300 a 2000 kNm. S největší pravděpodobností je to největší volná kovárna na světě.
Pokud jde o dosažené výsledky, lze uvést řadu příkladů. V prosinci 2009 byl firmou China National Erzhong Group Co. vykován rotor turbíny pro jadernou elektrárnu 1000 MW. Tato firma dodává zařízení pro reaktor typu AP1000 pro firmu Dongfang Electric Corporation. Již před tím zde byl vykován rotor o průměru 2050 mm a délce 16 400 mm pro jadernou elektrárnu 1100 MW. Rotor se koval z ingotu 560 t. Hmotnost surového výkovku činila 310 t.
V září 2009 byl u firmy Shangdong Hengtong Expansion Joint Manufacturing Co., Ltd. uveden do provozu největší lis pro volné kování na světě. Má sílu 220 MN.
Rotory pro nízkotlaké turbíny se kovou i u firmy China First Heavy Industries (CFHI). Kovou se na lise 150 MN z ingotů o hmotnosti až 580 t. V prosinci 2009 byl v kovárně Sinosteel XTMMC vyroben rekordní válec o délce 5,87 m a průměru 2,2 m pro válcovnu tlustých plechů Baosteel. V prvé polovině téhož roku zde byl vykován válec o stejné délce, ovšem s menším průměrem.
Největší závod na kování speciálních ocelí, niklových slitin a titanových slitin je Shanghai No.5 Steel Co. Ltd. Má vlastní tavicí zařízení včetně vakuového tavení a elektrostruskového přetavování. Kovárna je vybavena hydraulickými lisy 25/30 MN a 40/45 MN a radiálním kovacím strojem 23/15 MN s hydraulickým pohonem. U lisů jsou vozové pece, u radiálního kovacího stroje je karuselová pec. V hale tepelného zpracování je 37 pecí a tři kalicí nádrže s různými medii.
Počátkem r. 2009 byl na lise 150 MN, který již dva roky pracuje i firmy Chine First Heavy Industry (CFHI), vykován výkovek o hmotnosti 135 t. Jde o kuželový kroužek o průměru 5,75 m pro jadernou elektrárnu 1000 MW. Tato firma odlévá ingoty 281, 320 a 360 t a kove i další velké díly pro jaderné elektrárny.
V závodě at Baosteel Co. Ltd. Special Steel Branch, který rovněž patří společnosti Shanghai No.5, pracuje 57
Z hospodářské činnosti podniků
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
ponechání přísného dozoru nad lidmi, čínský průmysl roste netušenou rychlostí. Lze to ilustrovat impozantním rozvojem čínských volných kováren. Čína je již po několik let největším výrobcem oceli na světě. Dnes lze říci, že je i největším výrobcem volných výkovků.
Firma DHI-DCW Group Co., Ltd. vyrábí velké poloskládané klikové hřídele především pro lodní motory. V dubnu 2009 zde proběhla přejímka hřídele 8K90MC-C, která je označována jako největší klikový hřídel na světě . Tyto hřídele vyrábí i další firmy, např.Shanghai Heavy Machinery Plant Co. Ltd. [8].
Tyto odbytové možnosti pro tvářecí stroje se snaží využít i naši výrobci [18]. Prudký rozmach tohoto odvětví čínského průmyslu je příležitostí pro naše dodavatele strojů, kteří se snaží situaci využít jednak pro své rozvojové záměry v projekci a konstrukci, jednak pro své komerční zájmy. Pro naše kovárny jsou to však nepříznivé zprávy, protože stoupající výroba čínských volných kováren bude na trhu výkovků tlačit ceny dolů. Pro ty kovárny, které část své produkce realizovaly na Dálném východě to dokonce znamená vážné ohrožení jejich odbytu v tomto teritoriu.
Mají i specializované kovárny. Například závod Xinxian Zhonglian Petrochemical Container Head Forming Co. Ltd. vyrábí pouze dna pro talkové nádoby [9]. Řada dalších kováren je v různých fázích výstavby. Např. čínská firma Nooth Forging Steel, což je dceřiná firma společnosti Dalian-Dongbei-Gruppe, kupuje od německé firmy SMS Meer lis o síle 60/70 MN. Je určen pro kování ušlechtilých ocelí. Do provozu by měl jít v létě 2012 [10].
Literatura
Německá firma Schuler-SMG dodává do Číny na klíč linku na železniční kola. Hlavními výrobními stroji jsou předkovací lis o síle 50/100 MN, válcovačka a tvarovací lis 50 MN. Lisy jsou klasické konstrukce, válcovačka je nové koncepce, která zajišťuje nižší tolerance hotových výrobků. Předkování se provádí ve dvou stupních: pěchování tlakem 50 MN a přetvarování tlakem 100 MN. Manipulaci zajišťují roboty. Výrobnost linky je 75 kol za hodinu. Poptávka po železničních kolech je v Číně vysoká [11, 12].
[1] GUO YU.XI, ZHANG YI-GONG, LI XIANG: The New Development Trend of Equipment and Technology in Modern Open Die Forging. In: 17. International Forgemaasters Meeting, Santander Spain November 2008. [2] PAHNKE, M., WANG CHUNG MING, LIU DA HUA. The Design of a 165 MN Open Die Forging Press. In: 17. International Forgemaasters Meeting, Santander Spain November 2008. [3]http://www.china-forging-metalforming.net/Eng lish/CompUser_View.asp?User_Id=3381 [4] WANG WEN-GE, NIESCHWITZ, P., LI BAO GING Experience with new hydraulic radial forging machine at Baosteel Co. Ltd. Special Steel Branch. In: International Forgemasters Meeting, October 2006, Sheffield, ref. 6.3
Německá firma Dango&Dienenthal v Sigenu postupně dodává několik kovacích a přepravních manipulátorů pro čínské volné kovárny. Největší z nich je určen pro firmu CITIC v Luoyang pro práci u lisu 165/185 MN, což je největší lis pro volné kování na světě. Příslušný manipulátor bude mít nosnost 2 500 kN a klopný moment 7 500 kNm. Instalovaný příkon lisu a manipulátoru činí 13,5 MW [13].
[5] ZHANG JIN: The situation of hydraulic open die forging press and heavy forging in China. In: International Forgemasters Meeting, October 2006, Sheffield, ref. 2.4 [6]http://www.china-forging-metalforming.net/Eng lish/CompUser_Memo.asp?User_Id=536&TypeClass=14 [7]http://www.china-forging-metalforming.net/Eng lish/CompUser_Memo.asp?User_Id=536&TypeClass=1
Německá firma SMS Meer dodala čínskému výrobci turbínových lopatek Wuxi Turbine Blade Co. Ltd. ve Wuxi v provincii Jiangsu vřetenový lis s pohonem přes spojku o síle 350 MN. Vřeteno lisu má průměr 1 320 mm a hmotnost 85 t. Lis je poháněn motorem o výkonu 500 kW s frekvenčním řízením, které zajišťuje o 87 % menší spotřebu elektrické energie než u tradičních šroubových lisů. Nový lis umožní značné zvýšení výroby, pokud jde o množství i o šíři sortimentu [14, 15].
[8]http://www.china-forging-metalforming.net/Eng lish/CompUser_Memo.asp?User_Id=691&TypeClass=4 [9]http://www.china-forging-metalforming.net/Eng lish/CompUser_Memo.asp?User_Id=524&TypeClass=14 [10] Dalian Dongbei: Neue Freiformschmiede- presse. Stahl und Eisen 2011, č. 31. s. 26 [11] Groβauftrag aus China über Schmiedelinie für Eisenbahnräder. Schmiede-Journal März 2011 s. 42. [12] Schuler Develops Forge-rolling Line for High-speed Rail Wheels Forging, Forging May/June 2011 s. 8.
Dobré odbytové možnosti tvářecích strojů v Číně vedly německou firmu SMS Meer k tomu, že otevřela nákladem 30 mil. $ v Šanghaji svoje středisko, které zaměstnává 250 osob a usnadňuje dodávku a montáž zařízení od SMS Meer a od jiných evropských firem do Číny [16].
[13] Transportmanipulatoren nach Frankreich und China geliefert. Schmiede-Journal März 2011 s. 43. [14] Powerful New Screw Press for Chinese Forger. Forging, March/April s. 15 – 17. [15] Spindelpresse für hochfeste Legierungen. Schmiede-Journal, September, 2011, s. 49.
V Číně již pracuje lis 185 MN, který navrhla firma Wepuko PAHNKE. Jde o dvousloupový lis se čtyřhrannými sloupy. Na každém sloupu je osm vodicích lišt [17].
[16] Forging News Briefs. Forging, November/Dezember 2010, s. 11 [17] Inzerát Wepuko PAHNKE. MPT Internstional 2011, č. 3, s. 15. [18] ČECHURA M, RÁŽ, K.: Současný stav ve výzkumu a vývoji velkých kovacích lisů pro volné kování, Kovárenství, 2012, č. 45 (v tisku)
Teorii velkého skoku vyhlásali čínští vůdcové před 50 roky, ale tenkrát se jim nepodařilo velké plány uskutečnit. Po zavedení tržní ekonomiky, při současném 58
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Ze spolkové činnosti a odborných akcí
ze spolkové činnosti a odborných akcí Konference Teorie a praxe výroby a zpracování oceli Ve dnech 4. – 5. dubna 2012 se konala v hotelu Relax v Rožnově pod Radhoštěm tradiční, již 28. celostátní konference s mezinárodní účastí s názvem „Teorie a praxe výroby a zpracování oceli“. Konference se zúčastnilo celkem 88 odborníků z České republiky, Slovenska a Polska. Přítomní odborníci byli celkem z 38 podniků a organizací a 4 vysokých škol. Z akademické sféry bylo přítomno celkem 17 odborníků, z podnikové sféry celkem 71 odborníků. Bylo předneseno 27 odborných referátů. Přednášky se zabývaly hlavně těmito tématy: o o o o
technologie primárních výrob oceli plynulé odléváním oceli sekundární metalurgie odlévání ingotů
Dalšími oblastmi úzce navazujícími na primární výrobu a zpracování oceli byla tato témata: o o o o o
vnitřní čistota a kvalita oceli fyzikální a numerické modelování procesů struskové režimy při výrobě a aplikaci nových struskotvorných směsí využití žárovzdorných materiálů nákladovost výrob, řízení výroby a optimalizace procesů
Mnohé z přednášek prezentovaly výsledky projektů podporovaných z operačních programů vědy a výzkumu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, Grantové agentury ČR a Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy ČR. Prezentaci doprovázela bohatá diskuze, která probíhala i v rámci společenského setkání. Organizační výbor konference
_____________________________________________________________________________________________
ArcelorMittal Ostrava vyhlašuje z Moravskoslezského kraje
Regiogranty
pressweb.cz
2012
pro
neziskové
organizace 10.4.2012
ArcelorMittal Ostrava chce pomoci neziskovým organizacím z Moravskoslezského regionu a přispět k realizaci smysluplných a důležitých projektů. Proto vyhlašuje další kolo grantového programu REGIOGRANTY 2012. Přihlásit se mohou neziskové organizace, které působí v Moravskoslezském kraji. Druhou podmínkou je, že přihlášený projekt musí být v kraji i realizován. Požadované náklady na jednotlivé projekty mohou být až do výše 100 tis. Kč. SB
59
Ze života škol
Hut nické listy č.3/2012, roč. LXV
ze života škol
Sektorová rada pro hutnictví, slévárenství a kovárenství Nedostatek kvalitních pracovníků s požadovanou kvalifikací na trhu práce se v současné době stává klíčovým problémem, a proto je naprosto nezbytné přistoupit k jeho řešení prostřednictvím zcela nové koncepce rozvoje lidských zdrojů a celoživotního vzdělávání v České republice. Zaměstnavatelé jsou vážně znepokojeni situací a vývojem trhu práce, neboť nenacházejí pracovníky s požadovanými znalostmi a dovednostmi, což snižuje jejich konkurenceschopnost na trhu. Zaměstnavatelé již řadu let kritizují strnulost v oblasti školství a neochotu vyjít vstříc jejich potřebám, ale současně také deklarují připravenost spolupracovat na formulaci a realizaci svých požadavků v rámci celoživotního vzdělávání.
V České republice vzniká Národní soustava kvalifikací (NSK), která přehledně popisuje celostátně uznávané kvalifikace v České republice. Základy NSK byly položeny v letech 2005–2008 systémovým projektem MŠMT Rozvoj národní soustavy kvalifikací podporující propojení počátečního a dalšího vzdělávání (NSK 1). Vznikl registr celostátně uznávaných kvalifikací, jejichž úroveň odpovídá vyučení. Projekt NSK2, který výrazně rozšiřuje Národní soustavu kvalifikací o kvalifikace maturitní úrovně vzdělání, případně o kvalifikace vyšší, byl zahájen 1.5.2009. NSK 2 je národním projektem Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, jehož řešitelem je Národní ústav odborného vzdělávání, je spolufinancován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky. Pro stanovení jednotlivých kvalifikací jsou použity speciální nástroje, tzv. standardy, jimiž vymezuje obsah každé kvalifikace, a popisuje způsoby, jakými lze ověřit zvládnutí příslušných způsobilostí. Struktura a obsah kvalifikací jsou výsledkem konsenzu, v němž hrají klíčovou úlohu reprezentanti zaměstnavatelů a odborníků sdružených v sektorových radách.
Projekt NSK zajišťuje provázanost s Národní soustavou povolání (NSP), která prostřednictvím sektorových rad monitoruje a eviduje požadavky na výkon jednotlivých povolání na trhu práce. Vzniká tak otevřená, všeobecně dostupná databáze povolání, která reálně odráží situaci na trhu práce. Veřejná zakázka Národní soustava povolání II je realizována v rámci projektu Ministerstva práce a sociálních věcí, který je spolufinancován z prostředků 60
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Ze života škol
Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky. Realizátorem veřejné zakázky je konsorcium, jehož členy jsou Svaz průmyslu a dopravy České republiky Hospodářská komora České republiky, TREXIMA, spol. s r. o. Sektorové rady jsou sdružení významných reprezentantů zaměstnavatelů, profesních organizací a dalších odborníků na lidské zdroje v daném sektoru, které vznikly pro potřebu: monitorování trhu práce a identifikování jeho vývojových trendů a změn deklarování potřeb sektoru zejména ve sféře rozvoje lidských zdrojů aktivní podpory vzdělávání a rozvoje odborných dovedností v sektoru komunikace se státními a vzdělávacími institucemi v zájmu prosazování potřeb sektoru Jednou z významných sektorových rad je Sektorová rada pro hutnictví, slévárenství a kovárenství, která se snaží reagovat na aktuální požadavky současného trhu práce v této oblasti. Předsedou této rady je RNDr. Jaroslav Raab z Hutnictví železa, a.s. Členy této sektorové rady jsou zástupci: Svazu průmyslu a dopravy Ministerstva průmyslu a obchodu Svazu sléváren ČR Svazu kováren ČR Vítkovické střední průmyslové školy a gymnázia VŠB-TU Ostrava,FMMI TREXIMA. s.r.o NÚV Praha
– Ing. Robert Burda, CSs. – Ing. Michal Horáček – Ing. Josef Hlavinka, – Ing. Ladislav Jílek, CSc. – Mgr. Karel Petrůj – Ing. Kamila Janovská, Ph.D. – Ing. Radomír Prašivka – Ing. František Šťourač, CSc.
ale také zástupci významných podniků v daném oboru: ArcelorMittal Ostrava, a.s. – Ing. Marcela Mlýnková Třinecké železárny, a.s. – Ing. Jaroslav Nogawczyk VÍTKOVICE, a. s. – Ing. Miroslav Pivovarčík, MBA EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. – Ing. Jan Bartoš METOS, v.o.s. – Ing. Jan Šlajs Kovohutě Příbram nástupnická, a.s. – Ing. Jiří Dostál Sektorová rada také počítá i s dalšími odborníky, kteří se v širší míře zapojí do procesu tvorby NSK a NSP jako stvrzovatelé, autorizované osoby a vzdělávatelé příslušné kvalifikace. Důvodem vzniku Sektorové rady pro hutnictví, slévárenství a kovárenství je snaha o získání ucelených a objektivních informací potřebných pro vytvoření standardizovaného, srozumitelného a logického přehledu povolání existujících na trhu práce v oblasti hutnictví, slévárenství a kovárenství. Tento přehled poskytuje zásadní informace pro zaměstnavatele i vzdělávatele při zjišťování aktuálního stavu a trendů trhu práce v dané oblasti. Sektorová rada pro hutnictví, slévárenství a kovárenství tak prostřednictvím své spolupráce na tvorbě tohoto systému dává podnět k přiblížení vzdělávacích programů současným požadavkům praxe. Ing. Kamila Janovská, Ph.D. VŠB-TU Ostrava _____________________________________________________________________________________________
Dostavba svařovny trubek Tenaris Confab installs U-press. Metallurgical Plant and Technology, 2012, č. 2, s. 8 Brazilská firma Tenaris Confab instalovala lis pro provádění ohybu U na lince pro podélné svařování trubek. Lis má sílu 18 MN a dodala ho německá firma Simpelkamp. Na lince se budou svařovat trubky o průměru od 12 ¼“ do 48“ (311,2 až 1219,2 mm). Linka používá technologii C-U-O. Předohýbací lis je stávající, lis pro ohyb O má sílu 500 MN a byl dodán nedávno. LJ
61
Historie hutnictví
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
historie hutnictví Těžba a hutní zpracování polymetalických Pb-Ag-Cu-Zn rud v Jezdovicích u Třeště na Jihlavsku Mining and Metallurgical Processing of Complex Poly-metallic Pb-Ag-Cu-Zn Ores in Jezdovice near Třešť in Jihlava Region prof. Ing. Karel Stránský, DrSc., ÚFM Akademie věd České republiky, Brno, Ing. Drahomíra Janová, prof. Ing. František Kavička, CSc., CSc., Ing. Lubomír Stránský, CSc., Ing. Bohumil Sekanina, CSc.,Vysoké učení technické v Brně, FSI, Brno Příspěvek pojednává o historii těžby a způsobu tavení polymetalických Pb-Ag-Cu-Zn rud v Jezdovicích u Třeště na Jihlavsku. Příspěvek se opírá o podrobný průzkum terénu v Jezdovicích a blízkém okolí, průzkumu lokalit těžby a hutnického zpracování vytěžených polymetalických rud, dále o sběr hutnických strusek a jejich chemickou analýzu. Zároveň vychází z regionálních a celostátně publikovaných literárních pramenů. Polymetalické rudy, převážně rudy sulfidického typu se v Jezdovicích a blízkém okolí těžily a hutnicky zpracovávaly již ve 14. a 15. století. K těmto rudám náležel pyrit, sfalerit, galenit a z rud železných též limonit. První doly byly otevřeny v lokalitě jmenované Puchýrna, kde bylo kromě těžby zároveň soustředěno jejich hutnické zpracování. Ještě začátkem 20. století se zde nacházela štola, která byla postupně zasuta. Řada stop po těžbě rud, odvaly a šachtice, se zároveň nacházela a doposud nachází v lokalitě zvané Prachovna. Soubor hutnických strusek a minerálů nalezených v odvalech Prachovny podrobených chemické analýze ukázal, že byly těženy a převážně zpracovávány galenit, pyrit a sfalerit. Ze složení strusek doposud nacházených v lokalitě Puchýrně lze usuzovat též na těžbu a zpracování nerostu chalkopyritu. Statisticky významná korelace mezi olovem ve zdejších hutnických struskách a součtovým obsahem stříbra, mědi a zinku potvrzuje, že zde byly těženy a hutnicky zpracovávány polymetalické rudy obsahující olovo, stříbro měď a zinek. Strusky zde obsahují poměrně nízký obsah olova a vysoký obsah železa, v průměru 2,21 hm.% Pb a 29,61 hm.% Fe. V porovnání s tím pracovali ve 14. až koncem 15. století hutníci v okolí Havlíčkova Brodu v průměru s obsahy olova ve struskách 0,79 a 1,62 hm.% Pb a železa 24,9 a 33,50 Fe. Poměr olova a železa tak činil v jezdovických struskách Pb/Fe = 0,0749, zatímco v hutnických struskách z okolí Havl. Brodu byly poměry olova a železa Pb/Fe = 0,0317 a 0,0484. Metalurgie tavení surového olova v okolí Havlíčkova Brodu (Stříbrné Hory, Bartoušov) byla tudíž úspornější než v Jezdovicích a vedla k větším výtěžkům olova. This article deals with the history of the mining and smelting of complex Pb-Ag-Cu-Zn ores in village Jezdovíce near Třešť (Trest) south from Jihlava. It is based on detail investigation of the local terrain in Jezdovice and its surroundings, research at the locality of mining and at the locality of metallurgical processing of complex polymetallic mined ores as well as collection of metallurgical slags and their chemical analyses. It is based also on regional and state-wide literary information about these localities. The complex poly-metallic ores Pb-Ag-Cu-Zn, mainly sulphidic minerals, were in Jezdovice mined and processed metallurgically already in the 14 th and 15th centuries. These ores comprised pyrite, sphalerite, galenite, and also limonite from iron ores. The first ore mains were opened in the locality named Puchyrna (old Czech expression for repulsive stench), in which was their metallurgical processing concentrated as well. In Puchyrna a mine adit was formed, which was closed down at the beginning of 20th century. Numerous traces of mining of ores can be still found in the locality named Prachovna (Czech expression related to powder). We can still find numerous ore dumps, waste banks, blind shafts, exploration pits, or test pits and other. The complex of metallurgical slags from waste banks proved mining and processing mostly of galenite, pyrite a sphalerite. Composition of slags found till today in Puchyrna indicates also possible mining mining and processing of chalcopyrite. Statistically significant correlation between total concentration of Ag, Cu and Zn and lead (plumbum - Pb) in metallurgical slags evidences metallurgical processing of complex ores containing lead, silver, copper and zinc. Metallurgical slags in Jezdovice have low content of lead (2.21 wt.% at the average) and high content of iron (29.61 wt.% at the average). In comparison with that the metallurgists in the surroundings of Havlickuv Brod worked in 14 th till the end of 15th century with average lead content in slags of 0.79 and 1.62 wt.%, and with average content of iron of 24.9 wt.% and 33.50 wt.%. The ratio Pb/Fe was thus in slags from Jezdovice 0.0749, while in metallurgical slags from the surroundings of Havlickuv Brodu it was 0.0317 and 0.0484. The metallurgical process of melting of crude lead was in surroundings of Havlickuv Brod (Stribrne Hory, Bartousov) more economic than in Jezdovice and it gave higher yield of lead. 62
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Historie hutnictví
Bývalá hornická ves Jezdovice (obr. 1) se nachází tři km severně od Třeště a poprvé se písemně připomíná v roce 1358 pod jménem Iezdowicz, avšak již roku 1385 jsou uváděny jako super villa Jesdowicze. V dalších staletích se objevují také pod jménem ves Hwiezdovicze (1513), přičemž tento název je používán ještě v roce 1913 [1] a místně dokonce před nedávnem [2]. Části vsi (obr. 2) jsou Dolní ves na pravém břehu Třešťského potoka v údolí a Horní ves na svahu levého břehu potoka, dále Panské chalupy nad rybníkem, které ještě v roce 1901 tvořily dvě pravidelné řady [2] a Trajberk (z německého Treibwerk – snad provozované dílo) pod protipovodňovou hrází. Opodál vsi pod vrchem Špičákem (734 m n. m) byl zřízen Otův Dvůr.
Herberštejnu, který vystavěl v blízké Třešti zámek. Nedostatek vhodných zařízení k čerpání a odvodu vod z dolů a s tím spojené velké finanční náklady vedly k tomu, že práce byly zastaveny. Potom zde byl ještě asi dvacet roků těžen sanytr, čilský ledek, tj. dusičnan sodný a zelená skalice. V roce 1885 získal od horního úřadu v Brně horní právo Josef Čech z Blanska a již v roce 1887 zde začal dobývat draselný živec. Ještě v roce 1901 se v Jezdovicích objevovala pásma v nichž se nacházela zinková ruda, siderit, limonit, pyrit a draselný živec, dále křemen k výrobě skla a hadec [2], a rovněž soda – uhličitan sodný Na2CO3 [3]. Nedaleko vsi v jihozápadním směru je samota Puchýrna (obr. 3), původně příslušející k Třešti, ve které se nacházely první doly na stříbrnou rudu. Po cestách i ve volném terénu se zde doposud nacházejí strusky po hutnickém zpracování vytěžených rud. Údajně minerální pramen vytékající z jedné z opuštěných štol byl novým průzkumem ověřen pouze jako prostá voda [4]. Staré práce pozorovatelné v terénu do šedesátých let minulého století popsal ve svém kompendiu Tomáš Kruťa [5]. Za padesát let se však terén v okolí Jezdovic velmi změnil. Většina tehdy popisovaných terénních nerovností, zejména v polích, byla vyrovnána takže je v terénu dnes již nenajdeme. Pod Mistrovským rybníkem (Meisterteich), pod železniční tratí z Kostelce do Slavonic byla ještě donedávna Filipova štola, která však byla před několika desítkami let zavezena [6].
Obr. 1 Bývalá hornická ves Jezdovice u Třeště a její blízké okolí. Fig. 1 Former mining village Jezdovice near Třešť and its near surrounding.
Obr. 2 Bývalá hornická osada Jezdovice v podhůří Javořické vrchoviny s částí Jezdovického rybníka, v pozadí za rybníkem část osady místně zvaná Trajberk, v popředí Panské chalupy. (Foto K. Stránský, st.) Fig. 2 Former mining village Jezdovice at the foot of Javořické highlands with part of Jezdovický pond, in background behind pond a part of village locally yclept Trajberk, to the fore Panské chalupy (Lord's cottage). (Photo K. Stránský, sen.)
Obr. 3 Skupina stavení zvaná Puchýrna, v jejímž okolí se již ve 14. století těžily a hutnicky zpracovávaly stříbronosné sulfidické rudy. Po zdejších cestách i okolí se doposud nacházejí strusky po metalurgickém zpracování zdejších sulfidických Pb, Ag, Cu, Zn rud. (Foto K. Stránský, st.) Fig. 3 Group of buildings yclept Puchýrna, in the surrounding of which silver and sulphide ores were mined and processed by metallurgical way processes already in the 14th century. On the local paths and in surroundings it is still possible to find slags from metallurgical processing of complex poly-metallic Pb, Ag, Cu, Zn ores. (Photo K. Stránský, sen.)
Stříbro a olovo se zde těžilo již ve 14. a 15. století a kdysi bývaly u Jezdovic znamenité doly na stříbro a olovo a jiné nerosty, které náležely k hornímu úřadu Jihlavskému. Doly byly až 84 m hluboké a dolovalo se zde až do roku 1422. Tehdy horníci údajně zasypali doly, připojili se k vojsku krále a císaře Zikmunda Lucemburského proti Čechům a byli u Německého Brodu poraženi. Tím zde byla přerušena kontinuita dolování. V 18. století zde doloval po 36 roků tehdejší majitel Třešťského panství Václav Eberhard hrabě z
Průzkum terénu bývalých dolů a hutí v Jezdovicích Jezdovicím vévodí rozsáhlý Jezdovický rybník (obr. 1) rozlévající se od jižního okraje vsi až téměř k severnímu okraji Třeště. Puchýrna se nachází v mírně sevřeném údolí jihozápadně od Jezdovic. Údolím protéká bezejmenný potok, pramenící v státní přírodní rezervaci 63
Historie hutnictví
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Bukovské rybníčky. Potok sbírá své prameny severně od vsi Buková a jihovýchodně od téže vsi pod vrchem Kaz (638 m n. m). Severní pramen vytéká z rybníka Broum, proteče dvěma malými rybníčky a napájí Zákolský rybník do něhož se vlévá již jihovýchodní pramen. Již vydatný potok opouští Zákolský rybník, místně zvaný Zákolák, proteče bezejmenným rybníčkem a těsně nad Puchýrnou napojí ještě rybník Rakovec. Pod skupinou stavení sestávající z rozsáhlé hospodářské usedlosti a rekreačního stavení (obr. 2), protéká potok kanálem pod státní silnicí Jezdovice – Třešť a vlévá se do Jezdovického rybníka. Terén byl v Puchýrně před časem upraven pro potřeby samostatně hospodařící zemědělské usedlosti rodiny Novákovy, která v Puchýrně hospodaří již pátou generaci [7]. Severovýchodním směrem ve stráni nad hospodářským stavením Puchýrny se ještě ve třicátých letech dvacátého století nacházela štola, která byla později zavezena [8].
Obr. 4 V popředí vpravo les zvaný Prachovna. V pozadí vlevo vrch Špičák 734 m n.m. (Foto K. Stránský, st.) Fig. 4 To the fore right the forest yclept Prachovna. To the left the hill Spicak 734 m a.s. (Photo K. Stránský, sen.)
Další známou lokalitu zde tvoří Mistrovský rybník (Meisterteich) ležící asi 750 m na severovýchod od Prachovny a jehož hráz tvoří státní silnice SalaviceJezdovice. Z pravé strany je zaústěn přímo do potoka, který napájí Mistrovský rybník, terénní zářez, sledující jednu z původních rudních žil a protékaný nepříliš vydatným vodním tokem. Rudní žíla zde byla nejprve těžena seshora, takže se zářez postupně zařezával do svahu, až do hloubky asi tři až čtyři metry, kdy zde byla ražena štola. V místech uzavření bývalé štoly je dnes zabudována skruž z níž vytéká vydatný pramen vody (obr. 5, asi 1,5 až 2 litry/s). Pravděpodobně běží o ústí staré dědičné štoly, které je západně od obce a vytéká z něho důlní voda (podle [4,5]).
V terénu je doposud možno ve stráni v lese vlevo od potoka sledovat zřetelné stopy vodního kanálu, který původně vedl od Bukovských rybníčků. Tento bývalý vodní kanál se v Puchýrně nachází asi deset metrů nad současnou úrovní potoka a jeho průběh je možno ještě dnes po úbočí kopce sledovat. Kanál běžící nejprve severovýchodním směrem se posléze stáčí k severu až severozápadu a končí dnes nad Trajberkem, jak se místně nazývá tato jihozápadní část obce. Patrně k tomuto kanálu se vtahují poznámky, že se po lesích zachovaly příkopy, kterými byla voda tekoucí z nedalekých rybníků od Bukové svedena do původní puchýrny. Kromě pomístního jména Puchýrna, vodního kanálu a hutnických strusek, nacházejících se sporadicky na doposud asfaltem nepokrytých polních cestách křižujících tuto samotu a též podél potoka protékajícího samotou, zde nic dalšího nepřipomíná lokalitu v níž se již ve 14. století těžily a hutnicky zpracovávaly stříbronosné rudy. Z Puchýrny vede polní cesta na jihozápadní část osady jmenovanou Trajberk, kde byla na malém potoce pramenícím v místech přírodní rezervace Jezdovické rašelinište, postavena krátce po velké povodni (k níž došlo 13.9.1975 [7]) již v roce 1976 ochranná hráz. Výrazné stopy po těžbě rud se zachovaly asi 500 m severozápadně odtud, v borovém lesíku nazývaném místně Prachovna, či Na Prachovně (obr. 4). V místech, kde zde polní cesta přes mostek přechází potok, byla ještě v polovině 20. století patrna hráz bývalého Prokešova rybníka, zrušeného během meliorací, Na Prachovně se doposud nachází značný počet kutacích jam o průměru až 20 m, hloubce až 4 až 5 m, četné odvaly o výšce dva i více m nad terénem (obr. 4) a v nevelké četnosti na poli východně od prachovny též hutnické strusky.
Obr. 5 Vodní pramen vytékající ze zasuté štoly. Ústí bývalé dědičné štoly na západě od obce. Voda je svedena do Mistrovského rybníka (na starších mapách značeného jako Meisterteich). (Foto K. Stránský, ml.) Fig. 5 Spring pouring from the mining shaft. Orifice of the former hereditary mining shaft on the west of village. Water flows from here to the Mistrovský pond (Masterlike pond - on older maps marked as Meisterteich). (Photo K. Stránský, jun.)
V odvalech vytěžené rudniny Na Prachovně se dosud nehluboko pod povrchem nacházely rudní minerály jejichž vzorky byly spolu se struskami z Puchýrny a s rudninou z Prachovny vyzvednuty k analýze (obr. 6). Těžba stříbrných rud i dalších nerostů v blízkém okolí 64
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Historie hutnictví
Jezdovic nebyla izolována, neboť v nedalekém Kostelci u Jihlavy se rozsáhlé důlní míry rozprostíraly po úbočích masivu Čeřínku (761 m n. m). Základní informaci o nich podává naučná stezka vybudovaná na jižních a jihozápadních svazích Čeřínku ve směru k Dolní Cerekvi a k Rohozné [9].
Analýzy rudních minerálů, rudnin a hutnických strusek K chemické a mineralogické rudních materiálů z lokality Na Prachovně byly aplikovány: analytický komplex JEOL JSM 840A / LINK AN 10 000, elektronový rastrovací mikroskop PHILIPS XL 30 se systémem korekcí ZAF a k rentgenové difrakční analýze práškových vzorků difraktometry SIEMENS D500 a PHILIPS X´PERT.
Analýzy krystalů rudních minerálů Z krystalů rudních minerálů na lokalitě Prachovna byly rtg. difrakční fázovou analýzou potvrzeny galenit, pyrit a sfalerit. Chemické složení krystalů těchto minerálů separovaných z žilného křemene je uvedeno v tabulce 1. Každý z krystalů byl bodově analyzován v několika různých místech a výsledné složení bylo normováno na 100 % obsahu. Vidíme, že krystaly galenitu (PbS) a pyritu (Fe2S) uložené v žilném křemeni obsahují četné příměsi a krystaly určené jako sfalerit (ZnS) jsou co do chemického složení tvořeny směsí sfaleritu, s jistým podílem pyritu a galenitu a též dalšími příměsemi.
Obr. 6 Les Prachovna ve kterém se doposud nacházejí početné odvaly, šachtice, průzkumné šachtice aj. se zbytky rudních minerálů. (Foto K. Stránský, st.) Fig. 6 Forest Prachovna, in which to numerous: dumps, waste banks, blind shafts, exploration pits, or test pits and other can be still found, together with remainders of ore minerals. (Photo K. Stránský, sen.)
Tab. 1 Chemická a rtg. difrakční analýza rudních minerálů z lokality Prachovna [hm. %] Tab. 1 Chemical and X–ray diffraction analysis of ore minerals from the locality Prachovna [wt. %]
Prvek galenit pyrit sfalerit
Mg 0,12 0,00 2,78
Al 0,38 2,27 1,51
Si 1,35 2,88 1,22
S 12,85 47,51 25,54
Ca 0,00 0,08 1,23
Ti 0,14 0,14 0,32
Mn 0,00 0,00 0,43
Fe 1,18 44,93 11,10
Cu 0,52 0,43 0,54
Zn 0,30 0,52 43,39
Ag 0,13 0,06 0,83
Au 0,27 0,00 0,00
Pb 83,02 1,18 11,11
Z rozboru průměrného složení rudniny odebrané z odvalu Prachovny, která obsahovala zbytky rudních minerálů plyne, že průměrné složení vzorku obsahuje poměrně vysoké procento těžitelných kovů zinku, mědi, olova, železa a též příměs stříbra. Uvedené kovy jsou vázány převážně na sulfidy. Průměrné atomové číslo analyzované rudniny se pohybuje kolem hodnoty 17 (tab. 2), avšak rudnina obsahuje četné akcesorické minerály. Kromě již analyzovaných minerálů galenitu, pyritu, sfaleritu, je k nim podle SPA analýzy možno zařadit též chalkopyrit, argentit a oxidy železa. Podle korelace prvků tvořících akcesorické minerály je možno usoudit, že v Jezdovicích byly těženy převážně sulfidické rudy, neboť korelační koeficienty prvků P, Zn, Cu, Ag se sírou jsou všechny silně statisticky významné a činí k(P-S) 0,001 = 0,9500, k(Cu-S) 0,001 = 0,9576, k(Zn-S) 0,01 = 0,6363, k(Ag-S) 0,001 = 0,7849 [11]. Oxidy železa korelují též významně s koeficientem korelace k(Fe-O) 0,001 = 0,8592 a vliv pyritu se odráží v korelaci železa a síry o hodnotě k(Fe-S) 0,01 = 0,5967.
Analýzy rudnin z odvalů Z odvalů v lokalitě Prachovna byly vybrány a částečně separovány vzorky s viditelnými zbytky krystalů rudních minerálů pyritu, galenitu, sfaleritu a chalkopyritu. Takto vybraná směs rudnin se zbytky původních minerálů byla nejprve rozdrcena na velikost zrnek rýže až prosa a poté rozemleta v kulovém achátovém vibračním mlýnku na zrnitost cca 1 až 20 µm a několika hodinovým mletím homogenizována. Prášková směs takto připravené rudniny (označme ji P) byla poté v tenké vrstvě nanesena na speciální elektricky vodivou karbonovou pásku a metodou energiově disperzní rentgenové spektrální mikroanalýzy podrobena rozboru. Nejprve bylo stanoveno plošnou analýzou při rastrujícím elektronovém paprsku průměrné složení takto připraveného vzorku P rudniny. Poté byla aplikována k analýze téže rudniny nově vypracovaná metodika semikvantitativní poměrné mikroanalýzy (SPA) [10] s cílem stanovit a posoudit poměrná množství akcesorických minerálů přítomná v připravené směsi rudniny s původními minerály (tato analýzu je označena SPA rudniny).
65
Historie hutnictví
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Tab. 2 Jezdovice lokalita Prachovna – v průměru (P) a semikvantitativní poměrná mikroanalýza práškového vzorku rudniny Tab. 2 Jezdovice locality Prachovna – at the average (P) and point semiquantitave microanalysis of powdery sample ore
Analýza
P hm.% v průměru x 33,88 0,00 0,24 1,06 25,54 0,02 10,84 1,28 0,22 0,32 0,17 0,04 0,07 0,20 8,37 1,08 16,68 100,00 17,008
Prvek O Na Mg Al Si P S Pb Ag K Ca Ti Cr Mn Fe Cu Zn Celkem Z rudnina Částic
SPA – semikvantitativní poměrná mikroanalýza akcesorických minerálů bodová xs 18,49 0,20 0,34 0,50 4,77 0,41 10,44 57,99 0,35 0,09 0,15 0,25 0,31 0,29 1,74 1,01 2,67 100,0
bodová x max 44,85 0,82 0,90 1,51 26,95 0,86 14,99 77,80 1,30 0,36 0,43 0,55 0,66 0,54 5,67 1,44 17,10 100,02
Prvek K Ca Na Ti Mn Cr Mg P Ag Al Cu Fe Zn Si S O Pb mg/kg Z akc. min.
mg/kg 0,0904 0,116 0,149 0,162 0,186 0,192 0,221 0,234 0,300 0,334 0,653 1,19 1,37 1,86 6,75 10,4 37,9 62,1074 53,518
hm.% 0,14555 0,18677 0,23990 0,26083 0,29948 0,30914 0,35583 0,37676 0,48303 0,53777 1,05140 1,91603 2,20585 2,99481 10,86827 16,74519 61,02332 100,00000
19
Poznámky: Plošná analýza (P) – značí průměrné složení rudniny z odvalu Prachovny; x – průměrný obsah prvku v rudnině. Bodová analýza (SPA): analyzováno 19 částic akcesorických minerálů o průměrném atomovém čísle 53,52 (at. čís.), o průměrné ploše jedné částice 99,61 µm2 redukované na čtverec o délce strany 9,98 µm; poměrná hmotnost 19 částic je 62,11 mg/kg, xs – průměrný obsah prvku v částicích; x max – maximální obsah prvku v souboru 19 částic; Z – průměrné atomové číslo (rudniny, resp. akcesorických minerálů). Odběr minerálů z odvalu v lokalitě Prachovna a strusky v lokalitě Puchýrna odebrány v letech 2002 – 2007.
nevelkém počtu na polních cestách Puchýrnou po mnoha letech nalezeném a hodnoceném souboru hutnických strusek charakterizována statisticky významným koeficientem lineární regrese. Avšak závislost mezi součtovým obsahem stříbra, zinku a mědi ve struskách a obsahem železa zobrazená grafem na obr. 8 se jeví jako statisticky nevýznamná. Podobně jak ukazuje graf na obr. 7, byl cestou lineární regrese u téhož souboru hutnických strusek (tab. 3) ověřen vliv rostoucího obsahu olova ve strusce na celkový obsah stříbra. Vztah mezi obsahem olova a stříbra v hutnické strusce je znázorněn na obr. 9. Lze tudíž usoudit, že během tavby se v olovářské strusce úměrně s rostoucím obsahem olova zvyšuje také obsah stříbra.
Diskuse a závěr Výsledky analýz série šesti hutnických strusek sesbíraných převážně na cestách křižujících Puchýrnu a v okolí potoka protékajícího Puchýrnou jsou uspořádány v tabulce 3. Ve struskách kolísal obsah olova od 0,05 až po 3,16 hm.% a obsah stříbra se v nich měnil od 0,12 po 0,51 hm.%. Obsah síry se měnil od 0,12 do 5,05 hm.%. Z porovnání chemického složení jednotlivých strusek vyplynulo, že mezi struskami existuje statisticky významná závislost mezi součtovým obsahem stříbra, zinku a mědi ve struskách a obsahem olova. Tato závislost je zobracena grafem na obr. 7 a je i při
Tab. 3 Chemické složení hutnických strusek z lokality Puchýrna v Jezdovicích [hm.%] Tab. 3 Chemical analysis of metallurgical slags from the locality Puchýrna in Jezdovice [wt.%]
Struska Prvek O Na Mg Al Si P S Pb Ag K Ca Ba Ti V
1 x 38,49 0,93 0,76 5,61 17,44 0,28 0,76 2,67 0,36 1,84 2,02 1,84 0,52 0,26
2 x 33,64 0,76 1,14 4,67 21,16 0,44 1,16 2,17 0,21 1,99 4,42 4,36 0,62 0,18
3 x 34,17 0,74 0,85 4,27 17,77 0,35 0,95 2,54 0,20 1,63 3,68 3,38 0,44 0,19
4 x 36,98 0,16 0,18 3,42 8,52 0,81 0,12 0,05 0,12 0,55 0,21 0,12 0,14 0,08
5 x 34,16 0,13 0,26 1,02 2,02 0,12 5,05 3,16 0,51 0,38 0,33 0,51 0,17 0,17
66
6 x průměr 38,48 35,99 0,55 0,55 0,74 0,66 4,98 4,00 15,82 13,79 0,36 0,39 1,20 1,54 2,65 2,21 0,27 0,28 1,48 1,31 3,17 2,31 3,67 2,31 0,47 0,39 0,08 0,16
sx 2,26 0,33 0,37 1,63 7,13 0,23 1,76 1,10 0,14 0,68 1,76 1,76 0,19 0,07
x min 33,64 0,13 0,18 1,02 2,02 0,12 0,12 0,05 0,12 0,38 0,21 0,12 0,14 0,08
x max 38,49 0,93 1,14 5,61 21,16 0,81 5,05 3,16 0,51 1,99 4,42 4,36 0,62 0,26
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV Cr Mn Fe Cu Zn Celkem Z struska
0,28 0,84 22,40 0,66 2,03 100,00 17,82
0,08 0,86 19,57 0,28 2,28 100,00 18,58
Historie hutnictví 0,18 1,16 23,66 0,93 2,89 99,99 19,04
0,11 0,27 46,67 0,93 0,56 99,99 17,80
0,19 5,77 43,03 1,89 1,15 100,00 20,92
0,08 0,86 22,66 0,74 1,73 100,00 18,59
0,15 1,63 29,67 0,91 1,77 100,00 18,79
0,08 2,05 11,90 0,54 0,83 0,01 1,15
0,08 0,27 19,57 0,28 0,56 99,99 17,80
0,28 5,77 46,67 1,89 2,89 100 20,92
obsah Ag + Zn + Cu ve strusce [hm.%]
Poznámky: Z – atomové číslo strusky; x – aritmetický průměr; sx – výběrová směrodatná odchylka ze šesti strusek, u každé strusky proběhla vždy tři měření.
Podobný pozitivní vliv byl také zaznamenán u strusek obsahujících měď. Při vyšším obsahu mědi ve strusce měly strusky vyšší obsah stříbra a obdobný účinek byl zjištěn také u strusek s vyššími obsahy manganu a síry. Při vyšších obsazích manganu a síry ve struskách měly strusky vždy vyšší obsahy stříbra. Odpovídající lineární závislost obsahu stříbra na obsahu mědi v olovářské strusce je vyjádřená rovnicí (1)
5 4 3 2 1 0 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
obsah olova Pb ve strusce [hm.%] Obr. Součetobsahů obsahustříbra, stříbra, zinku strusce je vje Obr. 7 7. Součet zinkuaamědi mědiveve strusce Puchýrně významně závislý nazávislý obsahu na olova v olovářské statisticky významně obsahu olova strusce. v hutnické Regresní koeficient r(Ag+Zn+Cu)=f(Pb) 0,8324. 0,05 =koeficient strusce z Puchýrny. Regresní vztahu r(Ag+Zn+Cu)=f(Pb) 0,05 = 0,8324. Fig. 7 Sum of contents of silver, zinc and copper in slag is statistically significantly dependent on the content of lead in metallurgical slag from Puchyrna. Regression analysis coefficient relation r(Ag+Zn+ = 0.8324.
(hm.%Agstruska)=0,125+0,170 (hm.%Custruska) s regresním koeficientem r(Ag)-f(Cu) = 0,6595
a lineární závislosti obsahů Ag na obsazích manganu a síry v olovářských struskách z Puchýrny jsou vyjádřeny rovnicemi (2) a (3)
obsah Ag + Zn + Cu ve strusce [hm.%]
(hm.%Agstruska)=0,185+0,0574 (hm.%Mnstruska)
(2)
s regresním koeficientem r(Ag)-f(Mn) 0,05 = 0,8455
5 4
(hm.%Agstruska)=0,144+0,0675 (hm.%Sstruska)
3
(3)
2 1
s regresním koeficientem r(Ag)-f(S) 0,05 = 0,8574.
0 15
20
25
30
35
40
45
50
Kromě mědi a zinku jsou lineární regrese vyjadřující vliv manganu a síry na zvýšení obsahu stříbra ve struskách, statisticky významné. Zpracováním dat mezi obsahem stříbra a zinku ve strusce podle tabulky 3 bylo zjištěno, že rostoucí obsah zinku v olovářské strusce obsah stříbra v téže strusce statisticky nevýznamně snižuje.
obsah železa Fe ve strusce [hm.%] Obr. 8. Součet obsahu stříbra,zinku zinku a a mědi z Puchýrny Obr. 8 Součet obsahů stříbra, mědive vestrusce struskách nezávisí na obsahu železa v olovářské strusce. Regresní koeficient z Puchýrny není statisticky významně závislý na obsahu r(Ag+Zn+Cu)=f(Fe) = 0,3805. železa v těchto struskách. Regresní koeficient nemá statisticky významnou hodnotu r(Ag+Zn+Cu)=f(Pb) = 0,3805. Fig. 8 Sum of contents of silver, zinc and copper in slags from Puchyrna is not statistically significantly dependent on the content of iron in these slags. Regression analysis coefficient does not have a statistically significant value r(Ag+Zn+Cu)=f(Pb) = 0.3805.
obsah stříbra Ag ve strusce [hm.%]
(1)
Z analýz plyne, že strusky z bývalé hutní lokality v Puchýrně poskytují cenné údaje o tehdejším způsobu tavení polymetalických Pb-Ag-Cu-Zn rud. Pro puchýrenské strusky je již charakteristický poměrně nízký obsah olova (od 0,05 do 3,16 hm.% Pb). Tento poměrně nízký obsah olova v olovářské strusce je však v téže strusce již doprovázen vyššími obsahy železa, které se pohybuje v rozmezí od 19,57 do 46,67 hm.% Fe. V tehdejší době to byl nový a mezi hutníky patrně i rozšířený poznatek o tom jak zvýšit výtěžek olova ve vsázce při tavení surového olova. Tento poznatek je již uveden v publikaci G. Agricoly [14] vydané v roce 1556.
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
obsah olova Pb ve strusce [hm.%]
Obr. 9 Obsah stříbra Puchýrny Obr. 9. Obsah stříbravvmetalurgických olovářské struscestruskách z Puchýrnyz je významněje statisticky závislý na obsahu olova. Regresní závislý na obsahuvýznamně olova v těchto struskách. Regresní koeficient koeficient lineární závislosti (hm.% Ag struska) = 0,0705 + r(Ag)=f(Pb) 0,05 = 0,7548. 0,0942.(hm.% Pb struska) má korelační koeficient r(Ag)=f(Pb 0,05 ) = 0,7485. Fig. 9 Content of silver in metallurgical slags from Puchyrna is statistically significantly dependent on the content of lead. Regression analysis coefficient of linear dependence: (wt.% Ag slag) = 0.0705 + 0.0942.(wt.% Pb slag) has correlation coefficient r ) = 0.7485.
Podle dat v tabulce 3 pracovali metalurgové v jezdovické Puchýrně s průměrným obsahem železa a olova v olovářské strusce: xFe sxFe = 29,61 11,90 a xPb sxPb = 2,21 1,10. Průměrný podíl železa a olova tak činil v puchýrenských olovářských struskách Fe/Pb ~ 29,61/2,21 = 13,40. 67
Historie hutnictví
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Přibližně v téže době, snad o něco později pracovali v havlíčkobrodských hutích, jmenovitě v hutích ve Stříbrných Horách a poblíž Bartoušova, tamní hutníci s průměrnými obsahy železa a olova v olovářských struskách: xFe sxFe = 24,93 3,46 a xPb sxPb = 0,79 0,65. Průměrný podíl železa a olova ve struskách ve Stříbrných Horách tak činil Fe/Pb ~ 24,93/0,79 = 31,56; resp. poblíž Bartoušova se pracovalo s průměrnými obsahy železa a olova: xFe sxFe = 33,50 3,21 a xPb sxPb = 1,62 1,08 a průměrný podíl železa a olova ve struskách zde činil Fe/Pb ~ 33,50/1,62 = 20,68 [1213] . V havlíčkobrodských hutích se pracovalo téměř až do švédských válek, kdy tamní hutě zanikly. Z předchozích dat plyne, že v havlíčkobrodských hutích přecházel do olovářských strusek mnohem menší podíl tehdy cenného olova než tomu bylo v Jezdovicích. Jak plyne z předchozích dat pracovali tamní hutníci úsporněji.
Příspěvek mohl být zpracován díky projektu GA ČR 107/11/1566 Literatura
Podle poměrně nízkého obsahu olova v puchýrenských struskách měl použitý způsob tavení surového olova podobné rysy jako způsoby tavení polymetalických rud používané v havlíčkobrodském regionu. V tomto regionu se polymetalické rudy zpracovávaly od cca 14. až do konce 16. století, kdy zde byla těžba a hutní zpracování vytěžených polymetalických rud přerušeny švédskými válkami. V Jezdovicích byly vytěžené převážně polymetalické rudniny, hornické a hutnické nářadí, hornící i hutnící a také již hutnicky zpracované vsázky surového olova dopravovány přes často rozvodněný Třešťský potok přes jeden z nejstarších kamenných mostů na Moravě. Tento kamenný most (obr. 10) je doposud v provozu a slouží svému původnímu účelu.
[1]
HOSÁK. L., ŠRÁMEK, R. Místní jména na Moravě a ve Slezsku I. ACADEMIA, Praha, 1970, s. 361-362.
[2]
PÁTEK, A. Vlastivěda moravská II. Místopis. Jihlavský okres. Musejní spolek, Brno, 1901, s, 348.
[3]
HOSÁK, L. Historický místopis země Moravskoslezské. I. Jihlavský kraj. Nákladem společnosti přátel starožitností čsl. v Praze. Tisk Kramerius Brno, 1933, s. 16.
[4]
KVET, R., KAČURA, G. Minerální vody Jihomoravského kraje. Ústřední ústav geologický, Praha, 1976, s. 150.
[5]
KRUŤA, T. Moravské nerosty a jejich literatura 1940–1965. Moravské museum, Brno, 1966.
[6]
TAUBER, O. Osobní sdělení, 24.8.2001.
[7]
NOVÁK, F. (František Novák, *1948, Puchýrna 361, Třešť 58901); Puchýrnu získal koupí Pavel Novák (1840) původem z Jezdovic č. 47, osobní sdělení, 6.9.2002.
[8]
NOVÁKOVÁ, K. (Kristýna Nováková, *1924); osobní sdělení 6.9.2002.
[9]
TAUBER, O., ČEŘÍNEK. Průvodce po naučné stezce. Český svaz ochránců přírody, Dolní Cerekev, Česká spořitelna, Jihlava, 1989.
[10]
STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., POSPíIŠILOVÁ, S., DOBROVSKÁ, J. Poměrná semikvantitativní mikroanalýza těžkých kovů v horninách, struskách a rudách. Hutnické listy, 2009, roč. LXII, č. 3, s. 84-89. ISSN 0018-8069.
[11] MURDOCH, J., BARNES, J.A. Statistical Tables for Science, Engineering, Management and Business Studies. The Macmillan Press LTD, Second edition, Cranfield 1970. SBN 333-02584. [12]
STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., STRÁNSKÝ, L.: Tavení olovnatostříbrných rud v hutních revírech na Havlíčkobrodsku, 1. část. Slévárenství, 2011, roč. LIX, č. 7–8, s. 275–278.
[13]
STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., STRÁNSKÝ, L. Tavení olovnatostříbrných rud v hutních revírech na Havlíčkobrodsku, 2. část. Slévárenství, 2011, roč. LIX, č. 9–10, s. 335–338.
[14]
AGRICOLA, G. Dvanásť knih o baníctve a hutníctve. Ostrava, Montanex, a.s., 2006, 546 s. ISBN 80-7225-218-6. (Georgii Agricolae: De re metallica libry XII, Basileae MDLVI).
Recenze: prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc. Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D.
Obr. 10 Jeden z nejstarších kamenných mostů na Moravě, který sloužil k převozu horních a hutních nákladů v době těžby a zpracování zdejších polymetalických rud přes Třešťský potok. (Foto K. Stránský, st.) Fig. 10 One of the oldest stone bridges on Moravia that served for transport of mining and metallurgical loads in the period of mining and processing of local complex poly-metallic ores over across the Třešťský stream. (Photo K. Stránský, sen.)
68
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Historie hutnictví
Hutnické listy – geneze Ing. Jan Počta, CSc., CSM Ostrava
Když vyšlo 1.7.1946 první číslo časopisu Hutnické listy [1, 2], navázali tím zakladatelé tohoto publikačního periodika na tradici pramenící v hlubokém RakouskoUhersku. Naši předkové montanisti měli na co navázat. V průběhu 19. století vycházela v našich zemích, v souvislosti s technickým rozvojem, zvyšováním těžby a zpracování rud, později též uhlí, řada odborných publikací. Těmto odborným publikacím předcházely spisy již z doby středověku, v nichž se mísily zprávy ze seriozních exaktních experimentů a ověřených praktických výrobních technologií s publikacemi různých alchymistických postupů nemajících seriózní základ v žádném fyzikálním a chemickém zákoně. Z pozdější doby je nejznámější významná, ucelená montanistická učebnice Dvanáct knih o hornictví a hutnictví (De re metallica libri XII) od Georgiaa Agricoly (1494 – 1555), latinsky vydaná až po jeho smrti v r. 1556, německy v r. 1557, česky poprvé v r. 1933 a slovensky v r. 2006.
našem území na sebe po uplynutí liberální vlády několika panovníků ve 2. polovině 16. a na počátku 17. století a po nastoupení protireformace dlouho čekat. Nelze se pak divit, že se do ničivé vlny v 17. a 18. století kromě náboženských a filozofických knih dostala občas i odborná literatura, a to právě proto, že byla objevitelská a její téze se neslučovaly s oficiální doktrínou vládnoucí složky a zejména katolického učení.
Obroda českého jazyka v odborné literatuře V 19. století, zejména v její 2. polovině, bylo již napsáno montanistické literatury dost. Vycházela však výlučně v německém jazyce, což byl na jedné straně výsledek snahy Josefa II a dalších našich vládců o univerzálnost ve vzdělání populace v říši a na druhé straně odraz majetkových vztahů k výrobním prostředkům. Majitelé, stejně tak jako management dolů a hutí byla německy mluvící část obyvatelstva, a to bez rozdílu, zda jimi byli Němci nebo Češi. Většinou to však byli Němci, protože montánní průmysl byl soustředěn zejména v pohraničí, které již od dob středověkého kolonizačního osidlování bylo německé. Proto i výuka v montanistice byla německá. Od r. 1790 začalo nakladatelství Česká expedice, kterou založil Václav Matěj Kramerius, vydávat první novou, česky psanou naučnou a vzdělávací literaturu i reedici starší české literatury. Dva roky předtím však již V. M. Kramerius vydával české noviny. Jediné oficiální a výlučné periodikum od 30. let 19. století v habsburské monarchii byl deník Österreichische Beobachter. O prolomení bariéry státního dozoru nad tiskovinami se zasloužily kromě deníků (např. i českých) i odborně zaměřené časopisy. Od r. 1839 vycházel známý český společenský časopis Květy, u jehož zrodu stál Karel Havlíček Borovský. První české odborné periodikum u nás byl časopis Živa, který v r. 1853 pro publikování přírodovědeckých prací založil Jan Evangelista Purkyně. Časopisu Živa však předcházel pokus o periodický tisk časopisu Krok, na jehož vydávání J. E. Purkyně spolupracoval s Josefem Jungmannem a Janem Svatoplukem Preslem. Již o deset let dříve se naši badatelé František Palacký, Josef Jungmann a Jan Svatopluk Presl zasloužili o přípravu prvního českého encyklopedického slovníku. Počátky ve vydávání odborných periodik lze však spatřovat v pokusu o vydávání vědeckého časopisu Monantliche Auszüge altund neuer gelehrten Sachen [4]. Časopis vydávala osvícenská učená společnost Societa eruditorum incognitorum in terris Austriacis, kterou jako první ve střední Evropě již v r. 1746 v Olomouci založil baron Josef Petrasch. Společnost však zanikla již po pěti letech své existence a tím přestal vycházet i její časopis.
Vydávání odborné literatury je v každé společnosti odrazem svobody nebo nesvobody ve společenském vývoji. Habsburská monarchie začala v období počátků průmyslového rozmachu citelně ztrácet tempo za nejrozvinutějšími zeměmi. Toto si uvědomil císař Josef II, který už před svým nástupem na vladařský trůn procestoval celé říšské území, přičemž dospěl k varovnému zjištění zaostávání země za Evropou. Dospěl k osvícenskému poznání, že nejvýznamnějším krokem k pozvednutí říše je kulturní rozvoj, vzdělanost a uvolnění toku informací. Proto za své vlády v r. 1781 vydal zákon o cenzuře [3]. Tento zákon představoval významný počin k uvolnění vydávání spisů a knih, samozřejmě s respektováním předem daných pravidel o dodržování mravnosti, náboženské tolerance, vyloučení národnostní nesnášenlivosti a dodržování křesťanských zásad. Jakákoliv jiná kritika byla možná, pokud nebyla anonymní. Tento cenzurní zákon stojí na počátku rozvoje publikací všeho druhu, především ve společenských oborech. Uvolnění myšlenkové svobody brzy odstartovalo i rozvoj školství a tím i potřebu odborné literatury. Ani svobodnému vydávání technické literatury tak nic nebránilo. Texty řady odborných knih se totiž daly vyložit nejen ve smyslu odborného výkladu, ale skrývaly v sobě jinotaje podněcující odlišnosti v politickém, ideologickém a náboženském nazírání čtenářské obce oproti oficiální notě. Naše společnost má s tím své zkušenosti z různých období 19. a 20 století. Již v r. 1548 vydal římský císař Karel V. restriktivní edikt proti šíření reformační literatury vrcholící ve vytváření indexu závadných, tedy zakázaných knih (index libri prohibiti) a v jejich ničení anebo alespoň odstraňování do nedobytných archivů Svaté inkvizice. Kopie tohoto postupu nenechala též na 69
Historie hutnictví
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Národní uvědomění a nezadržitelný nástup vzdělanosti ve stále širších vrstvách populace vyústil v r. 1849 v založení Akademického čtenářského spolku, který měl za cíl vědecké vzdělávání českého studentstva [5]. K tomu spolek vydával Akademické listy a vedl bohatou knihovnu. Vzdělávací i politické zásluhy Akademického čtenářského spolku byly ve 2. polovině 19. století pro několik českých generací nezastupitelné. Spolek měl podporu v Mladočeské straně (Eduard Grégr), ale nepochopení a absenci jakékoliv podpory ve Staročeské straně (František Ladislav Rieger). Rozpory v konzervativní a radikální české společnosti se v r. 1888 přenesly dokonce do říšského sněmu, kde kromě německých poslanců vystoupili i staročeši proti požadavku české studentské obce ke zrušení německých zkoušek na právnické fakultě pražské univerzity, byť tento požadavek byl podporován mladočeskými, jihoslovanskými a italskými poslanci. Státní byrokracii byly proti srsti veřejně proklamované a v tisku publikované sympatie Francii v rámci oslav 100. výročí buržoasní revoluce, nepovolená a velmi úspěšná gymnastická reprezentace Sokola v Paříži, účast českých studentů na mezinárodním sjezdu studentstva v Paříži v tomtéž roce, stejně jako účast českého dělnictva na založení II. internacionály tamtéž.
V Moravské Ostravě začal v r. 1876 vycházet kalendář Horník, který publikoval seznam hornického názvosloví. Pak přišly práce prof. Edvarda Hořovského (1831 – 1889): třísvazkové dílo O způsobech dobývání kamenného uhlí dle anglických, francouzských a německých zpráv (1876), Technický slovník českoněmecký (1890), který byl součástí Velkého všeobecného slovníku německo-českého, a Slovník technologický (1898) s českými, německými a ruskými ekvivalenty. Tento slovník obsahoval obor hornický, hutnický, geologii, petrografii, paleontologii, mineralogii a chemii. Zajímavostí je, že české výrazy psal autor také v kyrilici a azbuce, aby zdůraznil význam ruského pokroku v technice. Před svou smrtí stačil autor dokončit obšírný rukopis. Poté bylo vytištěno jen několik archů. Dílo nikdy nevyšlo vcelku, byť bylo již ve své době hodnoceno jako velice zdařilé. Prof. Edvard Hořovský spolu s prof. Josefem Hrabákem (1833 – 1913) se také podílel v r. 1861 na tvorbě Materiálu k slovníku technologickému. Prof. Hrabák vypracoval řadu dalších publikací, kterými postavil základy české odborné terminologie: Terminologický slovník hornický německo-český a česko.německý (1888), Slovníček pro hornický lid, Názvosloví výrobků železářských (uveřejněno ve Zprávách Spolku architektů a inženýrů Království českého, roč. 24), Dějiny hornictví a hutnictví v Čechách a Terminologický slovník technický česko-německý a německo-český, což bylo stěžejní dílo autora, které v době jeho odchodu do výslužby v r. 1900 ještě nebylo dokončeno.
To vše představovalo a dále vyhrocovalo radikalizaci nejen českého studentstva, ale celé české společnosti. Jako reakce na to bylo v r. 1889 policejní zrušení Akademického čtenářského spolku a zabavení jeho majetku čítajícího přes 20 tisíc knižních svazků a finanční jmění 10 000 zlatých. Tím zanikly i Akademické listy. Postup policie vyvolal vlnu solidarity v celé monarchii. Odezvu vyvolal i v uherském tisku a zejména vyjádřili svou podporu čeští a slovenští studenti ze Štýrského Hradce. Restrikce proti studentskému hnutí byly součástí postupu státní byrokracie a policie proti vykonstruovanému protistátnímu hnutí revolučně orientované Omladiny, ústícímu v letech 1893 – 1894 až do hromadného zatýkání mladých českých politiků, studentů i dělníků. Akce budí reakci, a tak brzy po zrušení Akademických listů byl založen nový Časopis českého studentstva, který opět nedal spát státní byrokracii a jejímu všudypřítomnému policejnímu nástroji. Kolikátý je to příklad, že studentstvo, toužící po svobodném vzdělávání, je revoluční avantgardou ve stojatých vodách společnosti.
K 70. létům 19. století se váže publikace Ing. Dr. Viléma Jičínského, generálního ředitele Vítkovického horního a hutního těžířstva: O větrávání a O důlním dobývání. V dalších letech následovala řada jeho dalších prací. Ve Vídni byl vydán návrh normy pro českou terminologii v hutnictví, který vyšel v „Zeitschrift des Österreichisches Ingenieur- und Architekten-Vereins“, 1893, roč. 45, s. 276 a vzápětí normu schválilo ministerstvo obchodu ve svém „Verordnungsblat des c.k. Handels Ministerium“, 1884, roč. 7, s. 1994. V té době vyšla i středoškolská učebnice pro horní školu v Moravské Ostravě od autorů Polívka, Čížek, Červinka, Pilař, Hýbner. Toto vše jsou již ryze česky psané odborné publikace. Samozřejmě, že vedle nich autoři publikovali také německy.
Po uvolnění psaného projevu pro všeobecnou i odbornou veřejnost novým tiskovým zákonem v r. 1862 nastala nová publikační vlna. K montanistice se váže příspěvek A. Vysockého Materiál k slovníku technologickému již z r. 1861. Následoval první pokus o vydávání montanistického periodika. Byl to časopis Horník, který vycházel od r. 1870. Jeho redaktorem byl Ing. Alois Irmler. Časopis obsahoval publikace z hornické a hutnické problematiky. List nenašel materiální, ani popularizační podporu a posléze v r. 1880 zanikl.
Oborová emancipace montanistů Po krátkém životě prvního českého časopisu Horník neztrácela montanistická obec zájem na novém, trvalém vydávání odborného časopisu. Byly jím Hornické a hutnické listy. Rozhodnutí o jejich založení padlo na českém sjezdu montanistickém při příležitosti pražské výstavy architektury a inženýrství v r. 1898. Dá se tedy předpokládat, že v montanistické společnosti uzrávala myšlenka na založení českého oborově orientovaného časopisu již dříve. Do vínku Hornických a hutnických listů dal sjezd vyplnění mezery v české odborné 70
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Historie hutnictví
literatuře [6]. První číslo časopisu (obr. 1) vyšlo 10.1.1900.
polovině 19. století novinkou v těžbě: hloubení jam pod 1000 m vlivem používání ocelových těžních lan (1875, Vojtěšský důl, Příbram), nové konstrukce vodních kol (ještě v r. 1855 se ojediněle používala vodní kola Ø 20 m nebo zvířecí pohon, k masovému rozšíření parního pohonu došlo od r. 1830), využívání Nobelova dynamitu k odstřelům a mechanické vrtací stroje (1867), novinky z koksových vysokých pecí (zpracování rud s kovnatostí 25 – 30 %, ale již i španělských a švédských rud o kovnatosti 60 – 70 %) a další rozvojové kroky. Dr. Jičínský rozvíjel to, co už začal prof. Abraham Wesner z Bergakademie Freiberg (1750 – 1817), a to povznesení geologie a dolování na vědeckou bázi. Tím byly vytvořeny též základy pro stejný postup v metalurgii. Dosavadní rozvojové kroky se týkaly rudného hornictví. Teprve s nástupem těžby černého uhlí došlo k rozvoji hornictví v moderním smyslu. Přelomem je zhruba r. 1850. Do té doby uhelné hornictví přebíralo metody z rudné těžby, po r. 1850 se úlohy mezi uhelným a rudným hornictvím vystřídaly a další směřování technického rozvoje určovaly uhelné doly. Pro ilustraci a srovnání s dnešní těžbou uvádí tab. 1 těžbu černého uhlí ve světě v r. 1890. Tab. 1 Světová těžba uhlí v r. 1890
Obr. 1
Světadíl
Titulní strana časopisu Hornické a hutnické listy, 1900, roč. I, č. 1 [zdroj: Archiv OKD, a.s.]
Vybrané státy Evropy
V úvodníku si časopis dal za cíl publikovat v oborech: hornictví, hutnictví, technické vedení, administrace, obchodní a právní otázky, osobní informace, dělnické poměry, pojišťovnictví. Oborový záběr tohoto časopisu byl tedy dosti široký a vyjadřoval dění ve všech oblastech života montanistiky. Mnohé z uvedených okruhů se shodují s obsahem dnešních Hutnických listů nebo časopisu Uhlí, rudy, geologický průzkum. Představenstvo vydavatelského družstva se na konci úvodního článku obrací ke čtenářské obci tímto textem:
Severní Amerika Asie Austrálie Vybrané státy světa celkem
„Varujíce se veškeré reklamy obchodní a konkurenční chceme jím (poz. red.: časopisem) jen pěstovati mladou českou literaturu hornicko-hutnickou a našim soudruhům stejného smýšlení příležitosti poskytnouti ku částečnému aspoň zužitkování jích plodů duševních, přičemž zajisté s důvěrou na vydatnou jejich podporu literární i hmotnou smíme počítati (pozn. red.: můžeme porovnat s dnešní aktivitou v průmyslové sféře). Čestnou to nyní úlohou Vaší, milí soudruhové, aby literární mezera zprvu jmenovaná, se vyplnila, aby podnik náš českému hornictví a hutnictví ku cti sloužiti mohl.
Vybrané státy Velká Británie Německo RakouskoUhersko Francie Belgie Španělsko Evropa celkem
Těžba [mil. t] 188 89 28 26 21 1 353 146 8 4 511
O pět let později Hornické a hutnické listy [7] uvedly další celkovou statistiku v hutní výrobě a těžbě uhlí (tab. 2). Výrobní parametry ukazují, jak se nástup nových ocelářských technologií, elektrotechniky, stavebních konstrukcí a strojních součástí projevoval ve výrobě kovů a těžbě uhlí. Expanze ve výrobě mědi v souvislosti se zaváděním elektrických pohonů na svou příležitost teprve čekala. Vítkovické železárny ještě nevyválcovaly neprůstřelné pancíře s tloušťkou přes 100 mm pro stavbu rakousko-uherského válečného křižníku Erzherzog Karl ani Viribus Unitis s 12 palubními děly, protože ty se začaly vyrábět na válcovací trati duo 4,5 m postavené v Nové ocelárně až v r. 1911 [8]. Stejně tak ještě nevyráběly těžké výkovky na anglickém lisu 4,5 t Davy Bros Ltd. pro kupole lodních děl a jiné těžké výkovky pro zbrojní účely, které byly předmětem výrobního sortimentu závodu až v dalším desetiletí. Nebyly ještě vyvinuty oceli pro agresivní chemické prostředí k užití v chemickém průmyslu nebo
Tomuto našemu vlasteneckému podniku Zdař Bůh“
Ekonomické podmínky vzniku časopisu Hned v prvním čísle Hornických a hutnických listů publikoval Ing. Dr. Vilém Jičínský svůj článek o vývoji hornictví od počátku do současné doby. V článku jsou pro nás zajímavé informace, které tehdy byly ve 2. 71
Historie hutnictví
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV Tab. 2 Světová výroba hornicko-hutnická
Komodita sur. železo Pb Cu Zn Sn Ni Al Hg Ag Au Pt uhlí
Jednotka mil. t kt kt kt kt kt t t t t t mil. t
1878 14,3636 836 115 205 36 0,600 1,5 4,238 2,551 0,179 2,0 292,0
1883 21,7302 451 168 287 47 1,050 2,0 3,973 2,996 0,143 3,5 408,6
zemědělství. Legování ocelí v dnešním pojetí se teprve začalo rozvíjet a pro stavebnictví a stavbu strojů se ještě nevyráběly odlehčené konstrukce z hliníku. V této těžební a metalurgické situaci se tedy zrodily Hornické a hutnické listy. Všechny technické novinky čekaly na své uveřejnění v tomto časopise v několika následujících desetiletích.
1888 24,0 657 265 322 53 1,400 39,0 4,161 3,519 0,166 2,7 474,0
1893 25,266 620 302 375 70 4,424 716,0 3,988 5,138 0,236 5,0 518,2
1898 36,565 782 427 464 73 6,156 4024,0 4,140 5,575 0,432 6,0 665,5
1903 46,900 880 580 571 91 9,850 8252,0 3,996 5,800 0,494 8,0 875,0
příspěvek z díla Dr. Viléma Bresche (Mit Schlägel und. Eisen, Lipsko, 1898), že mnohý německý hornický název nezapře svůj český původ, což dokumentuje dřívější aktivity českého živlu v oboru. K tomu uvedl řadu příkladů. Ostatně jazykové koutky se v časopisu dosti často opakovaly. Jiný aktuální příspěvek vysvětluje, proč bylo v té době Rusko paradoxně nuceno dovážet uhlí. Tehdejší ruské doly byly v držení francouzských a belgických společností, které za svůj prvořadý cíl viděly maximální těžbu, nikoliv investice do rozvoje a bezpečnosti. Po ruské státní intervenci musely společnosti investovat do těžby, čímž rostly jejich náklady a tím i ceny nad konkurenční úroveň. Z toho pak plynul útlum v těžbě. Jiné zprávy se zabývaly aktuální výrobou surového železa v různých částech světa nebo zlata v Eritrei. V tomto duchu byla tištěna další čísla časopisu až do ukončení jeho vydávání.
Ing. Alois Irmler, který spolu s Ing. Dr. Vilémem Jičínským od počátku redigoval Hornické a hutnické listy a profesně se zabýval hutnickými technologiemi, napsal do prvního čísla článek o tehdy nové technologii elektrického ohřevu ve slévárnách s cílem prodloužení doby tekutosti kovu, vypuzení plynů a snížení pórovitosti. Připomněl úlohu přísady Al do 1 % v železe za vzniku Al2O3 pro prodloužení doby tekutosti železa a odstranění bublinatosti. Kromě hlavních článků byly do časopisu zařazeny aktuální zprávy a drobné články. Mezi nimi je zajímavý
(Pokračování)
____________________________________________________________________________________________
72
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Recenze
recenze __________________________________________________________________ Michael J. Marguard
Action Learning - Účínná metoda řešení problémů a nácviku interpersonálních dovedností pro vedení a rozvoj týmů (Recenze Ing. RNDr. Bohumil Tesařík) Metoda Action Learning (AL), jejíž základní filozofií je vyřešit určitý problém přímo v praxi, vznikla ve druhé polovině minulého století původně jako forma vnitrofiremního vzdělávání a slouží k těsnému propojení praxe a vzdělávání přímo uvnitř určité organizace. Zakladatelem myšlenky AL byl Reginal Revans, který zjistil, že i v diametrálně rozdílném prostředí, kde se pohyboval (těžební průmysl a zdravotnictví), akademické vzdělávání samo o sobě nevedlo k požadovaným výsledkům. Rozdíl mezi akademickým studiem a metodou AL spočívá podle něho v tom, jakým způsobem posluchač dokazuje, že se něco naučil: u akademického studia je to písemná, ústní či jiná zkouška, kde student prokazuje znalost teorie. V metodě AL se považuje za důkaz, že se student něco naučil, když je schopen nově nabytý poznatek využít v praxi při řešení reálné situace. Učení metodou AL je proces, kdy jsou všechny poznatky stále využívány ke zlepšování probíhající činnosti. Dochází ke stálému opakování několikaetapového procesu: Akce – získávání nových zkušeností (kromě studia literatury se přidávají i vlastní zkušenosti, zkušenosti ostatních členů týmu, zkušenosti přejaté z jiných organizací). Přezkoumávání – spočívá v kladení otázek, zkoumají se příčiny a dopady problému, souvislosti, co může problém ovlivnit, jaké by mohly být způsoby řešení. Učení – v této fázi se formulují obecnější závěry, mající za cíl pomoci s řešením problému. Použitím předchozích závěrů se vyřeší problém. Přitom ale praxe opět přinese další poznatky, které vstoupí opět do první fáze – akce. V institucionálním prostředí, respektive v životě podnikových i jiných organizací, se v současné době metoda AL prosazuje jako jeden z nejúčinnějších a z hlediska nákladů nejúspornějších nástrojů k řešení problémů, rozvoji vůdčích osobností z různých organizačních a řídicích úrovní, budování týmů a transformování organizací. Umožňuje nejen efektivním, ale i měřitelným způsobem hledat reálná východiska ze vzniklých situací ve firmě. Současně dovoluje neustále se učit a rozvíjet se v profesním i v soukromém životě. S určitým zjednodušením pak můžeme za klíčový přínos uplatňování metody AL považovat intenzivní rozvíjení procesu učení v organizaci a v ideálním případě i její proměnu v tzv. učící se organizaci, schopnou pružně a vynalézavým způsobem čelit všem změnám a podněcovat, tvořivě a úspěšně implementovat veškeré transformace ve svém vlastním "ekosystému". Michael J. Marquardt, mezinárodně proslulý americký specialista a poradce v oboru vzdělávání dospělých, profesor rozvoje lidských zdrojů na The George Washington University, přední taktik a propagátor metody AL, ve své nejnovější knize "Action Learning – Účinná metoda řešení problémů a nácviku interpersonálních dovedností pro vedení a rozvoj týmů" (Management Press, Praha 2011, 1. vyd., 228 s.) posunuje tuto koncepci týmového řešení problémů na novou, vyšší úroveň. Představuje dovednosti nezbytné k optimálnímu uplatňování kriticky významných složek a zásad AL a dokumentuje je s využitím dvou desítek příkladů z ověřené praxe včetně zkušeností takových firem, jako je Dow Chemical, Whirlpool, General Electric, Deutsche Bank, Boeing a další. Metoda AL je nepostradatelný nástroj, který by neměl chybět v repertoáru žádného manažera. Publikace představuje uceleného průvodce, jenž se opírá nejen o osvědčené zkušenosti manažerů velkého množství organizací, ale současně těží i z posledních inovací v této oblasti. Představuje tak zdroj, jenž i našim organizacím může pomoci získat obtížně napodobitelnou konkurenční přednost a zajistit si udržitelnou prosperitu v dnešním rychle se měnícím lokálním i globálním tržním prostředí. Závěrečnou kapitolu, která se zaměřuje na zkušenosti a aplikacemi metody AL v České republice, napsala Jaroslava Kubátová spolu s Michalem Henychem. Oba autoři jsou manažeři a lektoři manažerské školy TC Business Schoul. Současně jako zástupci společnosti Management TC rovněž spolupracovali na českém vydání knihy. Jsou přesvědčeni, že metoda AL pomáhá vyvinout nový model vzdělávání pro 21. století. Absolventi jsou pak schopni 73
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Recenze
úspěšně navrhnout a realizovat takové změny, které skutečně zlepší fungování jejich firem a organizací. Další zkušenosti s uplatňováním metody AL u nás, vhodné studijní zdroje a příležitosti ke vzdělávání lze nalézt na www.actionlearning.cz ____________________________________________________________________________________
Jaromír Mindl, Josef Panchartek
Velký chemický slovník: Část česko anglická a Velký chemický slovník: Část anglicko-česká (Recenze Ing. RNDr. Bohumil Tesařík) Slovníků není nikdy dost! Své o tom věděl již na sklonku 19. století český nakladatel Jan Otto a svým naučným slovníkem si postavil papírový pomník. Naše odborné slovníkářství má starou tradici, na kterou se po roce 1989 snaží navázat řada nakladatelství. V současné době je největším producentem chemicky orientované technické, odborné a vědecké literatury v ČR Vydavatelství VŠCHT Praha. Čtenářskou obec představují nejen vysokoškolští a středoškolští studenti a odborníci z chemických a příbuzných disciplín, ale také zájemci o vědu a techniku z nejširší veřejnosti. Organickou součást edičních záměrů představují rovněž specializované překladové slovníky. Ačkoliv již existují jako software pro PC nebo mobilní telefony, jejich tištěná podoba je v praxi stále oblíbená a používaná. Počátkem letošního roku byla vydána nová lexikografická a frazeologické kniha, která v odborném písemnictví obvykle vychází nejvýše jednou za generaci. Svým významem a společenským přínosem připomíná Šestijazyčný chemický slovník česko-německo-anglicko-italsko-latinsko-francouzský, po celá desetiletí nepřekonané a stále odborníky vyhledávané dílo profesora experimentální anorganické a organické chemie na pražské technice Emila Votočka. Jde o "Velký chemický slovník: Část česko-anglická" a "Velký chemický slovník: Část anglicko-česká" (Vydavatelství VŚCHT, Praha 2012, 1. vyd., 688 a 1000 s. ISBN 978-80-7080-792-7 a ISBN 978-80-7080-793-4). Jeho autoři, doc. RNDr. Jaromír Mindl, CSc. a doc. Ing. Josef Panchartek, CSc., vedle svého vědeckopedagogického působení na vysokých školách chemicko-technologických a vlastní výzkumné práce, patří u nás k renomovaným znalcům odborného anglického jazyka, jeho současné podoby, slovní zásoby a ustálených slovních spojení. Využili zde své mnohaleté zkušenosti se sestavováním chemicko-technologických slovníků a zásadami jejich tvorby, tak, aby mohly co nejlépe a nejefektivněji sloužit jejich uživatelům. Autoři předkládají zájemcům slovník s více než 85 000 hesly v jedné části a 110 000 hesly ve druhé části ze sedmí desítek chemických a s chemií spojených podoborů. Slovník obsahuje nejnovější i dříve používané termíny z oblasti chemie, chemické technologie a blízkých oborů včetně metalurgie a materiálového inženýrství. Byl sestaven z českých ekvivalentů anglických i amerických termínů, uváděných ve zdrojích Chemical Abstract Service, chemicko-technologických encyklopedií a kompendií (Kirk-Othmer Encyklopedia of Chemical Technology, Encyklopedia of Inorganic Chemistry, Encyklopedia od Analytical Science, Academic Press Dictionary od Science, Perry's Chemical Engineers' aj.). Zahrnuje rovněž často používané zkratky látek, procesů i chemických technik. Zohledňuje nejnovější nomenklaturní normy pro chemické látky a procesy, přijaté v anglofonních oblastech i v češtině v nedávné době. Velký chemický slovník (jako "velké" se označují slovníky s více než 60 000 hesly) je určen vědeckým a výzkumným pracovníkům, technologům chemického průmyslu či příbuzných rezortů (hutnictví a slévárenství, keramika, sklo a porcelán, papírenství, plynárenství, potravinářství, vodohospodářství, zemědělství, farmacie aj.) a vědních oborů (fyzika, biochemie, ekologie atd.), překladatelům odborných textů, učitelům i pokročilým studentům vysokých škol – všem, kdo využívají anglicky psaných informačních zdrojů či k aktivní komunikaci prostřednictvím anglického jazyka se svými oborovými zahraničními kolegy a institucemi. Lze předpokládat, že z něho bude těžit několik generací našich vědců a techniků.
74
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Konference, výstavy, veletrhy
konference, výstavy, veletrhy Oborově orientované akce do konce r. 2012 Termín 21. 6. 2012
Název Co má vědět konstruktér o tepleném zpracování
26. a 27. 6. 2012
1st International Conference on Energy Bangkok, Thajsko and the Future of Heat Treatment and Surface Engineering
www.mtec.or.th./efhtse 2012
27. a 28. 6. 2012
Nitrieren & Nitrocarburieren für Praktiker
Bremy, Německo
10. – 13. 9. 2012
6th Int. Conf. Quenching and Control of Distoriation / 4th Intern. Conf. on Distoriation Eng.
Chicago, USA
http://www.iwtbremen.de/veranstaltun gen/awt-seminare.html www.asminternational. org/qcd
11. – 14. 9. 2012
9th Tooling Conf. / 4th Intern. Conf. on Heat Treat. of Dies and Tools
Leoben, Austria
www.tool2012.at
16. – 19. 9. 2012
Euro International Powder Metallurgy Congress & Exhibition
Basilej, Švýcarsko
www.epma.com/PM20 12
10. – 12. 10. 2012
68. kolokvium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigung- und Verahrenstechnik
Wiesbaden, Německo
www.awt-online.org
18. a 19. 10. 2012
BALTMATTRIB 21st Intern. Baltic Conf. Engineering Materials and Tribology
Talin, Estonsko
www.ttu.ee/baltmattrib 2012
23. – 25. 10. 2012
20th Congress Intern. Fed. Heat Treat. Surface Eng.
Peking, Čína
www.20ihtse.org
23. - 25. 10. 2012
NANOCON 4. mezinárodní konference
Hotel Voroněž I, Brno
www.NANOCON.cz
75
Místo STU Trnava
Další informace www.asociacetz.cz
Konference, výstavy, veletrhy
Hutnické list y č.3/2012, roč. LXV
22. mezinárodní veletrh technologií pro zpracování plechu EuroBLECH Veletrh EuroBLECH je největší světový odborný veletrh průmyslu zpracování plechu. V mezinárodních odborných kruzích je tento vedoucí veletrh odvětví považován za významného ukazatele technologických a ekonomických trendů. Pod heslem „Zodpovědnost za budoucnost“ se letošní veletrh EuroBLECH zaměří především na účinné technologie, výrobní postupy šetrné k životnímu prostředí a odpovědné využívání materiálů. Na veletrhu EuroBLECH 2012, který se uskuteční 23.-27.10.2012 na hannoverském výstavišti, si již v květnu rezervovalo stánky na ploše více než 84.000 m2 celkem 1.340 vystavovatelů z 37 zemí. V porovnání s minulým veletrhem dosahuje nárůst plochy téměř 6 %. „Jednak je patrné určité ekonomické oživení v oboru a jednak jsou významnými impulzy i ve špičkovém odvětví zpracování plechu obecné trendy - ekologický přístup, šetrné využívání zdrojů, energetická účinnost a mobilní struktury. Zpracovatele nenechávají lhostejnými témata jako jsou lehké stavby, uvědomělé využívání prefabrikátů a zpracování hybridních struktur, využívání dnes již osvědčených výrobních procesů u nových aplikací“, prohlásila jménem společnosti Mack Brooks Exhibitions, organizátora veletrhu, ředitelka veletrhu EuroBLECH Nicola Hamann a pokračovala: „Návštěvníci se proto mohou opět těšit na zajímavou návštěvu veletrhu EuroBLECH 2012, kde uvidí mnoho inovačních strojů, zařízení a systémů na zpracování plechu. Jako vždy budou vystavující firmy klást důraz na praktické předvádění veletržních novinek. “ Vedle velkého podílu demonstrací vystavovaných zařízení je pro veletrh EuroBLECH i letos typický mezinárodní charakter. Téměř 48 % dosud přihlášených vystavovatelů je ze zahraničí. Po Německu jsou nejsilněji zastoupeny Itálie, Turecko, Čína, Švýcarsko, Nizozemí a Španělsko. Veletrh EuroBLECH 2012 proběhne na výstavišti v Hannoveru v halách č. 11,12,13,14,15,16,17 a 27. Profil vystavovatelů zahrnuje celý technologický řetězec zpracování plechu: prefabrikáty, subdodavatelské díly, manipulaci, separaci, tvarování, zpracování ohebných plechů, spojování, svařování, zpracování hybridních struktur, povrchovou úpravu, nástroje, řídicí a regulační techniku, systémy CAD/CAM, kontrolu kvality, výzkum a vývoj. K veletrhu EuroBLECH 2012 nyní vyšla nová brožura pro návštěvníky. Obsahuje důležité informace o veletrhu, plánek výstaviště, výstavní oblasti a informace k příjezdu a ubytování. Brožura je k dispozici ve dvanácti jazycích a lze ji objednat na internetové adrese veletrhu www.euroblech.de. Zájemci o pravidelné informace o veletrhu EuroBLECH si mohou zdarma objednat newsletter „EuroBLECH bulletin“, který jim bude každý měsíc zasílán e-mailem.
red. (podle Susanne Neuner, PR Director EuroBLECH Press Office, Mack Brooks Exhibitions, Romeland House, Romeland Hill, St Albans, Herts AL3 4ET, Velká Británie,
[email protected], www.euroblech.com)
76
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Hutnictví ve světě
hutnictví ve světě
Stres na pracovišti narůstá, uvádí 8 z 10 respondentů celoevropského průzkumu veřejného mínění Stres při práci představuje problém pro velkou většinu evropských pracovních sil, konstatuje druhý evropský průzkum veřejného mínění o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci. Průzkum, který pro Evropskou agenturu pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (EU-OSHA) provedla organizace Ipsos MORI, hodnotil názory více než 35 000 osob z řad široké veřejnosti v 36 evropských zemích. Šetření bylo zaměřeno na současné problémy na pracovišti, včetně stresu při práci, významu bezpečnosti a ochrany zdraví při práci pro hospodářskou konkurenceschopnost a rovněž na souvislost mezi kvalitní BOZP a delším pracovním životem. Osm z deseti osob pracující populace v celé Evropě se domnívá, že počet lidí, kteří trpí stresem při práci, se v příštích pěti letech zvýší (80 %), přičemž až 52 % respondentů očekává, že tento počet výrazně vzroste. Odpovídá to zjištěním staršího průzkumu agentury EU-OSHA, který byl pod názvem ESENER proveden na téma nových a vznikajících rizik na pracovišti a který zjistil, že podle 79 % manažerů stres představuje v jejich společnostech problém, v jehož důsledku je stres při práci pro společnosti stejně důležitý jako úrazy na pracovišti. Stres při práci je jedním z největších problémů v oblasti bezpečnosti a ochrany zdraví v Evropě, protože znamená obrovské náklady z hlediska zátěže lidí a hospodářské výkonnosti. Průzkum veřejného mínění dále zjistil, že valná většina Evropanů (86 %) souhlasí s tím, že dodržování správných postupů v oblasti bezpečnosti a ochrany zdraví při práci je nezbytné pro hospodářskou konkurenceschopnost země, přičemž zásadně souhlasilo 56 % respondentů. Názory jsou podobné u ekonomicky aktivních i neaktivních osob (souhlasí 86 %, resp. 85 %). Dílčí výsledky průzkumu na otázku, jak se bude měnit počet lidí trpících stresem při práci v evropských zemích v příštích pěti letech:
52 % - výrazně vzroste, 28 % - o málo vzroste, 12 % - zůstane přibližně stejný, 4 % - o málo klesne, 3 % výrazně klesne, 1 % - neví. Základ průzkumu: Evropa - všechny ekonomicky aktivní osoby (19 502) I v České republice se většina dotazovaných obává, že stres související s výkonem zaměstnání v příštích pěti letech poroste. Velkého nárůstu stresu se obává 46 % respondentů. 30 % dotazovaných se vyjádřilo, že stres oproti dnešnímu stavu vzroste alespoň trochu. V souvislosti s plánovanou reformou sociálního systému se Češi rovněž většinově domnívají (75 %), že pro pozdější odchod do důchodu je důležité, aby na pracovištích existovala vhodná opatření zabezpečující zdraví a bezpečnost při práci. Dvě třetiny obyvatel (66 %) jsou také přesvědčeni o tom, že Česká republika může být ekonomicky 77
Hutnictví ve světě
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
konkurenceschopná pouze za předpokladu, že pracoviště budou využívat vhodná bezpečnostní a zdravotní opatření. „Finanční krize a měnící se svět práce kladou na pracovníky vyšší nároky, a proto není překvapivé, že stresu při práci lidé věnují prvořadou pozornost,“ říká Dr. Christa Sedlatscheková, ředitelka agentury EUOSHA. „Bez ohledu na věk, pohlaví a velikost organizace je naprostá většina lidí přesvědčena, že stres při práci bude narůstat. Existují však zajímavé rozdíly mezi jednotlivými zeměmi z hlediska osob, které očekávají, že stres při práci výrazně vzroste, přičemž nejmenší obavy mají například Norové (16 %). Řeky znepokojuje narůstající stres nejvíce (83 % uvádí odpověď „výrazně vzroste“). Zvládání psychosociálních rizik je důležitým prvkem, na který se činnost agentury EU-OSHA zaměřuje v rámci zlepšování života pracovníků v celé Evropě.“ A konečně, v Evropském roce aktivního stárnutí a mezigenerační solidarity průzkum veřejného mínění ukázal, že 87 % respondentů v celé Evropě je přesvědčeno, že správné postupy v oblasti BOZP jsou důležité, aby lidem pomohly pracovat déle před odchodem do důchodu (včetně 56 % respondentů, kteří je považují za velmi důležité). Nedávný průzkum Eurobarometr ukazuje, že mnoho Evropanů je připraveno na aktivní stárnutí, ale jejich současné podmínky v oblasti BOZP by jim nemusely umožnit pokračování v práci do vyššího věku. Ačkoli typický věk odchodu do důchodu v celé Evropě činí 65 let, průměrný věk odchodu ze skupiny pracovních sil v roce 2009 činil podle Eurostatu přibližně 61,5 roku. V průzkumu Eurobarometr se čtyři z deseti Evropanů (42 %) domnívají, že budou schopni vykonávat svou současnou práci minimálně do věku 65 let, zatímco 17 % očekává, že svou současnou práci nebudou schopni vykonávat po dosažení věku 59 let. red (podle zdroje: tisková zpráva Ipsos MORI, zveřejnila Klára Pechanová, Omnimedia, s.r.o., Praha) ____________________________________________________________________________________
Americká ocelárna objednala zařízení VOD
LJ
Německá firma SMS Meer dodává pro huť společnosti Baotou Steel Union ve Vnitřním Mongolsku válcovnu těžkých profilů. Budou se na ní válcovat nosníky o výšce stojiny 200 až 1000 mm, kolejnice o hmotnosti nad 52 kg/m a další profily. Na trati budou použity moderní stolice CCS (compact cartridge stand) a devítiválcová rovnačka CRS (compact roller straightener), které umožní přestavbu tratě na jiný profil v čase 20 min. Trať obsahuje univerzální stolice, které umožňují spojité válcování. V dodávce SMS Meer jsou zahrnuty i projekční práce, inženýrink a příprava personálu. Kapacita tratě bude 1,2 mil. t/r. S uváděním do provozu se počítá koncem roku 2012.
výrobu
LJ
Ellwood orders VOD for stainless ingots. Forging January/February 2012, s. 6. Firma Ellwood National Steel objednala u německé firmy SMS Siemag dodávku zařízení VOD pro ocelárnu v Irvine v Pensylvánii. Zařízení se bude používat především pro výrobu nerezavějících ocelí s nízkým obsahem uhlíku, u nichž je zajištěna požadovaná kombinace houževnatosti, pevnosti a korozní odolnosti. Zařízení bude vybaveno mechanickým čerpadlem. Součástí dodávky je i regulace a řízení.
Využití odpadních elektrické energie
plynů
pro
Nová žíhací linka pro Čínu
Hondan to generate power from waste gas. MPT International 2012, č. 1, s. 10.
Panzhihua orders annealing International 2012, č. 1, s. 11.
Čínská firma Hondan Iron & Steel připravuje výrobu elektrické energie z vysokopecního a koksárenského plynu. Vybrala k tomu zařízení firmy General Electric. Dosud se tyto plyny používaly k ohřevu vody. Použitá plynová turbína bude mít výkon 170 MW.
Čínská společnost Panzhihua Iron and Steel připravuje výstavbu žíhárny pásů v městě Xichang v provincii Sichuan. Budou se v ní zpracovávat pásy pro automobilový průmysl a elektrotechnické účely. Zařízení budou tvořit dvě žíhací linky. Obě linky mají stejné uspořádání, budou se lišit jen šířkou a mezí kluzu zpracovávaných pásů. Každá linka bude mít dvě odvíječky pásů, svařovací zařízení, čisticí sekci, vstupní vertikální zásobník, výstupní vertikální zásobník, šestiválcovou stolici, inspekční zásobník, nůžky pro ostřih okrajů, inspekční pracoviště, letmé nůžky a dvě tažné
LJ
Nová těžká profilová trať pro Čínu Baotou Steel Union orders heavy-section Mill. MPT International 2012, č. 1, s. 11. 78
line.
MPT
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Hutnictví ve světě
navíječky. Toto zařízení bude dodávat firma SMS Meer. Firma Driver International pak k němu dodá vysokokapacitní žíhací pece s velmi rychlým chladicím systémem. Celková kapacita obou linek bude 1,7 mil. t pásů ročně. Do provozu by měla jít koncem roku 2013.
Konsorcium firem Siemens VAI Metals Technologies a Outotec Oyl dodává Novolipeckému metalurgickému kombinátu (NLMK) paletizační zařízení s ročním výkonem 6 mil. t magnetitových pelet s obsahem železa nad 65 %. Zařízení bude postaveno u dolu ve Starém Oskolu. Jde o zařízení s pohyblivými rošty. Mělo by být uvedeno do provozu v r. 2014.
LJ
Modernizace válcovny hliníku
LJ
Novelis Aluminium to extend rolling mill. MPT International 2012, č. 1, s. 13 a 14.
Zahájení výroby v Maghreb Steel v Maroku
Firma Siemens VAI Technologies získala zakázku na rozšíření válcovny hliníkových pásů v Ulsanu v Jižní Koreji. Současná válcovna má jednu reversní stolici se dvěma navíječkami a dalším příslušenstvím. Nově se postaví třístolicové pořadí, které zvýší výkon a rozšíří výrobní možnosti o válcování slitin s vyšší jakostí. Stávající vratná stolice bude sloužit pro předvácování. Součástí nového pořadí jsou také vstupní nůžky, navíječky a zařízení pro manipulaci se svitky. Modernizovaná trať by měla začít pracovat v červenci 2013.
With the first heat and the first slab at Maghreb Steel, Morocco has started slab production. MPT International 2012, č. 1, s. 32. Marocký závod Maghreb Steel je jeden z nejdůležitějších výrobců pásů válcovaných za studena v severní Africe. V minulosti nakupoval bramy a plechy. Nyní uvedl do provozu elektroocelárnu a zařízení pro plynulé odlévání bram, které dodala firma SMS Siemag. Odlité bramy se válcují buďto na tlusté plechy na vratné válcovně nebo se válcují na pásy na Steckelově trati. Válcovna tlustých plechů byla uvedena do provozu v roce 2011 a Steckelova válcovna v roce 2010. Nová ocelárna obsahuje elektrickou obloukovou pec 120 t s hořáky a kyslíkovou tryskou, pánvovou pec 120 t, zařízení pro skladování a dávkování přísad a čistírnu plynu. Instalované zařízení plynulého odlévání umožňuje vyrábět bramy o šířce 900 až 3150 mm a tloušťce 200 mm.
LJ
Zařízení pro plynulé odlévání těžkých bram Voestalpine Stahl, Austria. MPT International 2012, č. 1, s. 14. Rakouská firma Voestalpine Stahl zahájila výrobu na zařízení pro plynulé odlévání č. 7. které slouží k výrobě bram o tloušťce až 355 mm a šířce až 2200 mm. Toto zařízení, které dodala firma Siemens VAI je první zařízení v Evropě, které používá průmyslové roboty LiquiRob na pracovní plošině k obsluze odlévacího zařízení.
LJ
První válcovna bezešvých trubek na Středním východě
LJ
First seamless pipe mill in Middle East starts operation on the gulf coast in Saudi Arabia. MPT International 2012, č. 1, s. 40-43.
MPT
První válcovna bezešvých trubek na Středním východě byla spuštěna v Jubail Industrial City v Saudské Arábii. Investorem byla Saudi Industrialization and Energy Services Copany (Taga), která vyvíjí své aktivity v řadě oblastí, které mají souvislost s těžbou ropy a plynu.
Běloruská huť Žljabin rozšiřuje kapacity BMZ to expand production International 2012, č. 1, s. 14.
capacity.
Firma Siemens VAI Technologies dodává do Běloruského metalurgického závodu (BMZ) Žljabin zařízení pro sekundární metalurgii a plynulé odlévání sochorů. Je to pánvová pec o kapacitě 100 t a vakuovací zařízení typu RH rovněž o kapacitě 100 t. Dále se dodává vážicí a dopravní systém pro legující přísady, zařízení pro odprašování a vodní hospodářství. Zařízení pro plynulé odlévání je šestiproudé a je určeno pro výrobu sochorů čtvercového průřezu o straně 125 mm a 140 mm. Zařízení se již montuje a výrobnost hutě by měla stoupnout na 1,2 mil. t/r.
Válcovna trubek, kterou dodala na klíč firma Danieli, byla vybudována na ploše 72 ha, poněvadž se počítá s rozšiřováním výroby. Jelikož jde o písčité podloží, bylo nutné ke stavbě použít injektáže. Celkem bylo vytvořeno v zemi 2000 pilířů, některé až do hloubky 30 m. Vlastní válcovací trať je vybudovaná na plošině ve výši 6 m nad úrovní závodu, zařízení pro teplené zpracování je na plošině ve výši 3,2 m. Sochory se ohřívají v karuselové peci o průměru 30 m. Děrují se na Mannesmannově stolici.Vzniklá lupa se dále válcuje na trnu v bloku FQM od firmy Danieli. Blok se skládá z pěti tříválcových stolic. Při válcování v tomto bloku je v trubce zasunut trn. Na konci
LJ
Největší paletizační zařízení v Rusku NLMK to build Russia´s largest pellet plant. MPT International 2012, č. 1, s. 18.
79
Hutnictví ve světě
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV Budete ve snižování stavů pokračovat?
bloku je třívalcová odválcovací stolice, která slouží k vytažení trnu z vývalku.
Děláme racionalizační opatření, i z hlediska pracovní síly. Měníme technologické procesy tak, abychom byli schopni dělat stejně kvalitní výrobky při nižší spotřebě energie. Soustředíme se na postupy, při nichž jsme schopni změnou struktury výroby a bez velkých investic dosáhnout úspor.
Za válcovacím úsekem je normalizační kroková pec kapacitou 200 tis. t/rok. Za ní je kalibrovací pořadí, které má deset třívalcových bloků. Chladicí lože na výstupu z tratě je řešeno jako krokovací. Hotové trubky mají délku 32 m. Bezprostředně na chladicí lože navyzuje šestiválcová rovnačka. Za ní jsou pily pro dělení trubek.
Počítá Evraz s další expanzí hutní výroby do Evropy?
Na trati se válcují trubky o vnějším průměru od 139,7 mm do 365,1 mm. V budoucnu se počítá i s válcováním trubek o průměru 406,4 mm. Tloušťka stěny se pohybuje od 6 do 30 mm. Používají se tři rozměry výchozích sochorů, a to: 210, 280 a 350 mm. Hodinový výkon tratě závisí na válcovaných rozměrech. Může činit až 140 t/h. Roční výroba je plánována ve výši 400 tis. t.
Počítá. Vytvoření Evraz Europe nebyla ani tak reakce na krizi, jako spíš snaha vytvořit platformu pro expanzi v Evropě. V nejbližších letech bude docházet ke konsolidaci evropského ocelářství. Nemohu vyloučit, že budeme nakupovat další výrobní aktiva. SB
V teplé části tratě se k řízení technologického procesu využívá snímač průměru a délky lupy umístěný za děrovací stolicí. Dále je za každým válcovacím blokem laserový ultrazvukový snímač průměru a tloušťky stěny rozvalku. Ve studené části tratě se trubky zkoušejí elektromagneticky a ultrazvukem. Úpravna je vybavená závitovacími stroji, hydraulickým zkušebním lisem, zařízením na povlakování trubek a dalším.
Ostravská huť poprvé za rok vypustila méně než 1000 t prachu Mladá fronta Dnes, sta
ArcelorMittal Ostrava bývá označován za hlavního původce špatného ovzduší na Ostravsku. Nyní ale oznámil, že se ekologické investice z posledních let výrazně projevily v razantním snížení vypouštěného nebezpečného polétavého prachu. Poprvé v padesátileté historii ostravské huti loni pokleslo množství prachu pod tisíc tun. "Konkrétně to bylo 669 t. Oproti roku 2010 jsme snížili emise o 40 %" řekl Petr Baranek, ředitel ArcelorMittal Ostrava pro životní prostředí. Velký podíl na snížení prašnosti mělo například uzavření světlíků na ocelárně a její odprášení a hlavně projekt odprášení provozu aglomerace, který byl dokončen v loňském roce.
LJ
Ruský Evraz přebudovává Vítkovice Steel pro nadcházející expanzi do Evropy ihned.cz, Zuzana Kubátová
4.4.2012
3.4.2012
Ruská hutní společnost Evraz vlastní Vítkovice Steel a severoitalskou válcovnu Palini e Bertoli. Evropské hutnictví se mění. Už před třemi lety jím otřásla krize, pak zdražily suroviny. Na stále tvrdší podmínky reaguje i ruská skupina Evraz. Obě firmy právě procházejí přerodem. „V letech 2009 a 2010 se u našich evropských podniků projevily slabiny, jimiž se teď zabýváme. Mým úkolem je konsolidace obou provozů tam, kde to má smysl. Chceme z nich vytvořit platformu pro další expanzi v Evropě,“ říká Dmitrij Ščuka, šéf Evrazu Vítkovice a zároveň předseda představenstva nově vzniklého holdingu Evraz Europe. Dále odpovídá na otázky HN:
Aglomerace a vysoké pece se ale stále na množství polétavého prachu vyprodukovaném ostravskou firmou podílejí největší měrou. "Prašnost těchto provozů dosahuje téměř 500 t. To by se mělo změnit. Plánujeme nejen odprášení druhé aglomerace, ale i další projekty," dodal Petr Baranek. Při jejich plánování by si ostravská firma mohla sáhnout i na dotace, které pro průmyslové podniky v regionu připravilo ministerstvo životního prostředí. V letošním roce chce ArcelorMittal investovat přibližně tři čtvrtě miliardy korun do odsíření koksovny a energetiky.
Jak se daří českému a italskému závodu Evrazu? Navzdory slabému trhu se nám podařilo vytvořit určitý, byť nevýrazný zisk.
SB
Co si představit pod konsolidací evropských částí Evrazu?
Spolupráce ArcelorMittal Ostrava a VŠBTU Ostrava
Konsolidovali jsme například portfolio klientů. Ti teď mají jeden kontaktní bod a nemusí je zajímat, kdo konkrétní výrobek vyrobí. Částečně jsme konsolidovali i nákup, čímž dosahujeme lepších podmínek. Také si hodně vyměňujeme technické zkušenosti.
Moravskoslezský deník, s. 3, lap
17.4.2012
Na spolupráci ve vědě a výzkumu, konferenční a publikační činnosti a také podpory nejlepších studentských prací se pro letošní rok dohodla Vysoká škola báňská – Technická univerzita 80
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Hutnictví ve světě
Vítkovice zprovoznily v Polsku miliardovou investici
Ostrava (VŠB-TUO) se společností ArcelorMittal Ostrava (AMO). Smlouvu podepsal Tapas Rajderkar, generální ředitel huti, a Ivo Vondrák, rektor univerzity. VŠB-TUO tak na základě smlouvy obdrží v letošním roce finanční podporu ve výši 2,3 mil. Kč, která navazuje na předchozí mnohaletou úspěšnou spolupráci.
Moravskoslezský deník, s. 5, Břetislav Lapisz 19.4.2012 Linka v hodnotě zhruba 1 mld. Kč rozšířila kapacity polské dceřiné společnosti firmy V´tkovice Heavy Machinery. Ta je společně s českou společností Vítkovice Cylinders lídrem evropského trhu vysokotlakých bezešvých ocelových lahví. Nové výrobní zařízení v Milmetu posílí pozice skupiny především v automobilovém průmyslu. Polsku navíc přinese 120 nových pracovních míst. Přibližně 240 mil. Kč proto poskytla na toto vysoce moderní zařízení také Evropská unie.
„Vysoká škola báňská jen spolehlivým a dlouholetým technologickým partnerem pro naši huť. Vážíme si inovací místních odborníků včetně studentů a těší nás, že máme v regionu tak silného partnera,“ uvedl generální ředitel. Spolupráce mezi univerzitou a hutí bude probíhal v několika oblastech. Nejdůležitější z nich je vědy a výzkum, ve které se podepsala spolupráce pro šest projektů. „Spojení vědy a průmyslu, obzvláště v moravskoslezském regionu s dlouholetou průmyslovou tradicí, je pro nás klíčové. Díky spolupráci se společností ArcelorMittal Ostrava získá škola nejen finanční prostředky, ale studenti mohou ve svých projektech řešit konkrétní úkoly z každodenní praxe,“ vysvětlil rektor.
„Investice v Polsku je pro nás zásadní z několika důvodů. Kromě miliardové hodnoty, která ji řadí mezi naše vrcholné investiční akce za poslední dva roky, posiluje pozici našich dceřiných firem Vítkovice Cylinders a Vítkovice Milmet jako lídrů ve výrobě ocelových lahví v Evrop, a to jak kvalitou produktu, tak kapacitou 300 tis. lahví za rok. Současně je to první z řady investic, které budeme jako skupina dlouhodobě směřovat do zahraničí,“ uvedl generální ředitel a předseda představenstva vítkovického holdingu Jan Světlík.
VŠB-TUO vypracuje např. studii k využití odpadního tepla z teplárny ArcelorMittalEnergy Ostrava pro ekologické vytápění, chlazení a lokální výrobu elektřiny přilehlých průmyslových a sociálních objektech města. Dalším výzkumným projektem z praxe bude řešení problematiky vyzdívek licích pánví. Druhá oblast se týká konferenční a publikační činnosti, kde AMO podpoří organizaci řady konferencí a seminářů. Třetí, neméně důležitá oblast se zaměřuje na spolupráci přímo se studenty. AMO tak finančně podporuje mimořádně úspěšné diplomové práce, z nichž tři budou psány v češtině a jedna v angličtině.
Nová linka dokáže vyrábět ocelové lahve s výrazně nižší hmotností. Tyto tzv. ultralehké lahve jsou světový trend a požadují je jak automobilky, které dlouhodobě počítají s výrobou aut na CNG, tak výrobci technických plynů z celého světa. Společnost Vítkovice Heavy Machinery je mimo jiné i lídrem v zavádění virtuálních plynovodů jako náhrady za klasický způsob přepravy zemního plynu. Stejně tak usiluje o vybudování sítě plnicích stanic CNG. Země, kam v automobilovém průmyslu míří, jsou v Jižní Americe, Evropě i na Blízkém východu, vč. Turecka, ale je též Indie.
Z dlouhodobé spolupráce mezi AMO a VŠB-TUO v minulých letech vznikla celá řada vědeckých projektů, jejichž řešení v praxi pomáhají přímo huti. Jedním z nich byla simulace chlazení pásových svitků vyráběných na širokopásové válcovací trati AMO.
red.
Nové silniční svodidlo vyvinuté v ČR
Dokončeno bylo také řešení projektu optimalizace výsledné mikrostruktury a mechanických vlastností ocelových pásů válcovaných za tepla. AMO pro výzkum zakoupil atypickou laboratorní žíhací pec 5013LS, postavenou na zakázku firmou CLASIC Řevnice. Pec s délkou nístěje 800 mm dokáže díky své konstrukci s ventilátorem a regulovatelnými odvětrávacími klapkami zajišťovat rychlé teplotní změny mezi 300 a 1300 °C, a umožňuje tak provádět efektivní simulace řízeného ochlazování vývalků získávaných válcováním za tepla na dvoustolicové laboratorní trati TANDEM Ústavu modelování a řízení tvářecích procesů (Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, VŠB-TUO).
novinky.cz, fdv, ČTK
26.4.2012
Společnost ArcelorMittal Distribution Solutions vyrobila prototyp svodidla, které má lépe ochránit motocyklisty. Díky snímačům by se zároveň motorkářům po nehodě mělo dostat rychlejšího ošetření. Bezpečnostní novinka byla koncem dubna představena v Evropském parlamentu v Bruselu. Novinku vyvinul tým výzkumníků z AreclorMittal Ostrava (AMO) spolu s partnery v rámci projektu Smart RRS spolufinancovaného Evropskou komisí. V případě schválení by se svodidla vyráběla v ArcelorMittal Distribution Solutions Czech Republic, což je jediný výrobce certifikovaných svodidel v ČR. Svodidlo je vyrobeno z mikrolegované oceli, která má v porovnání se standardně používanými typy
red. 81
Hutnictví ve světě
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
ocelí lepší mechanické vlastnosti. Oproti běžným záchytným systémům je toto svodidlo vybaveno spodní pásnicí, která při nehodě chrání motocyklisty před nárazem do sloupku. Je zpevněné, aby utlumilo energii nárazu a přitom motocyklistu neporanilo. Nové svodidlo má navíc snímače, které nehodu zaznamenají a informaci i s přesnou lokalizací vyšlou dispečinkům silniční kontroly. Při dopravní nehodě hraje klíčovou roli i to, jak rychle se zraněnému poskytne následná první pomoc. Díky novému svodidlu se může doba první záchrany zkrátit.
Zahájení ekonomicky rentabilní těžby této formy plynu je podle ministerstva zatím řadu let vzdálené. Je to jen začátek, tento výzkum by ale mohl vést k potenciálně významným novým zdrojům zemního plynu. Ministerstvo energetiáky nabídne v letošním roce na další průzkum metan hydrátů 6,5 mil. USD (123 mil. Kč). Spojené státy nyní zažívají boom břidlicového plynu, díky němuž se za posledních několik let přeměnily z významného dovozce plynu v plně soběstačného producenta. Celkové rezervy plynu v USA už jsou díky plynu z břidlic nejvyšší na světě.
Svodidlo čeká v příštích měsících takzvaná bariérová zkouška, tedy náraz figuríny motocyklisty o hmotnosti 87,5 kg rychlostí 60 km/h. V případě úspěchu bude nové svodidlo certifikováno podle EN 1317. Pak bude moci být používáno na všech silnicích Evropské unie. Klasická svodidla jsou velkým nebezpečím hlavně pro motorkáře. Cílem tříletého projektu Smart RRS (Smart Road Restraint Systems - Inteligentní silniční záchytné systémy) bylo optimalizovat silniční záchytný systém tak, aby byl při nehodách bezpečnější pro motocyklisty, a zvýšit bezpečnost na silnicích pomocí včasných informací. Na projektu spolupracovaly týmy z ČR, Belgie, Itálie, Španělska a Velké Británie, přičemž z ČR byla společnost AMO jediná.
Průkopníkem ve využití metan hydrátu je Japonsko. JOGMEC letos v únoru začala připravovat u japonského východního pobřeží jeho dobývání a zkušební těžba by měla začít v prvním čtvrtletí příštího roku. Japonsko od roku 2001 investovalo do rozvoje technologií pro těžbu metan hydrátu stovky miliónů dolarů a chce tento program dovést do komerčního využití do roku 2018. Předpokládá se, že světové zásoby metan hydrátů až desetinásobně přesahují celkové pozemské zásoby fosilních zdrojů. SB
Hyundai připravila v Evropě vzdělávací program pro studenty
ArcelorMittal Distribution Solutions Czech Republic je jediným výrobcem certifikovaných záchytných systémů v ČR, důlní výztuže a za tepla válcovaných plechů a pásů. Roční kapacita je více než 500 kt výrobků. Společnost je dceřinou firmou největší české hutní společnosti AMO a má téměř 400 zaměstnanců.
autofox.cz, Autofox
Hyundai Motor Europe připravila ve spolupráci s JA-YE Europe (Junior Achievement - Young Enterprise) tříletý program Skills for the Future (Dovednosti pro budoucnost), který hodlá připravovat mladé lidi na požadavky budoucího trhu práce.
SB
Program poskytne přibližně 10 000 studentů odborných škol v 15 zemích Evropské unie šanci vyzkoušet si podnikání, získat dovednosti ve vědeckých disciplínách, technice, strojírenství a matematice a prakticky využívat získané znalosti ve svých budoucích kariérách. Účastníci budou vystaveni rozmanitým metodám praktické výuky, jako je například zakládání a řízení vlastních technických mikrospolečností. Kromě výchovného uvedení do světa podnikání se program zaměří také na rozvoj 'měkkých' dovedností, jako je týmová práce, řízení a organizace.
USA oznámily průlom v průzkumu ložisek plynu z metan hydrátu novinky.cz, ČTK
3.5.2012
2.5.2012
Americká vláda počátkem května oznámila průlom v průzkumu potenciálně ohromných ložisek plynu v podobě metan hydrátu. Zkušební vrty nalezly na Aljašce vysoce slibný rezervoár plynu v této formě. Nové zdroje plynu by mohly v budoucnu dál výrazně zvýšit již tak masivní americké rezervy této energetické suroviny. Ministerstvo energetiky USA ve spolupráci s americkou ropnou skupinou ConocoPhillips a japonskou státní společností Japan Oil, Gas and Metals National Corp (JOGMEC) vhánělo do formace metan hydrátu v severozápadním aljašské oblasti North Slope směs oxidu uhličitého a dusíku. První testy ukázaly stabilní tok plynu z ložiska.
Studenti budou mít příležitost pracovat s více než 400 dobrovolníky ze společnosti Hyundai Motor z celé Evropy, kteří budou mít roli vzorů a studentům nabídnou nahlédnutí do svých oborů. Hyundai Motor udělí každý rok cenu vybrané studentské společnosti za nejlepší nápad z oblasti automobilové služby nebo produktu. Program bude spuštěn v roce 2012 v pěti zemích: Německo, Velká Británie, Itálie, Španělsko, Česká republika. Hyundai Motor Europe nejprve vybrala velké evropské trhy. ČR je zde zřejmě jako místo
Metan hydráty jsou ložiska plynu ve formě ledových krystalů, které se nacházejí na dně kontinentálních šelfů a těsně pod arktickým permafrostem. 82
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Hutnictví ve světě
jediného výrobního závodu Hyundai v Evropě. Skills for the Future je první celoevropskou iniciativou společnosti Hyundai.
halu pro koncerty, přednášky, výstavy i sympozia. Z bývalých vysokých pecí a dalších technických památek v Dolní oblasti Vítkovic vzniká kulturní a vzdělávací centrum (pozn. red.: další inf. v Hutnických listech, 2012, roč. LXV, č. 2, 3. s. obálky). Projekt regenerace tohoto území běží pod taktovkou sdružení Dolní oblast Vítkovice (kam patří i strojírenský holding Vítkovice), za podpory evropských dotací a částečně je financován i státem. Je tak jedním z mála úspěšných PPP projektů, tedy projektů ve spolupráci veřejného a soukromého sektoru. V sousedství Dolní oblasti Vítkovice vyrůstá z bývalé koksovny a průmyslového areálu čtvrť Nová Karolina.
SB
Antikorozní ocel na mostech dálnice D47 masivně rezaví a odpadává po kilech novinky.cz
3. 5.2012
Dálnice D47 u Ostravy má po zvlněné vozovce další problém. Z mostních konstrukcí, které jsou opatřeny speciální antikorozní úpravou, odpadávají masivní zkorodované pláty a dovnitř zatéká. Na začátku května na to upozornil Radiožurnál.Ocelové prvky mostních konstrukcí sice mají mít rezavou patinu, skutečnost je však taková, že ocel, za jejíž antikorozní úpravu si stát připlatil minimálně u jednoho z mostů přes Odru, nekontrolovaně koroduje, což může mít za následek problémy se statikou.
Zpustlých území s původními objekty, jež by potřebovaly revitalizovat, jsou v České republice podle studie agentury CzechInvest tisíce. Z celkové plochy přes 10 tis. ha brownfieldů lze asi u poloviny předpokládat ekologickou zátěž. Většinou se jedná o pozůstatek průmyslové nebo vojenské činnosti. Jenom pár z nich se ale proměňuje. Velké plány na jejich revitalizaci stojí, areály dál chátrají a hyzdí města. Developeři čekají na probuzení poptávky, stát na zdravější rozpočet. „Je neuvěřitelné, že se továrny v komunistických zemích stavěly v centrech měst. Nemají tam co dělat. Téměř vždy demolice a nahrazení novým objektem městu prospěje. O brownfieldech se ale mnohem víc mluví, než se s nimi něco dělá. Nevybavil bych si moc těch, co se přesunuly do fáze realizace,“ říká Luděk Schmidt ze společnosti Dandreet, která aktuálně rozjíždí projekty Šantovka Olomouc na území bývalého závodu Milo v centru Olomouce a Galerie Teplice na místě zavřeného obchodního domu Prior v Teplicích. Jedním z příkladů pozastavených projektů může 2 být záměr společnosti Codeco. Na území 82 tis. m v pražských Vysočanech, na místě areálu bývalé Kolbenky (ČKD Trakce), měla vzniknout nová, moderní čtvrť. Dominovat jí měla 80 m vysoká administrativní budova Kolben Tower ve tvaru motorového válce.
Za problémem mostů může být i konflikt zájmů provázející stavbu a údržbu. Mosty projektovala pro stavbaře firma Stráský, Hustý a partneři. Stejnou projekční kancelář si však najalo i Ředitelství silnic a dálnic (ŘSD), aby mosty zkontrolovala a odhalila možné problémy v záruční době. Rozhlas upozornil, že kancelář měla inspekční činnost zanedbávat. Ta své pochybení odmítá. "Z mého pohledu je to jasný střet zájmů. Ty mosty nejsou v pořádku a není to o nedostatečné údržbě. Právě je to i o věcech stavebních a konstrukčních vadách,“ citoval Radiožurnál šéfa ŘSD Reného Porubu. Nekorodující ocel, která je o 1600 až 1900 Kč na tunu dražší než běžná ocel, se tak může v konečném důsledku ještě více prodražit. (pozn. red.: U oceli pro mostní konstrukce se ve skutečnosti nejedná o antikorozní materiál nebo antikorozní úpravu. Má to být ocel se schopností povrchové samopasivace. Vítkovické železárny již v minulosti takovou ocel vyvinuly, pod názvem atmofix, a úspěšně ji aplikovaly na některých svých stavbách, jako např. ve výstavbě komínů ohřívacích pecí ve válcovně tlustých plechů kvarto 3,5. Tato ocel byla vyvinuta pro odolnost vůči atmosférickým vlivům. V prostředí povrchových splachových vod kontaminovaných chloridy mohou oceli tohoto typu pravděpodobně reagovat negativně.)
SB
Výstavba nového závodu v Mexiku Tyasa orders compact steelmaking plant. Metallurgical Plant and Technology, 2012, č.2, s. 8 Mexická firma Talleres y Aceros S.A. de C. V. (Tyasa) objednala u firmy Siemens VAI Metals Technologies dodávku nového hutního závodu, který se buduje v Extaczoquitlan a bude mít výrobnost 1,2 mil. t. Hlavním zařízením bude oblouková pec Simetal EAF Quantum, dále zde bude pracovat zařízení sekundární metalurgie a kombinované zařízení pro plynulé odlévání na výrobu sochorů a předlitků pro profily. Dokončení závodu je plánováno na polovinu r. 2013. LJ
SB
Obnova pozemků po továrnách vázne. Ostravský plynojem už ale hostil koncert Nohavici ihned.cz
8.5.2012
Novou koncertní halou v Ostravě v úterý zněly tóny skladeb písničkáře Jaromíra Nohavici za doprovodu Janáčkovy filharmonie. Starý plynojem Vítkovických železáren se proměnil v multifunkční 83
Hutnictví ve světě
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Výstavba zařízení na přímou redukci
TRAVAGLINI, CARLO; GRIVIC, IVICA; TRUANT, MARCO: 750 mm diameter bloom caste for highquality steel grades at Acciaierie Bartoli Safau. Metallurgical Plant and Technology, 2011, č. 11, s. 38 až 44.
Severstal signs MOU. Metallurgical Plant and Technology, 2012, č. 2, s. 10 Americká firma Severstal North America pracuje na projektu závodu pro přímou redukci (DRI) ve státě Trinidad a Tobago. Připravovaný závod bude mít produktivitu 1,5 mil. t/ rok a vyrobené železo se bude přetavovat v elektrické peci v městě Columbus ve státě Mississippi.
Italská ocelárna Acciaierie Bartoli Safau (ABS) začala v r. 2007 odlévat na zařízení pro plynulé lití č. 3 sochory o průměru 600 mm. Toto zařízení umožňuje odlévání sochorů v rozmezí průměrů 400 až 750 mm. Jsou určeny pro výrobu trubek, železničních kol a pro další náročné výrobky. Odlévá se široký sortiment ocelí. Nyní se přistoupilo k odlévání kontislitků o průměru 700 mm, které nahrazuje odlévání ingotů. Vyhodnocení ukazuje, že se dosahuje vyšší využití kovu, měřeno poměrem hmotnosti kovu v pánvi po rafinaci k množství kovu v ingotech po odstranění hlavy a paty nebo u kontislitků po odstranění koncových částí. Výtěžnost kovu u ingotů činila 85 %, u kontilití 93 %. Porovnání vnitřní kvality u výrobků po přechodu z ingotů na kontislitky ukázalo, že oba polotovary zajišťují vnitřní čistotu na stejné úrovni.
LJ
Výstavba válcovny v Arménii ASCE Group OSJC to build bar mill. Metallurgical Plant and Technology, 2012, č. 2, s. 13 Německá firma Siemens VAI Metals Technologies obdržela od ASCE Group OSJC objednávku na dodávku válcovny tyčí , která má být vybudována v Charentsavan. Bude to prvá válcovna v Arménii a bude mít výrobnost 125 tis. t/rok. Předválcovací pořadí tvoří vratné duo, střední pořadí tvoří čtyři stolice střídavě horizontální a vertikální. Hotovní pořadí má šest stolic. Trať by měla jít do provozu počátkem r. 2013.
LJ
Nová vertikální pec v kovárně VHM
LJ
http://www.vitkovicemachinery.com/news/message /detail/id/731/lang/cs/site/18
Výstavba válcovny pásu v Turecku http://www.steelgrips.com/newsdesk/Europe/Habas to enter into flats production.html
VITKOVICE HEAVY MACHINERY a. s. uvedly ve své kovárně v Kunčicích do provozu novou vertikální pec pro tepelné zpracování štíhlých výkovků. Pec umožňuje zpracovávat výkovky o délce až 6 500 mm a průměru až 2000 mm při hmotnosti až 50 t.
Turecká ocelárna Habas A.S. zahájila výstavbu závodu v Aliaga na pobřeží Aegean. Závod bude vybaven zařízením pro plynulé odlévání bram o šířce 1000 až 2100 mm při tloušťce 200 a 225 mm. Krystalizátor bude zahnutý s rezonančním oscilátorem a dynamickým nastavováním segmentů s mírnou redukcí tloušťky odlévané bramy. Širokopásová válcovna bude mít vratnou předválcovací stolicí typu kvarto s vertikálními válci, coilbox bez trnu, příčné nůžky, sedmistolicové hotovní pořadí, laminární chlazení, dvě navíječky, dopravník svitků a inspekční linku. Chlazení bude uzpůsobeno pro velké rychlosti ochlazování a diferenční chlazení s cílem dosažení speciálních vlastnosti. Navíječky jsou uzpůsobeny pro navíjení pásů o tloušťce až 25,4 mm z vysoce pevných oceli určených provýrobu svařovaných trubek. V prvé etapě bude mít trať roční výrobu 2,5 mil. t pásu válcovaného za tepla. Výroba se bude postupně zvyšovat až na 4,5 mil. t/rok. Šířka pásu bude 700 až 2100 mm, tloušťka 1,23 až 25,4 mm. Bude se válcovat široká škála jakostí od uhlíkových až po vícefázové oceli včetně vysoce pevné oceli X70.
LJ
Firma Schuler objednává díly lisů u nás http://www.vitkovicemachinery.com/news/message /detail/id/724/lang/cs/site/18 Známý německý výrobce lisů firma Schuler SMG uzavřel s firmou VITKOVICE HEAVY MACHINERY kontrakt na dodávky hlavních dílů pro rámy velkých lisů dodávaných do USA a jižní Ameriky. Jde převážně o lité součásti, které se dodávají do Německého závodu v opracovaném stavu a zde se montuje lis. LJ
Dceřinná společnost turecké ocelářské skupiny Tosyali kupuje válcovnu dlouhých výrobků v Černé Hoře za 15,1 mil. EUR SBB
1.5.2012
Černohorský výrobce dlouhých výrobků ze speciálních a uhlíkových ocelí Želiezara Nikšič byl prodán firmě Toscelik Profil, která je součástí turecké ocelářské skupiny Tosyali. Podle představitele Želiezara Nikšič se tak stalo poté, co
LJ
Plynulé odlévání sochorů o průměru 750 mm z vysoce kvalitních ocelí 84
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
Hutnictví ve světě
byl popáté nabídnut k prodeji. Obchod musí být před dokončením potvrzen černohorským soudem, což by podle mluvčího závodu mělo trvat 7 dnů.
století.Zákazníkem je dánský MAN Diesel & Turbo, který bude havarovaný motor jakožto licencor a designér od základu opravovat. Výroba zalomených hřídelí má ve společnosti VÍTKOVICE bohatou historii. První hřídel byla vyrobena už v roce 1897 pro těžký křižník Kriegsmarine Habsburg rakousko-uherského námořnictva. Historického maxima dosáhla výroba hřídelí v roce 2008, kdy se vyrobilo 303 kusů.
Podle mluvčího byli zájemci o Želiezara Nikšič dva. Turecká společnost podala vyšší nabídku – 15,1 mil. EUR (20 mil. USD). Administrátor závodu Veselin Perišič požadoval v lednu původně cenu 30 mil. EUR. Zatím prý Želiezara Nikšič běží na velmi nízké úrovni, provozuje se jedna směna denně, když jsou náklady na elektrickou energii nízké. Závod byl prohlášen insolventní a v dubnu 2011 bylo zahájeno konkurzní řízení. Počet zaměstnanců se vloni snížil z 1400 na 304. Želiezara Nikšič, který vyrábí kruhové tyče a čtvercové sochory speciálních jakostí a také betonářskou ocel a válcovaný drát, má výrobní kapacitu surové oceli do 400 kt/rok.
LJ
Třinecké železárny závod ŽDB Group novinky.cz, ab, Právo
drátovenský 14.5.2012
Ocelářská společnost Třinecké železárny (TŽ) se dohodla se skupinou Bonatrans Group Holding na koupi drátovenského závodu bohumínské společnosti ŽDB Group. Transakce podléhá souhlasu antimonopolního úřadu. Akvizice bohumínského drátovenského závodu s ročním obratem přes tři miliardy korun znamená pro skupinu Třinecké železárny – Moravia Steel významné posílení produktového portfolia a postavení v oblasti drátovenství.Součástí transakce je i dohoda na užší a dlouhodobé spolupráci skupiny Moravia Steel se strojírenskou společností Bonatras Group ze skupiny Bonatrans Group Holding.
LZ
Smederevo přilákalo tři kandidáty na strategické partnerství SBB
kupují
1.5.2012
Srbská vláda uvedla v tiskovém prohlášení, že o strategické partnerství s Železara Smederevo, dříve US Steel Serbia, požádal v Lucembursku sídlící holding United Group, ukrajinský Doněckstal a ruská Ural Mining and Metallurgical Company. Podle privatizačního harmonogramu Železara Smederevo by měli potenciální partneři podat závazné nabídky do pátku 4. května.
„Jsme rádi, že budeme moci nejen posílit a rozšířit naši drátovenskou výrobu, ale i dlouhodobě prohloubit a posílit naši pozici v dodávkách oceli pro výrobu železničních kol a dvojkolí Bonatransu,“ uvedl předseda představenstva Třineckých železáren Jan Czudek s tím, že bohumínský Bonatrans Group patří k nejdůležitějším zákazníkům Třineckých železáren. „Prodej bohumínského drátovenského závodu strategickému investorovi, kterým Třinecké železárny bezesporu jsou, představuje pro rozvoj této výroby nejlepší perspektivu růstu,“ nechal se slyšet člen představenstva Bonatrans Group Holding Aleš Cechel.
United Group SA je holdingová společnost českých kováren Plzeň Steel a ruského výrobce trubek a strojních zařízení Bummash. Doněckstal je soukromý integrovaný hutní závod vlastněný Viktorem Nusenkisem. Ural Mining and Metallurgical Company představuje primárně výrobce mědi a zabývá se také těžbou železné rudy, výrobou železnorudných koncentrátů a válcované oceli. Soukromým vlastníkem této společnosti je ruský občan Iskander Machmudov. Podle mluvčí společnosti provozuje Smederevo jednu vysokou pec a všechny válcovací tratě. Odmítla však specifikovat úroveň aktivity.
ŽDB Group se soustřeďuje zejména na drátovenství a slévárenství, vyrábí litinové kotle, radiátory, odlitky, drát, ocelové kordy, ocelová lana či pružiny. Společnost ŽDB Group nadále zůstává ve skupině Bonatrans Group Holding a bude pokračovat v rozvoji svých dalších závodů, včetně rozšíření a posílení značky Viadrus. Společnost Bonatrans Group je významným světovým výrobcem železničních kol a dvojkolí. Třinecké železárny jsou největším tuzemským výrobcem oceli. V uzavřeném hutním cyklu podnik vyrábí zhruba 2,5 mil. t oceli ročně. Hlavní výrobkové portfólio tvoří především ocelové dlouhé vývalky, jako je válcovaný drát, kolejnice, speciální tyčová ocel nebo hutní polotovary.
LZ
Jubilejní čtyřtísící zalomená hřídel http://www.vitkovicemachinery.com/news/message /detail/id/727/lang/cs/site/18 V pořadí již čtyřtisící zalomená hřídel byla vyrobena na konci února 2012 ve společnosti Vítkovice HEAVY MACHINERY a.s.. Hřídel typu 7L45GBE o hmotnosti 29 t putovala do lotyšské Rigy, kde bude sloužit třicet let staré lodi. Jelikož se jedná o náhradu zalomené hřídele po havárii motoru, jde o poměrně atypický řešení. Takto navržené zalomené hřídele se používaly pro motory vyrobené v 80. letech 20.
SB 85
Hutnictví ve světě
Hutnické listy č.3/2012, roč. LXV
V Londýně dokončili stavbu obtočenou ocelovou stuhou novinky.cz, tnk, Novinky
Souběžný provoz tří vysokých pecí si vyžádá krátkodobé navýšení počtu zaměstnanců přibližně o 50. „Jelikož provoz tří pecí bude krátkodobý, neočekáváme negativní vliv tohoto provozu na kvalitu ovzduší v okolí společnosti,“ dodal ředitel pro životní prostředí Petr Baranek.
24.5.2012
Futuristický projekt 115metrové londýnské věže nazvané ArcelorMittal Orbit, která má lákat turisty především na terasu s restaurací, byl oficiálně dokončen. Autory stavby jsou umělci Anish Kapoor a Cecil Balmond. Stavba je zároveň nejvyšší současnou sochou Londýna.
Po stabilizaci výroby pece č. 3 bude z důvodu generální opravy odstavena z provozu vysoká pec č. 4. Zde proběhla generální oprava naposledy v roce 1994.
Věž se nachází u vchodu na olympijský stadion. Výstavba trvala rok a půl. Ze stavby je panoramatický výhled na celý olympijský park. Podle Lakshmi N. Mittala, předsedy představenstva a generálního ředitele společnosti ArcelorMittal, která stavbu sponzorovala, se má věž stát nejen ztělesněním olympijského ducha, ale i symbolem prosperity a růstu.
Generální oprava pece č. 3 stála téměř miliardu korun. "Nově opravená vysoká pec, kde již byly místo ručně dusané nístěje použity uhlíkové bloky, bude mít v porovnání s pecí č. 4 mimo jiné přibližně o 5 let delší životnost nístěje a cca o 200 t denně vyšší výrobnost. I po uvedení pece do provozu zůstane objem výroby hotových výrobků stejný jako v předchozích měsících. „Nemáme v plánu navyšovat výrobu oceli v ArcelorMittal Ostrava, protože zatím nic nenasvědčuje tomu, že by mělo dojít ke zlepšení poptávky na trhu,“ řekl generální ředitel Tapas Rajderkar.
Autor stavby Kapoor pro stavbu zvolil rudou barvu, která zdobí i celou plejádu jeho předchozích děl. Na budovu bylo použito cca 19 tisíc litrů barvy. Tvary věže jsou velmi nepravidelné a mají vyvolávat zdání dynamičnosti. Věž by měla být přístupná a funkční i po skončení olympijských her v roce 2012.
ArcelorMittal Ostrava a.s. je největší hutní firmou v České republice a patří do největší světové ocelářské skupiny ArcelorMittal. Roční kapacita výroby společnosti jsou 3 mil. t oceli. Zhruba 50 % produkce se exportuje do více než 60 zemí světa. Závod zaměstnává 4230 lidí, dohromady s dceřinými společnostmi má více než 8 tisíc zaměstnanců. Průměrná mzda zaměstnanců v roce 2011 činila 32 796 Kč. Jediným akcionářem je ArcelorMittal Holdings A. G.
Stavbu financoval ocelový magnát Lakshmi Mittal, a tak není divu, že tato stavba tak vznikla ze dvou třetin z recyklovatelné oceli.¨Za jasného dne se návštěvníci ArcelorMittal Orbit budou moci rozhlížet více než 20 km do dálky. Věž pojme 400 až 600 návštěvníků a je díky dvěma výtahům s kapacitou cca 20 osob bezbariérová. Večer po hrách by se měla věž rozsvítit speciálními světelnými barevnými efekty.
SB
Evropa v úvodu roste, v čele komoditní společnosti. Arcelormittal po zlepšeném doporučení +2,5 %
SB
ArcelorMittal Ostrava zprovozní po generální opravě vysokou pec mediafax.cz, Ilona Honusová
investujeme.sk
25.5.2012
29.5.2012
Evropské akciové trhy vstoupily do dnešního obchodování v zelených číslech a posilují tak již potřetí v posledních květnových dnech. Pozornost investorů se dnes soustřeďuje kromě dalšího vývoje v Řecku a Španělsku také na Spojené státy, kde jsou zveřejněna makrodata v podobě indexu spotřebitelské důvěry. Nejsilněji rostou komoditní společnosti, které v průměru přidávají 1,8 %. SB
V ostravské huti ArcelorMittal uvedli do provozu dne 25.5.2012 na ranní směně vysokou pec č. 3, která je po generální opravě. Nahradila vysokou pec č. 4, jejíž životnost se už blíží ke konci. Od doby náběhu vysoké pece č. 3 jsou v provozu dočasně tři vysoké pece, a to po dobu několika týdnů až do doby, než se výroba na peci č. 3 zcela stabilizuje a nebude již ohrožen plynulý chod hutě. „Náběh vysoké pece je delší proces. Teprve po ustálení provozu pec produkuje stabilní ocelárenské železo,“ uvedl ředitel závodu Vysoké pece Jan Haščin.
86
Koksovna Vítkovických železáren v dnešním pohledu. První snímek ukazuje koksárenskou baterii KB 5 s 64 komorami a KB 4 s 36 komorami. Na vzdálenější KB 4 byla naposledy provedena bloková oprava v r. 1983 a bližší KB 5 byla generálkovaná v r. 1987. Jsou to Koppersovy pece s cirkulačním topením a sypným provozem. Doba koksování byla 17,5 hodin. Valná většina obslužných s t r o j ů , s t e j n ě j a ko u ostatních koksoven na Ostravsku, byla vyrobena ve Vítkovických železárnách. Mezi oběma koksárenskými bateriemi se nachází uhelná věž, nejstarší objekt koksovny z r. 1929. Při samém okraji vlevo jsou přilehlé objekty uhelné služby a trafostanice. Druhý snímek ukazuje v popředí jemnou třídírnu koksu a přesýpací stanici koksu, v pozadí přesýpací stanici uhlí pro uhelnou věž.
Koksovna se nachází v tzv. Dolní oblasti Vítkovic. Stejně jako se v Dolní oblasti Vítkovic podařilo revitalizovat hlavní historicky cenné objekty a technologické agregáty pro vzdělávací, kulturní a turistické účely (Hutnické listy, 2012, roč. LXV, č. 1), pracuje se dnes i na cílovém využití koksovny. Provoz koksovny byl v rámci delimitace výroby surového železa z Vítkovických železáren do Kunčic postupně utlumován, až definitivně zastaven v r. 1998.
VM a red. Literatura POČTA, J. Výzkum historie techniky v koksárenství, 2. upravené vydání. [výzkumná zpráva pro Státní památkový ústav v Ostravě], CSM Ostrava, 9/1994