L2-2609 Simulacije vročega valjanja za proizvodnjo jekel vrhunskih kvalitet

Vodja: dr. Umut Hanoglu

Partnerji:

•    Inštitut za kovinske materiale in tehnologije (IMT): Umut Hanoglu, Božidar Šarler, Qingguo Liu, Bojan Podgornik.
•    Fakulteto za strojništvo, Univerza v Ljubljani: Tadej Dobravec, Katarina Mramor, Gašper Vuga, Izaz Ali, Zlatko Rek
•    Štore Steel: Robert Vertnik, Miha Kovačič

Sofinancer:

•    ŠTORE STEEL d.o.o.

Cilj raziskave

Cilj tega aplikativnega projekta je simulacija najrazličnejših delov proizvodne linije jekla za izboljšanje kakovosti proizvodnje s številnimi analizami. Ta aplikativni projekt sestavlja 6 delovnih sklopov.
 
1- Model ogrevalne peči: Poseben program za simulacijo ogrevalne peči, skozi katero mora iti vsaka gredica, da se segreje na želeno temperaturo, je kodiran s pravo dimenzijo v 3D. Cilj je dobiti temperaturno in koncentracijsko polje gredice s časom in pozicijo. Temperatura in koncentracija ogljika sta sklopljena.
 

2- Izboljšan model pregrevanja in kontinuiranega valjanja
2.1- Izboljšan materialni model za jeklo: Nadgradnja materialnega modela s poškodbami za dosego bolj realističnih deformacijskih rezultatov za boljšo primerjavo z industrijo. Idealni plastični materialni model je posodobljen na materialni model s poškodbo. Poškodba je skalarni parameter, odvisen od materiala in začetnega stanja. Začetno stanje lahko pridobimo tudi iz slike jekla. V simulatorju je implementiran poseben algoritem za obdelavo slik.

Prva slika prikazuje jeklo s poškodbami na začetku, na drugi sliki je pridobljeno stanje poškodb za vhodne parametre v simulatorju, na zadnji sliki pa je prikazan rezultat deformacije po valjanju s poškodbami.   

2.2- Vpliv kemične nehomogenosti: Cilj je vgraditi ne-izotropični materialni model gleda na nehomogenost ogljika v materialu. Rezultati iz ogrevalne peči bodo vhodni parametri za ta model.

2.3- Izračun možnih ali/in obstoječih razpok ter njihova propagacija: V tem modelu je cilj simulirati, kako se obstoječa razpoka propagira med valjanjem. Za validacijo je bilo izbranih 5 primerjav z analitičnimi rešitvami ali z metodo končnih elementov. Zadnja verzija bo implementirana v simulatorju valjanja.

3- Model hladilne klopi: Ta model simulira ostanke napetosti v jeklu pri hlajenju na hladilni klopi. Termalni model je pridobljen od modela ogrevalne peči, elasto-plastični materialni model je uporabljen za računanje ostankov napetosti z gradientom temperature. Okolje in geometrijski parametri so implementirani enako kot v jeklarni pri industrijskem partnerju.
 

4- Paralelno računanje: Cilj dela je, da simulator valjanja uporabi več jeder, tako da za boljšo uporabniško izkušnjo zažene simulacijo hitreje. Deli, ki so vzeli največ časa, so že implementirani v paralelnem načinu, npr. reševanje velikih sistemov enačb.

5- Verifikacija in validacija: Vsi modeli morajo biti verificiani in/ali validirani. Pred vsako objavo bodo pridobljeni rezultati verificirani z analitično rešitvijo ali z metodo končnih elementov. Vzporedno validiramo tudi naše rezultate v industriji. Če so zahtevane dopolnitve, nas o tem obvestijo in takoj izvedemo popravek in posredujemo novo verzijo.

6- Uporaba modela v industriji: Industrija mora uspešno uporabiti naš simulator za njihovo analizo. Naš simulator se posodablja sproti in naš industrijski partner vsakokrat prejme novo verzijo. Spremembe izvajamo tudi na podlagi njihovih pripomb.
Raziskovalni projekt je sofinanciran s strani ARRS od 1. 9. 2020 za obdobje 3 let.
Projekt je sofinanciran s strani industrijskega partnerja ŠTORE STEEL d.o.o.