Seminarium. pt. NOWOCZESNE MATERIAŁY I TECHNOLOGIE DLA ELEKTROENERGETYKI

Transkrypt

1 Akademia Górniczo-Hutnicza Seminarium im. Stanisława pt. Staszica w Krakowie NOWOCZESNE MATERIAŁY I TECHNOLOGIE DLA ELEKTROENERGETYKI Oferta współpracy WMN AGH - Przemysł 26 września 2014 r. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Krakowie, Al. Mickiewicza 30, pawilon A2, sala H102 Program 10:00-10:15 OTWARCIE SEMINARIUM - Dziekan WMN AGH - prof. dr hab. inż. Maria Richert Polska Izba Gospodarcza Elektrotechniki - dr inż. Jakub Siemiński 10:15-10:35 REFERAT KLUCZOWY Przetwórstwo metali nieżelaznych - prof. dr hab. inż. Tadeusz Knych 10:35-11:45 PREZENTACJA WYDZIAŁU METALI NIEŻELAZNYCH AGH Katedra Nauki o Materiałach i Inżynierii Metali Nieżelaznych dr inż. Tomasz Tokarski Katedra Fizykochemii i Metalurgii Metali Nieżelaznych dr hab. inż. Stanisław Pietrzyk, prof. ndzw. dr hab. inż. Andrzej Mamala Zwiedzanie laboratoriów Wydziału Metali Nieżelaznych AGH 11:45-12:00 PRZERWA KAWOWA 12:00-12:20 Substytucja miedzi przez aluminium współczesne trendy w elektroenergetyce - dr hab. inż. Beata Smyrak 12:20-12:40 Rozwiązania produkcyjne dla materiałów alternatywnych do miedzi w przewodach samochodowych Przedstawiciel firmy Niehoff 12:40-13:00 Możliwości finansowania współpracy przemysł nauka w zakresie prac badawczo-rozwojowych dr inż. Grzegorz Kiesiewicz 13:00-14:00 PANEL DYSKUSYJNY PRZY SZWEDZKIM STOLE 14:00 PODSUMOWANIE I ZAMKNIĘCIE SEMINARIUM

2 Seminarium Nowoczesne Materiały i Technologie dla elektroenergetyki Kraków, 26 września 2014r. PRZETWÓRSTWO METALI NIEŻELAZNYCH Tadeusz Knych Lecz ten uczony, który przez zastosowanie swoich nauk i umiejętności [pomaga] do wzrostu krajowych dostatków, do rozwijania narodowego przemysłu, ten będzie obywatelem użytecznym - Z mowy Stanisława Staszica przy otwarciu Szkoły Przygotowawczej do Instytutu Politechnicznego 4 stycznia 1826 roku

3 GLOBALNA PRODUKCJA METALI RUDY METALI (OBOK SURWCÓW ENERGETYCZNYCH) SĄ PODSTAWOWYM ŹRÓDŁEM ENERGII NA ŚWIECIE RUDY METALI - 19% CAŁKOWITEGO WYDOBYCIA KOPALIN ENERGETYCZNYCH Metale nieżelazne 125 mln ton GLOBALNA PRODUKCJA METALI W 2013 r., mln ton (dane CRU International) GLOBALNA PRODUKCJA METALI NIEŻELAZNYCH W 2013 r., mln ton (dane CRU International)

4 SCHEMAT OGÓLNY TECHNOLOGII PRODUKCJI WYROBÓW TOPIENIE SYNTEZA STOPU ODLEWANIE KOKILOWE PÓŁCIĄGŁE CIĄGŁE PRZERÓBKA PLASTYCZNA PRZERÓBKA PLASTYCZNA NA GORĄCO (WALCOWANIE, WYCISKANIE, KUCIE) PRZERÓBKA PLASTYCZNA NA ZIMNO (WALCOWANIE, CIĄGNIENIE, WYTŁACZANIE) OBRÓBKA CIEPLNA (HOMOGENIZACJA, PRZESYCANIE, STARZENIE, REKRYST) OBRÓBKA WYKAŃCZAJĄCA OBRÓBKA UBYTKOWA (CIĘCIE, TOCZENIE, WIERCENIE, FREZOWANIE, SZLIFOWANIE) ŁĄCZENIE (POŁĄCZENIA ŚRUBOWE, NITOWANIE, SPAWANIE, LUTOWANIE TWARDE, LUTOWANIE MIĘKKIE, KLEJENIE, ZGRZEWANIE) OBRÓBKA POWIERZCHNIOWA (NAKAŁDANIE POWLOK, CZYSZCZENIE, POLEROWANIE, MALOWANIE, POWLEKANIE, KULOWANIE)

5 PROCES SYNTEZY UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW 115 znanych pierwiastków 91 metali

6 PROCES TOPIENIA TEMPERATURA TOPNIENIA METALI

7 PROCES SYNTEZY CuBe CuNiSi CuFe STOPY ALUMINIUM 1) 1xxx Wysokowytrzymałe Al 2) 2xxx i wysokoprzewodzące Al-Cu 3) 3xxx stopy Al-Mn miedzi 4) 4xxx Al-Si 5) 5xxx CuAg Al-Mg (5-15%) 6) 6xxx Al-Mg-Si 7) 7xxx Al-Zn 8) 8xxx Al-(Fe, Cu, Mg, Zr ) CuMg CuCrZr CuZn STOPY CuNi ALUMINIUM CuCr CuZr CuAg CuETP CuOF 7

8 PROCES ODLEWANIA SCHEMAT LINII CIĄGŁEGO ODLEWANIA UPCAST OY. ZAŁADUNEK KATOD PIEC TOPIELNY RYNNA PRZELEWOWA UKŁAD KRYSTALIZATORÓW ODLANE PRĘTY UPCAST KRĄG MIEDZI BEZTLENOWEJ RYNNA PRZELEWOWA ZAŁADUNEK KATOD PIEC TOPIELNY Pręt z miedzi OFC PIEC ODLEWNICZY MASZYNA ODLEWNICZA Z KRYSTALIZATORAMI ZWIJARKI Zakres średnic 8mm 12mm 16mm 20mm 25mm

9 PROCES PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ WYCISKANIE SIŁA WALCOWANIE A O ROLL A D ROLL SIŁA KUCIE A O K A D SIŁA CIĄGNIENIE A O A D SIŁA TŁOCZENIE 9

10 PODSTAWY TEORII PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ PODSTAWOWE PRAWA W PRZERÓBCE PLASTYCZNEJ Prawo stałości objętości Prawo ciągłości strugi V 0 = V 1 h 0 b 0 l 0 =h 1 b 1 l 1 A 0 v 0 = A 1 v 1 h 0 h 1 b 0 b 1 l 0 l 1 = 1 α β γ = 1 l 0 l 1 h 0 h 1 b 1 b 0 Przed procesem przeróbki plastycznej Po procesie przeróbki plastycznej

11 MOŻLIWOŚCI KSZTAŁOWNIA WŁASNOŚCI MATERIAŁU drut o średnicy 1 mm R e R m materiał wsadowy (średnica 8 mm)

12 MOŻLIWOŚCI KSZTAŁOWNIA WŁASNOŚCI MATERIAŁU PO PROCESIE PRZESYCANIA Stop AlMg0,5Si0,5 PO PROCESIE STARZENIA SZTUCZNEGO PROCES PRZESYCANIA 550 C PROCES STARZENIA SZTUCZNEGO 180 /8h PRAWIE 3 X WZROST WŁASNOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH AlMg0,5Si0,5

13 PROCESY REKRYSTALIZACJI Cu-ETP

14 NOWE TRENDY W PRODUCKJI MIEDZI NA CELE ELEKTRYCZNE KSZTAŁTOWANIE METALU SPOSÓB 1 WLEWEK Walcówka, φ=8mm Drut MATERIAŁ WSADOWY ODLEW WALCOWANIE NA GORĄCO DYNAMICZNA RECRYSTALIZACJA Upcast, Rautomead WALCÓWKA - PÓŁPRODUKT (drobnoziarnista struktura) SPOSÓB 2 PROCESY PRZETWÓRSTWA NA ZIMNO SPOSÓB 3 WAY 3 PROCESY PRZETWÓRSTWA NA GORĄCO PROCESY PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ NA ZIMNO (PROCES CIĄGNIENIA PROCES WALCOWANIA) (PROCES CIĄGNIENIA) (CIĄGŁE WYCISKANIE-Conform, KUCIE, WALCOWANIE) PRODUKT KOŃCOWY (KSZTAŁT, ŚREDNICA, WŁASNOŚCI) Drut

15 LINIA CIĄGŁEGO TOPIENIA, ODLEWANIA I WALCOWANIA Cu-ETP Union Minerie Hazelett Strip Casting Corporation Krupp Industrietechnik (Mannesmann Demag MDS) Katody Piec Asarco Maszyna odlewnicza Hazelett Odlane pasmo Cu na wejściu do walcarki Krąg walcówki ZAŁADUNEK KATOD PIEC TOPIELNY ASARCO (45t/h) PIEC ODSTOJOWY MASZYNA ODLEWNICZA HAZELETT LINIA WALCOWNICZA UKŁAD CHŁODZENIA WALCÓWKI I REDUKCJI TLENKÓW FORMOWANIE KRĘGÓW

16 LINIA CIĄGŁEGO ODLEWANIA I WALCOWANIA CONTONUUS PROPERZI WLEWEK 3 klatka walcownicza 7 klatka walcownicza 13 klatka walcownicza 16

17 PROCESY ZDROWIENIA VS. PROCESY REKRYSTALZIACJI ZDROWIENIE VS. REKRYSTALZIACJA PASMO- Cu ETP WALCÓWKA 8 mm 7200 mm 2 50 mm 2 PASMO- Al 1370 WALCÓWKA 9.5 mm 2100 mm 2 70 mm 2

18

19

20 wydłużenie, % PROCES CIĄGNIENIA - ODKSZTAŁCLANOŚĆ ROD GRUBOCIĄG BREAKDOWN ŚREDNIOCIĄG MIKROCIĄG 8,0 mm 1,7 mm A 1,7 mm 0,18 mm A 0,18 mm 0,03 mm A PRĘDKOŚĆ CIĄGNIENIA 15 m/s CZAS WYŻARZANIA 1 s PRĘDKOŚCĆ CIĄGNIENIA 30 m/s CZAS WYŻARZANIA 0,5 s PRĘDKOŚĆ CIĄGNIENIA 50 m/s CZAS WYŻARZANIA 0,25 s 40 Cu T=const Al 0,5 0 0,2 0,5 0,7 czas wyżarzania, s

21 PROCES CIĄGNIENIA - ODKSZTAŁCALNOŚĆ WLEWEK (7200 mm 2 ) WALCÓWKA (50 mm 2 ) DRUT (~0,0007 mm 2 )

22 PROCES CIĄGNIENIA - ODKSZTAŁCALNOŚĆ 1 m wlewka = km drutu o średnicy 0,03 mm 1 mm wlewka = 10 km drutu o średnicy 0,03 mm Redukcja średnicy z 8 na 0,03 mm wymaga ok. 100 operacji ciągnienia, zatem jakość każdego milimetra wlewka jest poddawana kontroli 100 razy

23 MIEDŹ BEZTLENOWA MIEDŹ ETP MIEDŹ OFC Cu 2 O

24 KONTROLA JAKOŚCI WADY WYROBÓW PRZYCZNY WAD ZERWAŃ DRUTÓW INCLUSION 52% TENSION BREAK 13% OTHERS 12% CENTRAL BURSTING 13% WELD BREAK 10%

25 OBECNOŚĆ PODPOWIERZCHNIOWYCH TLENKÓW MIEDZI W WALCÓWCE

26 OBECNOŚĆ WTRĄCEŃ WĘGLA PŁATKOWEGO MIEDŹ BEZTLENOWA

27 WTRĄCENIA Wydział ŻELAZA Metali Nieżelaznych DRUT Cu-ETP

28 ZERWANIE DRUTU Cu-ETP W WYNIKU OBECNOŚCI RZADZIZN W MATERIALE WSADOWYM

29 DRUT Cu-ETP RZADZIZNY W MATERIALE WSADOWYM Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

30

31 DRUT Cu-ETP Wydział Metali ZUŻYTE Nieżelaznych CIĄGADŁO

32 NOWE TRENDY W PRODUCKJI MIEDZI NA CELE ELEKTRYCZNE KSZTAŁTOWANIE METALU SPOSÓB 1 WLEWEK Walcówka, φ=8mm Drut MATERIAŁ WSADOWY ODLEW WALCOWANIE NA GORĄCO DYNAMICZNA RECRYSTALIZACJA Upcast, Rautomead WALCÓWKA - PÓŁPRODUKT (drobnoziarnista struktura) SPOSÓB 2 PROCESY PRZETWÓRSTWA NA ZIMNO SPOSÓB 3 WAY 3 PROCESY PRZETWÓRSTWA NA GORĄCO PROCESY PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ NA ZIMNO (PROCES CIĄGNIENIA PROCES WALCOWANIA) (PROCES CIĄGNIENIA) (CIĄGŁE WYCISKANIE-Conform, KUCIE, WALCOWANIE) PRODUKT KOŃCOWY (KSZTAŁT, ŚREDNICA, WŁASNOŚCI) Drut

33 NOWOCZESNE PRZETWÓRSTWO METALI CONFORM MATERIAŁ WSADOWY BUT MATRYCA BRUZDY MATERIAŁ WYCIŚNIĘTY KOŁO

34 NOWOCZESNE PRZETWÓRSTWO METALI CONFORM PRZYKŁAD WYROBÓW - RURKI MULTIPORTOWE

35 NOWOCZESNE PRZETWÓRSTWO METALI ERA GRAFENU 1. NOWE MATERIAŁY PRZEWODZĄCE O WYSOKIEJ PRZEWODNOŚCI ELEKTRYCZNEJ I WYTRZYMAŁOŚCI MECHANICZNEJ I EKSPLOATACYJNEYCH 2. NOWE SUBSTYTUTY METALI 3. ROZWÓJ INŻYNIERII POWIERZCHNI

36 NOWOCZESNE PRZETWÓRSTWO METALI TRADYCYJNE TECHNOLOGIE PRZETWÓRSTWA? Nowoczesne materiały (synteza miedź-węgiel)

37 NOWOCZESNE PRZETWÓRSTWO METALI ERA GRAFENU GRAFEN NANORURKI

38 KOMPOZYTY MIEDŹ - WĘGIEL

39 Seminarium Nowoczesne Materiały i Technologie dla elektroenergetyki Kraków, 26 września 2014r. PRZETWÓRSTWO METALI NIEŻELAZNYCH Tadeusz Knych Lecz ten uczony, który przez zastosowanie swoich nauk i umiejętności [pomaga] do wzrostu krajowych dostatków, do rozwijania narodowego przemysłu, ten będzie obywatelem użytecznym - Z mowy Stanisława Staszica przy otwarciu Szkoły Przygotowawczej do Instytutu Politechnicznego 4 stycznia 1826 roku