studencki ruch naukowy - Politechnika Częstochowska

studencki ruch naukowy - Politechnika Częstochowska

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII PROCESOWEJ, MATERIAŁOWEJ
i FIZYKI STOSOWANEJ
DZIEŃ HUTNIKA 2003
XXVII MIĘDZYNARODOWA
STUDENCKA SESJA NAUKOWA
POD PATRONATEM
PREZYDENTA MIASTA CZĘSTOCHOWY
TADEUSZA WRONY
23 maja 2003 r.
CZĘSTOCHOWA 2003
NAGRODY
ZA NAJLEPSZE REFERATY UFUNDOWALI
PREZYDENT MIASTA CZĘSTOCHOWY
TADEUSZ WRONA
REKTOR POLITECHNIKI CZĘSTOCHOWSKIEJ
HENRYK DYJA
ORAZ
FIRMA KOMPUTEROWA
BINO COMPUTERS
SESJĘ ZORGANIZOWAŁO
STUDENCKIE KOŁO NAUKOWE „INFOMET”
PRZY KATEDRZE EKSTRAKCJI I RECYRKULACJI METALI
-2-
Organizowana w tym roku na Wydziale Inżynierii Procesowej, Materiałowej i
Fizyki Stosowanej Studencka Sesja Naukowa, jest XXVII Sesją. Do roku 1983
istniała, dość sprawnie działająca, podwójna struktura organizacyjna studenckiego ruchu naukowego. W Katedrach pracowały Koła Naukowe oraz powołani
byli Wydziałowi i Uczelniani Opiekunowie studenckiego ruchu naukowego.
Organizowane na Wydziale Metalurgicznym Sejmiki Studenckich Kół Naukowych, stanowiły roczne podsumowanie pracy Kół. Do 1983 roku Sejmiki organizowały najpierw ZSP, a później SZSP. Sejmik zorganizowany w 1983 roku
był piętnastym. W roku 1984 Sejmik zorganizowany został bez udziału organizacji studenckich. Podsumowując do roku 1984 zorganizowano 16 Sejmików, w
których uczestniczyło około 300 studentów. Po roku 1984 nastąpiła długa przerwa w organizacji Sejmików, która trwała do roku 1992. W 1992 r. w skład
Komitetu Organizacyjnego Obchodów Dnia Hutnika powołany został Przewodniczący Studenckich Sesji Naukowych, a organizację Sesji przejęła Katedra Pieców Przemysłowych. W latach 1999-2000 Studencką Sesję Naukową organizowała Katedra Przeróbki Plastycznej Materiałów, od 2001 ponownie Katedra
Pieców Przemysłowych. Organizację tegorocznej Sesji przejęło Studenckie Koło Naukowe „INFOMET” działające przy katedrze Ekstrakcji i Recyrkulacji
Metali.
Ogółem w latach 1992-2002 w Sesjach zorganizowanych na Wydziale
Metalurgii i Inżynierii Materiałowej uczestniczyło ponad 655 studentów, którzy
wygłosili 176 referaty, w tym:
• 59 referatów studenci Akademii Górniczo-Hutniczej,
• 14 referatów studenci Politechniki Śląskiej w Gliwicach,
• 10 referatów studenci Politechniki Śląskiej w Katowicach,
• 4 referaty studenci Politechniki Warszawskiej,
• 2 referaty studenci Uniwersytetu Technicznego w Delft, Holandia,
• 3 referaty studenci WSP Częstochowa,
• 1 referat studentka WSP Kraków,
• 81 referatów studenci Politechniki Częstochowskiej.
Przewodniczący Sesji
Dr hab. inż. Jan Jowsa, Prof. PCz
-3-
-4-
SPIS REFERATÓW
-5-
Sekcja A
INFORMATYKA STOSOWANA i ZARZĄDZANE
1. Studenckie Koło Naukowe „FRYSZERNIA
Rewitalizacja zabytku techniki w Maleńcu
10
2. Elena Iwaszczenko
Społeczno ekonomiczne aspekty rozwoju półwyspu Krym
14
3. Anna Herdzik, Aleksandra Walnik
Numeryczne modelowanie inżekcji gazu do kąpieli metalowej
15
4. Adam Cwudziński
Modelowanie numeryczne przepływu stali w wielootworowej
kadzi pośredniej COS
17
5. Marta Marcinkowska, Marta Chmielarska, Ewa Sikora
Zastosowanie baz danych w metalurgii
19
6. Tomasz Kotlarek, Iwona Ziemba, Przemysław Bochnia
Nowoczesne technologie w elektrometalurgii stali
22
7. Weronika Jakubiak
Analiza warunków spieniania żużli w łukowym piecu elektrycznym
8. Marcin Niemiec, Michał Martynkiewicz, Łukasz Matusiak
Bezprzewodowe sieci komputerowe WLAN
9. Grzegorz Łuczywo
Projekt serwera pośredniczącego dla komunikatorów typu
„instant messaging” do zastosowań korporacyjnych
-6-
24
26
29
Sekcja B
INŻYNIERIA PROCESOWA i MATERIAŁOWA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Agata Szwedzińska, Zbigniew Lenarcik
Zastosowanie pompy ciepła jako źródła ciepła w instalacji c.o.
oraz w przygotowaniu c.w.u.
Łukasz Madej
Wspomagana komputerowo interpretacja wyników prób
plastometrycznych
Nikołaj Paniuszkin
Optymalizacja prędkości walcowania rur w walcarkach
redukująco- wydłużających
Andriej Kołomoniec
Badania procesów przemian strukturalnych w metalach o
strukturze bainitycznej metodami rentgenowskimi
Andriej Projdak
Badania faz azotkowych i węglikowo-azotkowych w
niskowęglowych stopach
Bartłomiej Winiarski
Wpływ modyfikacji tytanem powierzchni tlenku glinu na
własności wytrzymałościowe i mikrostrukturę połączenia typu
metal-ceramika w układzie Al/Al2O3
Rafał Molak
Metody badań niejednorodności odkształcenia plastycznego w
intermetalikach Ti3Al
Sebastian Zielonka
Charakterystyka właściwości trybologicznych i strukturalnych
staliwa typu „Duplex”
34
36
39
39
39
40
41
44
Marek Tatar
Obróbka cieplna elementów łańcucha Galla w złożu fluidalnym
45
10. Andrzej Piechna, Piotr Komorowski
Warstwa wierzchnia wałków rozrządu po procesie eksploatacji
46
-7-
-8-
SEKCJA A
INFORMATYKA STOSOWANA i ZARZĄDZANIE
-9-
REWITALIZACJA ZABYTKU TECHNIKI
W MALEŃCU
Studenckie Koło Naukowe „FRYSZERNIA”
Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii
Politechniki Śląskiej
Wstęp
Opuszczone, martwe fabryki są w naszym krajobrazie czymś powszechnym. Dla wielu mieszkańców często nie są miejscem resentymentów, lecz
symbolem czasu, który winien odejść w zapomnienie. Droga do tego, aby stara
fabryka, huta zaczęła być powszechnie uznawana za zabytek i funkcjonowała
jako wartość w mentalności ludzi jest długa i nie zawsze uwieńczona sukcesem.
Aby tak się stało należy ożywić wspomnienia, mity, poszukać pomostu, który
połączy przeszłość z teraźniejszością i przyszłością i nada nowy sens egzystencji
zabytku we współczesnym krajobrazie kulturowym. Największe szanse na
ochronę mają zabytki w takich miastach, gminach i regionach, w których można
je potraktować jako ważny czynnik aktywizacji gospodarczej. Najbardziej typowa szansa tego rodzaju to traktowanie dziedzictwa jako specyficznego towaru
oferowanego turystom.
Zabytkowy Zespół Walcowni i Gwoździarni w Maleńcu jest jednym z zakładów metalurgicznych Staropolskiego Okręgu Przemysłowego, który jest
niewątpliwie unikalnym na skalę światową przykładem dziedzictwa przemysłowego.
Zabytkowy Zespół Walcowni i Gwoździarni w Maleńcu jest częścią Projektu „Myśl-żelazo-kultura”, porozumienia pomiędzy NCK oraz władzami Woj.
Świętokrzyskiego podpisanego we wrześniu 2002 roku. Podjęty projekt głównie
ma na celu ochronę dziedzictwa kulturowego oraz rozwój kultury, turystyki,
sportu i rekreacji, a jego efektem ma być rozwój tożsamości regionalnej,
uwzględniającej promocję polskiego dziedzictwa narodowego jako elementu
europejskiego dziedzictwa kulturowego.
Rys historyczny
Maleniec jest niewielką wsią leżącą przy starej szosie Łódź - Kielce, 24 km
na zachód od Końskich, nad rzeką Czarną. Znajduje się tam unikatowy
w Europie zabytek techniki z zachowanym pełnym cyklem technologicznym
walcowania blach oaz wytwarzania z nich łopat i szpadli.
Początek przemysłu w Maleńcu datuje się na rok 1782, kiedy to Kasztelan
Łukowski - Jacek Jezierski nabył wieś Maleniec, spiętrzył wody Czarnej, tworząc staw o pow. 16 ha i tym samym uzyskując źródło energii dla wybudowa-
- 10 -
nych przez niego młyna, tartaku, drutarni oraz fryszerni. Zbudowana w Maleńcu
fryszernia była na ówczesne czasy bardzo nowoczesnym zakładem metalurgicznym, w którym odbywały się procesy świeżenia surówki żelaza przez utlenianie
zawartego w nim węgla i innych domieszek i następnego przekuwania na stal.
Około roku 1836, kolejny właściciel zakładu - Józef Bocheński - zlikwidował fryszerki, zbudował walcownię oraz zainstalował 11 małych i 4 duże
gwoździarki do produkcji gwoździ ciętych z blachy. Oprócz gwoździ produkowano topory, łańcuchy, lemiesze oraz odkładnice do pługów. Roczna produkcja
wynosiła wówczas 320 ton. Kolejny właściciel, Feliks Wielogłowski przeprowadził trzeci etap modernizacji, wprowadzając w latach siedemdziesiątych XIX
wieku maszyny do produkcji łopat i szpadli.
W roku 1939 zakład został częściowo zniszczony przez wybuch min założonych przy mostach przez wycofujące się wojsko polskie. Uruchomiony przez
Niemców w stosunkowo krótkim czasie pracował przez całą wojnę. Sezonowe
braki wody zmusiły okupanta do modernizacji hali szpadlarni i zainstalowania
silnika napędzającego główny wał transmisyjny.
Dekretem z 3.01.1946r. zakład został upaństwowiony. Powojenna historia
to kontynuacja produkcji narzędzi gospodarczych przez następne 21 lat, wykorzystująca niezmieniony zabytkowy park maszynowy i starą technologię walcowania oraz produkcji głównie gwoździ, łopat, szpadli i okuć okiennych.
Dnia 21 czerwca 1967 roku zakład w Maleńcu uznany został za zabytek
techniki i wpisany do Rejestru Zabytków województwa kieleckiego pod poz.
340. Decyzja zaprzestania produkcji przypadła na dzień 4 listopada 1967 roku.
Ciekawe elementy zabytku
W chwili zamknięcia zakładu w roku 1967, budynki produkcyjne obejmowały dwie hale: walcownię i gwoździarnię. Zachowane do dnia dzisiejszego zabytkowy park maszynowy, stare technologie oraz kształt architektoniczny obiektu
są niepowtarzalne i jedyne tego rodzaju w Europie.
W drewnianej hali walcowni zachował się ciąg urządzeń technologicznych składający się z drewnianego koła wodnego, koła zamachowego, walcarki duo nienawrotnej, pieca grzewczego i urządzeń pomocniczych. Walcarka
duo, wyprodukowana w Starachowicach w roku 1843, posiada walce o gładkiej
beczce, których średnica wynosi 0,5 m, a długość 1,05m. Napędzany jest tylko
jeden walec – dolny, a górny obraca się w wyniku tarcia. Materiałem wsadowym walcowni były głównie złomowane obręcze kół kolejowych oraz różnego
rodzaju kształtowniki.
Murowana z kamienia hala gwoździarni zachowała się wraz z pasowym
systemem napędowym maszyn z głównego wału transmisyjnego, „małym” kołem wodnym, przekładnią z zębami drewnianymi, trzykomorowym piecem
grzewczym, gwoździarkami wyprodukowanymi w roku 1840, wiertarką o drewnianej konstrukcji, młotem sprężynowym i innymi urządzeniami. Na zainstalowanych w zakładzie gwoździarkach produkowano gwoździe o długości 2 do 4
cali, których produkcja odbywała się na gwoździarkach, przez cięcie
- 11 -
w klin rozgrzanego paska blachy. Szerokość paska równa była długości gwoździa. System dźwigni w gwoździarce, napędzany przekładnią pasową, uruchamiał nożycę tnącą, szczęki do przytrzymywania odciętej blachy oraz bijak formujący łeb gwoździa. Ostrza noży tnących chłodzone były wodą. Roczna produkcja z jednej gwoździarki w początkach XX wieku sięgała 700 pudów (1 pud
= 16,38 kg).
Obóz maleniecki
W 1968 roku grupa studentów Wydziału Metalurgicznego Politechniki Śląskiej w Katowicach, podczas jednej z wycieczek dydaktycznych "Szlakiem starego hutnictwa", prowadzonej przez Profesora Tadeusza Mazanka, zawitała do
wsi Maleniec. Studenci ujrzeli tu popadający w ruinę bardzo interesujący obiekt,
zamieniany stopniowo w magazyn. Wszędzie panował nieporządek sprawiający
jednak wrażenie cennej rupieciarni. Wtedy to grupa zapaleńców obiecała sobie,
że doprowadzi ten obiekt do dawnej świetności.
Po raz pierwszy na zorganizowany obóz do Maleńca przybyli studenci
w sierpniu 1970 roku. Od tego czasu w każde wakacje Maleniec gości studentów, którzy rozbijają namioty przy starym zakładzie i wykonują niezbędne prace
rekonstrukcyjne, remontowe, konserwatorskie i porządkowe. Każdorazowo program prac konsultowany jest z Wojewódzkim Konserwatorem Zabytków
w Kielcach.
Tradycja studenckich obozów w Maleńcu wytworzyła w społeczności akademickiej Wydziału Inżynierii Materiałowej i Metalurgii swoistą „legendę” Maleńca. Kiedy okoliczni mieszkańcy utwierdzili się w przekonaniu, że studenci na
serio chcą przywrócić świetność staremu obiektowi, zwracali przywłaszczone
sobie stare narzędzia, drobny sprzęt i części maszyn. Praca studentów i pracowników Politechniki Śląskiej na rzecz tego zabytku wykonywana jest społecznie i
dzięki niej ochroniony został dla społeczeństwa unikatowy w Europie zabytek
polskiej myśli inżynierskiej. Obiekt jest zadbany, sprawny technicznie, a uruchomienie walcowni uzależnione jest jedynie od poziomu wody w stawie. Mimo, że obiekt nie ma, ze względów finansowych, statusu muzeum, jest jednak
przykładem „żywego” muzeum oraz zaczyna pełnić funkcję ośrodka technologiczno-turystycznego.
Festyny technologiczno-turystyczne w Maleńcu
W roku 2000 we współpracy z władzami starostwa oraz województwa zapoczątkowany został festiwal technologiczno - turystyczny „KUŹNICE KONECKIE” odbywający się na terenie powiatu koneckiego.
Ideą, która przyświecała pomysłodawcom Kuźnic Koneckich, była potrzeba zagospodarowania potencjału, jakim są niewątpliwie wspaniałe tradycje
przemysłowe, liczne obiekty muzealne i zabytki techniki - niekiedy unikatowe
w skali światowej. Konecczyzna to przecież centrum Staropolskiego Zagłębia
Przemysłowego, gdzie przez stulecia kwitła produkcja, a później przemysł metalurgiczny Są one na tyle atrakcyjne i oryginalne, że zasługują, aby je pokazy-
- 12 -
wać, i aby stworzyć z nich prawdziwą wizytówkę Ziemi Koneckiej, która
oprócz wspomnianych atutów jest przecież niezwykle malowniczą krainą.
Kuźnice Koneckie mają charakter i formułę festynu, odbywającego się
w przeciągu dwóch dni w trzech miejscach: Starej Kuźnicy, Maleńcu i Sielpi.
W Maleńcu odbywa się corocznie prezentacja najstarszej w Polsce linii produkcyjnej zasilanej energia wodną. Kuźnice są areną spotkań z artystami, animatorami kultury, twórcami rzemiosła artystycznego oraz rodzimym folklorem.
Wszystko to razem tworzy niezwykle barwny fresk w jarmarcznej oprawie,
okraszony żywiołowymi melodiami kapel i orkiestr etnicznych.
W 2002 roku zapoczątkowana została kolejna impreza turystycznokulturalna – „DZIEŃ RYBY” – Święto hodowców, wędkarzy i rybaków. Obchody święta rozpoczyna polowa msza święta, a kończy zabawa taneczna.
W obu halach Zabytkowego Zakładu Walcowni i Gwoździarni, razem
z technicznymi akcesoriami rozłożone są eksponaty związane z historią rybactwa śródlądowego oraz sprzętami i narzędziami do połowu ryb. Pomiędzy zabytkowymi maszynami królują ciekawe okazy ryb wprowadzając swymi kolorami i kształtem bardzo ciekawe wizualne połączenie.
Przed halami przedstawiciele gospodarstw rybackich demonstrują swoje
dokonania hodowlane oraz dania z ryb.
Dzień Ryby, zorganizowany w Zabytkowym Zakładzie Walcowni
i Gwoździarni w Maleńcu pokazał, jak można wykorzystać zabytek do połączenia dwóch, z pozoru całkowicie odmiennych gałęzi gospodarki: metalurgii i rybołówstwa.
Podsumowanie
Wieś Maleniec była wsią robotniczą. Całe osiedle robotnicze zostało zaprojektowane i zbudowane przez Jacka Jezierskiego razem z zakładem metalurgicznym. Prawie 200 lat wioska żyłą życiem fabryki i to ona byłą najważniejsza,
aż do 1967 roku, kiedy zaprzestano produkcji. Zakład metalurgiczny został
uznany za zabytek i, jako staroć techniczna nikomu nie potrzebna, zaczął popadać w ruinę i zapomnienie.
Dziś Zabytkowy Zakład Walcowni i Gwoździarni w Maleńcu odzyskał swą
świetność i to nie tylko z technicznego punktu widzenia. Jest sprawny technicznie, a jednocześnie jest ośrodkiem wielu wydarzeń technologicznoturystycznych.
Zabytek w Maleńcu integruje wokół siebie ludzi z różnych dziedzin i znów,
jak dawniej, błyszczy jak perełka wśród otaczającej go rzeczywistości. Znaczny
udział w odzyskaniu roli i znaczenia przez Zabytkowy Zakład Walcowni
i Gwoździarni w Maleńcu ma Studenckie Koło Naukowe „FRYSZERNIA”
z racji nie tylko doprowadzenia tego zabytku do pełnej technicznej sprawności,
ale i jego rewitalizacji. Zakład metalurgiczny – jak dawniej – jest najważniejszy
w życiu okolicy, która znowu odmierza swoje życie obecne i łączy przyszłość
z wydarzeniami związanymi z fabryką.
- 13 -
SPOŁECZNO EKONOMICZNE ASPEKTY ROZWOJU
PÓŁWYSPU KRYM
Elena Iwaszczenko
Narodowa Akademia Metalurgiczna w Dniepropietrowsku
- 14 -
NUMERYCZNE MODELOWANIE INŻEKCJI GAZU
DO KĄPIELI METALOWEJ
Anna Herdzik, Aleksandra Walnik
Studenckie Koło Naukowe „INFOMET”
Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej
Politechnika Częstochowska
Wstęp
Kadzie to zbiorniki na ciecz, przeważnie o dużej pojemności, używane
w różnych procesach technologicznych w przemyśle hutniczym, papierniczym,
farbiarskim itp. Wraz z postępem piece kadziowe stały się wygodnym narzędziem do odsiarczania, odtleniania, zawężania składu chemicznego i temperatury oraz obniżania temperatury stali przed spustem.
Proces inżekcji gazu do kąpieli metalowej jest szeroko stosowany
w przemyśle metalurgicznym w celu usunięcia wtrąceń niemetalicznych, wyeliminowania różnic temperatury i stężenia składników oraz dla zwiększenia
szybkości reakcji np. rozpuszczania dodatków rafinacyjnych i stopowych. Na
przestrzeni kilku ostatnich lat prowadzi się badania w celu zrozumienia różnych
aspektów zachowania się wdmuchiwanego gazu. Główny kierunek badań to
określenie czasu mieszania oraz ustalenie rozkładów prędkości cieczy i energii
kinetycznej.
Wytwarzanie stali przy użyciu złomu
Proces wytapiania stali z pełnym świeżeniem w elektrycznym piecu łukowym wymaga odpowiedniego złomu -złomu stali węglowych- oraz odpowiednich, niekiedy drogich dodatków stopowych.
Zastosowanie metod pozapiecowej obróbki ciekłej stali pozwala na przyspieszenie przebiegu procesów oraz poprawę jakości wytwarzanej stali przy małych nakładach pracy, energii i materiałów. Przenosząc miejsce prowadzenia
dalszych zabiegów z pieca do kadzi, zwalnia się piec, który może zacząć nagrzewanie i topienie nowej partii materiału.
Proces ciągłego odlewania stali charakteryzuje zmniejszenie kosztów odlewania, zmniejszenie odpadu technologicznego.
Model matematyczny
Przepływ strumienia gazu w ciekłej stali ma charakter nieustalonego
przepływu dwufazowego. Podstawowymi równaniami modelu opisującymi
przepływ gazu i mieszanie kąpieli są równania zachowania masy i pędu. Dla
modelowania turbulencji przepływu wykorzystano dwuwymiarowy model K-ε
powszechnie stosowany w analizie zagadnień inżynierskich. Model ten w wielu
- 15 -
przypadkach przepływów burzliwych daje wyniki bliskie rezultatom eksperymentu, przy ograniczonych nakładach obliczeniowych.
Warunki obliczeń
Dla weryfikacji modelu matematycznego inżekcji gazu do kąpieli metalowej w piecu kadziowym, skonfrontowano własne wyniki obliczeń numerycznych z rezultatami badań eksperymentalnych na obiekcie wodnym oraz wynikami obliczeń innych autorów [1,2 ].
Dla obiektu wodnego największe wektory prędkości otrzymaliśmy w
osiach obiektu, czyli w miejscu wdmuchiwania gazu, a im dalej osi obiektu
wektory te zanikają. Zauważyć można cyrkulację, czyli wektory zawracają przy
powierzchni, wywołując tym samym ruch cieczy.
Wyniki obliczeń
Obliczenia dokonano za pomocą komercyjnego programu FLUENT, służącego do obliczeń zagadnień przepływów gazów i cieczy jedno-lub wielofazowych z możliwością wymiany ciepła. Siatki obiektów zostały wygenerowane
przy użyciu programu GAMBIT, gdzie przedstawiono warunki brzegowe. Z poniższych wykresów zauważamy zgodność naszych wyników z danymi eksperymentalnymi.
1.2
1
Predkosc promieniowa, m/s
Predkosc prom ieniowa, m/s
0.8
0.8
Q = 610 cm 3/s, z/H=0.505
Malin, 1995 PHOENICS
Badania wlasne
Johansen, 1988
0.4
0
Q = 610 cm 3/s, z/H =0.903
Malin, 1995 PHOENICS
Badania wlasne
Johansen, 1988
0.6
0.4
0.2
0
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
r/R
0.6
0.8
Rys. 1. Wartości składowej promieniowej prędkości cieczy na wysokości
obiektu równej z/H = 0,505
1
0
0.2
0.4
r/R
0.6
0.8
1
Rys. 2. Wartości składowej promieniowej
prędkości cieczy na wysokości obiektu równej z/H = 0,903
Zastosowany w obliczeniach numerycznych model inżekcji gazu dla symulacji mieszania w procesach kadziowych pozwala nam ocenić rozkład pól
prędkości. Wyniki badań dały dobrą zgodność wyników obliczeń według zaproponowanego modelu z danymi eksperymentalnymi.
Literatura
1. Warzecha, Jowsa, Merder Weryfikacja matematycznego modelu inżekcji gazu do cieczy, III Międzynarodowa Sesja Naukowa, Częstochowa, czerwiec 2002
2. www.cham.co.uk (M.R. Malin “Modelling Turbulent 2-phase Flow in a BubbleStirred Ladle”
Opiekun pracy
mgr inż. Marek Warzecha
- 16 -
MODELOWANIE NUMERYCZNE PRZEPŁYWU
STALI W WIELOOTWOROWEJ
KADZI POŚREDNIEJ
Adam Cwudziński
Studenckie Koło Naukowe „INFOMET”
Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej
Politechnika Częstochowska
Wstęp
Ciągłe odlewanie stali jest najnowocześniejszym i najbardziej ekonomicznym sposobem odlewania, skracającym drogę od płynnej stali do produktu
walcowniczego. Technologie COS pozwalają uzyskać wlewki o przekroju kwadratowym, prostokątnym lub kołowym, a nawet o przekroju gotowego wyrobu.
Elementem mającym znaczny wpływ na przebieg procesu ciągłego odlewania
stali jest urządzenie zwane kadzią pośrednią. Kadź jest swego rodzaju reaktorem, który zapewnia optymalne warunki dla przebiegu procesu odlewania stali
(wypływania wtrąceń niemetalicznych, wyrównania temperatury kąpieli). Jest
ona środkowym ogniwem w łańcuchu, jaki tworzy z kadzią główną i krystalizatorem maszyny COS. Konstrukcja kadź pośrednia powinna być dostosowana
swą budową tak, aby posiadane parametry, sprzyjały dużej wydajności oraz pozwalały na uzyskanie wysokiej jakości kęsisk. W szczególności proces ten powinien gwarantować optymalny przepływ ciekłej stali, czyli odpowiednie rozdzielenie i dozowanie metalu do poszczególnych żył krystalizatora, stałą temperaturę odlewania, możliwość wprowadzenia mikrododatków stopowych oraz
prowadzenia ostatecznej rafinacji. Objętość kadzi pośredniej wynosi zazwyczaj
10% objętości kadzi głównej. Ciekła stal ma wysoką temperaturę i łatwo reaguje
z otoczeniem, dlatego wyłożenia ogniotrwałe kadzi pośredniej są wysokoglinowe i cyrkonowe tak, by skład chemiczny stali nie ulegał zmianie podczas
styku ciekłego metalu z wyłożeniem kadzi.
W badaniach zdecydowano się na modelowanie zjawiska zachodzących w
kadzi metodami numerycznymi w połączeniu z techniką obliczeniową dają one
możliwości rozwiązywania złożonych problemów oraz pozwalają na symulację
badanego zjawiska po uwzględnieniu wstępnych parametrów. W obliczeniach
wykorzystany został komercyjny program FLUENT, geometrię kadzi i siatkę
punktów węzłowych wygenerowano przy pomocy programu GAMBIT.
- 17 -
Model matematyczny
W rozpatrywanym przypadku model matematyczny, dla przepływu ciekłej
stali, będzie zawierał równania różniczkowe ciągłości przepływu, zachowania
pędu i energii oraz równanie opisujące turbulencję ruchu ciekłej stali w kadzi.
Opis obiektu i dane materiałowe
Ze względu na symetrię przechodzącą przez środek kadzi do obliczeń
przyjęto połowę obiektu. Dla ciekłej stali przyjęto własności: gęstość –
7010 kg/m3, ciepło właściwe − 821 J/kg⋅K, przewodność cieplną − 30,5 W/m⋅K
i lepkość − 0,007 kg/m⋅s. Stal wpływa do kadzi z prędkością 0,9 m/s, przy intensywności turbulencji 5%.
Wyniki obliczeń
Rys. 1. Rozkład wektorów prędkości na prze- Rys. 2. Rozkład wektorów prędkości na
płaszczyźnie poprzecznej przechodzącej przez
kroju poprzecznym przechodzącym przez
wylew
wlew kadzi
Podsumowanie
Uzyskane wyniki świadczą o tym, że model matematyczny, warunki
brzegowe oraz siatka obliczeniowa wraz z parametrami procedur numerycznych
przyjęte zostały poprawnie. Zastosowany model umożliwia obliczenie rozkładu
temperatury, prędkości oraz turbulencji w kąpieli stalowej dla trójwymiarowego
obiektu oraz rzeczywistych warunków jego pracy (temperatury i prędkości zalewania stali).
Otrzymane rozkłady prędkości nie są w sprzeczności z wyobrażeniem
o rzeczywistym obrazie procesów przepływowych w obiekcie przemysłowym.
Otrzymane rozwiązania pozwolą w przyszłości symulować rozkład przestrzenny
i wypływanie wtrąceń niemetalicznych podczas odlewania stali.
Opiekun pracy
mgr inż. Tomasz Merder
- 18 -
ZASTOSOWANIE BAZ DANYCH W METALURGII
Marta Marcinkowska, Marta Chmielarska, Ewa Sikora
Studenckie Koło Naukowe „INFOMET”
Wydział Inżynierii Procesowej Materiałowej i Fizyki Stosowanej
Politechnika Częstochowska
Przez bazę danych rozumiemy zbiór powiązanych ze sobą informacji, zorganizowanych w odpowiednią strukturę, która pozwala na szybkie wyszukiwanie potrzebnych informacji. W bazie danych są zapisywane fakty
i zdarzenia zachodzące w pewnym wycinku rzeczywistości, po to, aby możliwe
było ich odtworzenie i analiza w dowolnej chwili.
Dobrze zaprojektowana baza danych powinna spełniać następujące warunki:
- ograniczać do minimum nadmiarowość (redundancja danych)
- niezależność od programów użytkowych i aplikacji
- dostępność dla wszystkich aktualnych i potencjalnych użytkowników
- uwzględnienie wszystkich istotnych związków i relacji między obiektami i danymi
Z bazą danych i systemem zarządzania nią (Database Management SystemsDBMS), mamy do czynienia, gdy dane są przechowywane w jednym miejscu,
a wszelkie działania na tych danych zarządzane są w sposób scentralizowany
przy użyciu wyspecjalizowanego oprogramowania.
System zarządzania bazą danych to system oprogramowania zawierający
w szczególności następujące mechanizmy:
- środki do gromadzenia, utrzymywania i administrowania trwałymi i masowymi zbiorami danych
- środki zapewniające spójność i bezpieczeństwo danych
- sprawny i jednoczesny dostęp do danych dla wielu użytkowników (zwykle poprzez język zapytań)
- środki programistyczne służące do aktualizacji/przetwarzania danych (API dla
popularnych języków programowania)
Najbardziej znanym językiem zapytań jest język SQL (Structured Query
Language). Zaimplementowano go w większości systemów relacyjnych, bardzo
często stanowi wzorzec odniesienia w literaturze poświęconej, obiektowości.
Język SQL to kilkadziesiąt słów kluczowych i kilkanaście podstawowych konstrukcji składniowych, podobny jest do języków programowania wysokiego poziomu, lecz o wiele od nich prostszy. Podstawową konstrukcję języka wyposażono w szereg dodatkowych możliwości, zwiększających moc wyszukiwawczą
m.in. grupowanie, warunki na grupach, zagnieżdżanie, porządkowanie, funkcje
zagregowane, funkcje i operatory arytmetyczne, itd. SQL zawiera także operacje
- 19 -
tworzenia i usuwania tablic, wstawiania, usuwania i aktualizacji wierszy, oraz
inne operacje na środowisku bazy danych. SQL jest używany jako samodzielny
język służący do interakcyjnych zapytań i aktualizacji.
Najczęściej używanym systemem do tworzenia oraz zarządzania relacyjnymi bazami danych jest Microsoft Access. Access jest potężnym narzędziem,
posługuje się dwoma językami manipulowania danymi, starszym Query by
Example (QBE), jak i nowszym SQL. Użytkownik nie musi znać słownictwa
i zasad gramatyki tych języków, żeby się nimi posługiwać. Wielu użytkowników nawet nie wie, że używa tych języków. Program pozwala na tworzenie
wielu obiektów takich jak: tabele, kwerendy, raporty, formularze, a nawet gotowe strony internetowe z dostępem do danych, przy pomocy bardzo prostych narzędzi. Baza może również zostać utworzona za pomocą kreatorów, których olbrzymia ilość jest dostępna w programie jak i za pomocą Internetu. O prostocie
wykorzystania Accessa niech świadczy fakt, że niektóre z tych kreatorów tworzono z myślą o najmłodszych użytkownikach komputerów. Prostota obsługi nie
świadczy o małych możliwościach, w Accessie można tworzyć duże
i skomplikowane bazy danych, a przy pomocy kwerend nie tylko wyszukiwać
w nich konkretnych danych, lecz nawet przeprowadzać skomplikowane operacje
i obliczenia na tych danych. Tak przetworzone dane można odczytać przy pomocy raportów lub formularzy. Formularze mogą również służyć do wpisywania danych do tabel. Jest to o tyle wygodne, że pojedynczy formularz może być
wykorzystany do wprowadzania danych do wielu różnych tabel. MS Access jest
częścią pakietu biurowego MS Office. Programy z tego pakietu są znane z wzajemnej interakcji, pozwala to np. na stworzenie przy pomocy Worda listów seryjnych, zawierających dane z bazy danych, utworzonej za pomocą Accessa i
rozesłanie ich za pomocą Outlooka, a cały ten proces może zostać całkowicie
zautomatyzowany. Program potrafi nawet wyłączyć komputer po zakończeniu
operacji. Kolejną zaletą programu może być fakt, że cała baza danych (dane,
formularze, raporty, itd.) jest przechowywana w jednym pliku.
O trafności takiego rozwiązania przekonał się zapewne nieraz użytkownik, który
korzystając z innych systemów zarządzania relacyjnymi bazami danych, takich
jak: dBASE, Progress i Paradox próbował przenieść dużą bazę danych i przez
przypadek zapomniał lub skasował jeden z plików. Wadą Accessa jest niewątpliwie cena programu, która jest bardzo wysoka. Inną wadą może być fakt, że
utworzona za pomocą Accessa baza danych nie może być bez niego używana.
Istnieje, co prawda, oprogramowanie, które pozwala na tworzenie samodzielnych baz danych przy pomocy Accessa, ale jest ono bardzo drogie. Access jest
rozwijany i jego kolejne wersje są coraz lepsze i przyjaźniejsze dla użytkownika.
We współczesnym świecie człowiek spotyka się z olbrzymią ilością danych. Wyobraźmy sobie sytuację, w której naukowiec przy obecnym stanie wiedzy musi znaleźć interesującą go informację. W praktyce oznacza to szukanie w
setkach, a nawet tysiącach opracowań naukowych ze swojej dziedziny. Wyszu- 20 -
kanie tej jednej konkretnej informacji bez wykorzystania relacyjnych baz danych byłoby bardzo czasochłonne, o ile wręcz możliwe. Wykorzystując nowoczesne bazy danych naukowiec ma dostęp nie tylko do tekstu opracowań, ale do
informacji w dowolnej postaci. Do takiej bazy danych dostęp mieć może jednocześnie duża ilość użytkowników, a dzięki wykorzystaniu Internetu osoby te
mogą przebywać w miejscu. Takie bazy wykorzystywane są przy rezerwacji biletów lotniczych w dużych liniach lotniczych, w kryminalistyce do gromadzenia
danych
o
przestępcach,
w bibliotekach do katalogowania książek, przy wspomnianych badaniach naukowych, w bankowości (nasze pieniądze często istnieją tylko jako zapis elektroniczny w takich bazach), przy projektowaniu z użyciem środowiska projektowania CAD/CAM, w medycynie (np. baza danych o dawcach organów
i osobach oczekujących na przeszczep uratowała życie niejednej osobie) i przy
wielu innych, których nie sposób wymienić. Ostatnio popularnym sposobem
wykorzystania baz danych są tak zwane „hurtownie danych”. Baza taka potrafi
z olbrzymiej ilości danych przedsiębiorstwa „wydobyć” użyteczną wiedzę, która
może być wykorzystana np. do podjęcia strategicznej decyzji, czy poprawy jakości produkcji, zwiększenia wydajności lub obniżenia kosztów. Relacyjne systemy zarządzania danymi są coraz nowocześniejsze, pozwalają na gromadzenie
coraz to większej ilości coraz bardziej zróżnicowanych danych, jednocześnie
pozwalają na przeszukiwanie tych danych w celu otrzymania interesującej nas
informacji. Dzisiaj nie możemy obyć się bez nich, a śmiem twierdzić, że dalszy
postęp cywilizacyjny nie jest bez nich możliwy.
Utworzona baza danych stanowi szybkie i precyzyjne narzędzie gromadzenia
i dostępu do wyselekcjonowanego zasobu wiedzy z dziedziny metalurgii. Pozwala ona wyodrębnić publikacje według określonych kryteriów. Dotarcie do
tekstów źródłowych zapisanych w pamięci komputera daje różne możliwości
ich przetwarzania, co jest pomocą podczas pisania referatu, pracy przejściowej
lub dyplomowej
Literatura
1. J. Jędrzejowicz, K. Rejniak: Wstęp do baz danych. Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego, Gdańsk 1997 r.
2. W. Kim: Wprowadzenie do obiektowych baz danych. Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warszawa 1996 r.
3. B. Krzymowski: Access 97 PL. Komputerowa Oficyna Wydawnicza „HELP”, Warszawa
1997 r.
4. Microsoft Access 2000 krok po kroku. Wydawnictwo RM, Warszawa 1999 r.
Opiekunowie pracy
mgr inż. Marek Warzecha
mgr inż. Tomasz Merder
- 21 -
NOWOCZESNE TECHNOLOGIE
W ELEKTROMETALURGII STALI
Tomasz Kotlarek, Iwona Ziemba, Przemysław Bochnia
Studenckie Koło Naukowe „INFOMET”
Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej
Politechnika Częstochowska
Nowoczesne technologie wytwarzania stali oparte są na konwertorach tlenowych i piecach elektrycznych łukowych (PEŁ). W ostatnich latach konstrukcja pieca elektrycznego została poddana znacznym zmianom. Spotykane obecnie piece łukowe mają od kilkuset, do 400Mg objętości. Można w nich produkować różne gatunki stali, np. stale konstrukcyjne, narzędziowe lub wysokostopowe o specjalnych właściwościach. Często duże piece służą do produkcji stali
węglowych.
Zarówno konwertor tlenowy jak i elektryczny piec łukowy służą w chwili
obecnej jedynie do wytwarzania ciekłej kąpieli metalowej, natomiast reszta procesów została przeniesiona do tzw. rafinacji pozapiecowej. W piecach łukowych
przetapia się głównie materiały żelazonośne, składające się w większości ze
złomu.
W ostatnich latach w elektrycznym procesie łukowym nastąpiły znaczące
zmiany. Decydująca zmiana była związana z zastosowaniem transformatorów
dużej mocy, co umożliwiło zbliżenie wydajności elektrycznej pieców łukowych
do wydajności konwertorów tlenowych. Zastosowanie transformatorów dużej
mocy spowodowało wiele zmian w piecach łukowych m.in. wprowadzenie:
chłodzenia wodnego ścian i sklepienia, manipulatorów do wdmuchiwania tlenu i
węgla, palników gazowo – tlenowych, otworów spustowych w dnie pieca, komputerowych systemów sterowania procesem.
Chłodzenie wodne może zastąpić większą część wyłożenia ogniotrwałego
ścian pieca – powyżej poziomu kąpieli metalowej i żużla – ponad 93% powierzchni ogniotrwałej. Umożliwia to zastosowanie długiego łuku elektrycznego, który zwiększa wydajność pieca, ale powoduje także większe obciążenie
cieplne odkrytych ścian pieca, powyżej poziomu żużla. Ponieważ koszt elementów ścian pieca chłodzonych wodą jest znacznie niższy od ceny materiałów
ogniotrwałych stosowanych na wyłożenie tych ścian, uzyskuje się obniżenie
kosztu własnego wytapianej stali. Chłodzenie elektrod grafitowych prowadzi się
poprzez zraszanie rozpyloną wodą ich powierzchni bocznych, a zmniejszenie
zużycia elektrod sięga 30%.
- 22 -
W nowoczesnych elektrycznych piecach łukowych, w trzonie pieca znajduje się dysza tlenowa, przez którą doprowadza się tlen do kąpieli metalowej. W
trzonie pieca znajdują się również kształtki, służące do przedmuchiwania stali
gazem obojętnym w celu jej mieszania. W piecach tych zwiększa się ciągle moc
jednostkową, służącą jak najszybszemu roztopieniu wsadu.
W 1981 roku pojawiły się konstrukcje elektrycznych pieców łukowych z
centrycznym otworem spustowym w dnie wanny, umożliwiające szybkie spuszczanie gotowej stali do podstawionej pod piec kadzi odlewniczej. Zaletą tego
rozwiązania jest bezżużlowy spust stali, co jest ważnym elementem przy wytwarzaniu wysokojakościowych gatunków stali. Obecnie w przemyśle metalurgicznym dominuje piec ze spustem dennym niecentrycznym, posiada on takie same
zalety jak piec z otworem centrycznym, a dodatkowo umożliwia zwiększenie
powierzchni ścian pieca chłodzonych wodą (zmniejszono graniczne wychylenie
pieca z 45° na 12°).
Jedną z nowości wprowadzoną do konstrukcji elektrycznego pieca łukowego, są palniki gazowo-tlenowe. Palniki takie montowane są w oknie roboczym, w ścianach bocznych lub też w strefie nad otworem spustowym. Zastosowanie tych palników intensyfikuje proces roztapiania złomu powodując skrócenie czasu wytopu. Wpływa to na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej
przeliczonej na 1Mg stali. Zmniejszenie zużycia energii elektrycznej jest również skutkiem doprowadzenia dodatkowego źródła ciepła pochodzącego ze spalania paliwa palnika gazowo–tlenowego.
Kolejną modyfikacją elektrycznego pieca łukowego, jest podgrzewanie
złomu, poprzez wykorzystanie ciepła odpadowego. Przy wstępnym podgrzewaniu części złomu można zaoszczędzić około 60kWh/t, a w przypadku wstępnego
podgrzewania całej ilości złomu można zaoszczędzić do 100kWh/t ciekłej stali.
Opłacalność takiego działania określana jest indywidualnie dla każdej huty.
Podczas wstępnego podgrzewania złomu jednocześnie zwiększa się emisja zanieczyszczeń organicznych.
Przemysł stalowniczy emituje do atmosfery dużą ilość zanieczyszczeń,
dlatego głównym celem nowoczesnych technik stalowniczych, jest ich zminimalizowanie, a także zadbanie o jak najkrótszy czas produkcji stali po jak najniższych kosztach. W tym celu w krajach Unii Europejskiej opracowano, tzw. Najlepsze Dostępne Techniki (BAT), między innymi do procesów produkcji hutniczej.
Opiekun pracy
mgr inż. Marek Warzecha
- 23 -
ANALIZA WARUNKÓW SPIENIANIA ŻUŻLI
W ŁUKOWYM PIECU ELEKTRYCZNYM
Weronika Jakubiak
Studenckie Koło Naukowe „INFOMET”
Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej
Politechnika Częstochowska
Cechą charakterystyczna technologii wytapiania stali w łukowych piecach elektrycznych typu UHP (Ultra High Power – Bardzo
wysoka moc) jest praca ze spienionym żużlem. Polega to na tym, że
po roztopieniu wsadu metalowego – głównie złomu i utworzeniu się
żużla, wdmuchuje się (na granicy podziału faz metal – żużel) sproszkowane nośniki węgla oraz tlenu z dużymi intensywnościami. Materiał węglowy podaje się w ten sposób, że jego struga jest styczna do
jednej lub dwóch strug tlenu. Węgiel utlenia się z dużą intensywnością, tworząc tlenek węgla CO, którego pęcherze wydostając się poprzez ciekły żużel, powodują jego spienienie. Poziom żużla znacznie
się podnosi do tego stopnia, że zostają przykryte końce elektrod grafitowych, a zatem łuki elektryczne palą się otoczone pianą żużlową.
Praktyka taka powoduje, że znacznej poprawie ulegają warunki
przekazywania ciepła od łuku elektrycznego przez żużel do ciekłego
metalu. W ten sposób zużywa się mniejsze ilości energii elektrycznej,
niezbędnej do wytopienia stali.
Aby takie korzyści można było osiągnąć, zarówno ilości węgla
i tlenu, jak i intensywność ich podawania powinny być precyzyjnie
dobrane. W przeciwnym wypadku, szczególnie gdy wdmuchiwane
ilości tlenu są zbyt duże w stosunku do masy węgla, obserwuje się
niekorzystny proces utleniania żelaza – głównie do FeO i częściowo
do Fe2O3. Przebieg takich reakcji oznacza straty żelaza, obniżenie
uzysku ciekłej stali, a zużycie energii elektrycznej nie zmniejsza się.
Jednocześnie rośnie stężenie tlenków żelaza oraz manganu (MnO)
w tworzącym się żużlu.
- 24 -
Prezentowane badania dotyczą tej problematyki. Analizie poddano wpływ wartości stosunku objętości tlenu wdmuchanego do pieca
(Nm3) do masy materiału zawierającego węgiel (kg), użytego do spienienia żużla.
Opiekun pracy
Prof. dr hab. inż. Włodzimierz Derda
- 25 -
BEZPRZEWODOWE SIECI KOMPUTEROWE
WLAN
Marcin Niemiec, Michał Martynkiewicz, Łukasz Matusiak
Koło Naukowe „Telephoners”
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
Katedra Telekomunikacji
Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki
Tematem naszego referatu są coraz popularniejsze na całym świecie bezprzewodowe sieci WLAN, pracujące na częstotliwości 2,4 GHz (bezpłatne) pasmo przeznaczone do zastosowań przemysłowych, naukowych i medycznych.
Na XXVII Międzynarodowej Studenckiej Sesji Kół Naukowych chcemy przedstawić istotę i zasadę działania tej formy komunikacji bezprzewodowej.
Sieć WLAN (ang. Wireless Local Area Network), jest radiowym odpowiednikiem popularnych lokalnych sieci komputerowych. Sieć bezprzewodową
stosuje się przede wszystkim tam, gdzie instalowanie okablowania jest albo
niemożliwe, albo niepożądane. Technologie bezprzewodowe są też chętnie aplikowane w innych warunkach, kiedy przewiduje się częste przenoszenie urządzeń, liczne zmiany konfiguracji w sieci lub zakłada się tymczasowość instalacji. A więc podstawowe zalety WLAN-u to: mobilność, przenośność, szybkość i
prostota instalacji, elastyczność oraz redukcja kosztów.
Jej maksymalny zasięg to około 100 m, choć jest możliwe jego zwiększenie – o czym powiemy za chwile. Bezprzewodowa komunikacja o mniejszym zasięgu to wciąż rozwijający się Bluetooth (zasięg do 10 m ), natomiast
rozległe sieci bezprzewodowe to WWAN (ang. Wireless Wide Area Network) –
zasięg nawet do 5 km.
Standard opisujący sieci WLAN to IEEE 802.11. Jego odmiana 802.11b
zapewnia maksymalną przepływność 11 Mb/s, a coraz popularniejsza 802.11a to
nawet 54 Mb/s. Przepływności takie osiągane są dzięki szeregu skomplikowanych modulacji: DSSS, FHSS.
Sieci radiowe zwykle tworzą jeden z dwóch rodzajów struktur: sieć
z infrastrukturą lub połączenia typu ad hoc. W pierwszej strukturze można łatwo
wyróżnić uprzywilejowane urządzenia. Są to tak zwane punkty dostępu (ang.
Acces Point), które są podłączone z jednej strony kablem do tradycyjnej sieci,
a z drugiej mogą kontaktować się radiowo z urządzeniami umieszczonymi w ich
zasięgu. Komputer w sieci wysyła lub odbiera informacje tylko od takiego punktu dostępowego. Budowa takich sieci polega na pokryciu pewnego obszaru, na
którym chcemy mieć komunikacje bezprzewodową, punktami dostępowymi.
- 26 -
Rozwiązanie takie jest stosowane wtedy, gdy wiemy, że na danym obszarze sieć
będzie pracowała stosunkowo długo. Jeśli potrzebujemy komunikacji na krótko
(np. na potrzeby jakiejś konferencji) budujemy sieć ad hoc, w której komputery
komunikują się na zasadzie każdy z każdym.
Komunikacja komputerów w sieci WLAN odbywa się na zasadzie wymiany pakietów. Dany komputer wysyła i odbiera maksymalnie 1500 bajtowe
ramki z/do punktu dostępowego. Odebranie informacji jest potwierdzane przez
odbiornik szczególnym typem ramki. W przypadku utraty informacji transmisja
jest powtarzana. Podstawową metodą dostępu jest CSMA/CA (ang. Carrier
Sense Multiple Access/Collision Avoidance), w której stacja nadawcza chcąc
uzyskać możliwość nadawania musi dostać potwierdzenie że punkt dostępu jest
wolny (nie realizuje w tym samym czasie innej transmisji), jeśli kanał jest zajęty
to urządzenie czeka na zakończenie bieżącej transmisji, po czym próbuje znów
się połączyć.
Słabą stroną bezprzewodowych sieci jest jej małe bezpieczeństwo. Istnieje
szereg sposobów, dzięki którym hakerzy otrzymują dostęp do nawet dobrze
strzeżonej sieci. W trakcie Sesji przedstawimy jeden z najczęściej stosowanych
form ataków, tzw. atak parkingowy.
Najprostszym i najczęściej stosowanym sposobem ochrony jest szyfryzacja przesyłanych danych. Stosuje się w tym celu tzw. protokół WEP (ang.
Wireless Equivalent Privacy ) generujący pakiety na podstawie stosowanych 64
lub 128-bitowych kluczy. Niestety, maksymalny czas ich złamania to kilkanaście godzin ).
Podstawowym problemem radiowych sieci komputerowych jest ich zasięg. W tym celu producenci prześcigają się w projektowaniu coraz lepszych
anten. Bezprzewodowe karty sieciowe mają zawsze wbudowane anteny nadawczo-odbiorcze, które wysyłają fale radiowe we wszystkich kierunkach, zapewniając komunikacje. Jeśli znajdujemy się zbyt daleko punktu dostępowego pojawiają się problemy z połączeniem. Ich rozwiązaniem może być stosowanie
anten kierunkowych, które wysyłają fale w jednym wyróżnionym kierunku.
Właśnie taką antenę chcemy zaprezentować na XXVII Międzynarodowej
Studenckiej Sesji Kół Naukowych. Jest to własnoręcznie wykonana i przetestowana antena Yagi-Uda dla sieci o częstotliwości 2,4 GHz ( tego typu anteny kierunkowe są rzadko spotykane w tak dużych częstotliwościach).
Antena ta składa się z trzech rodzajów elementów. Najważniejszym z nich
jest element aktywny (dipol) zasilany sygnałem z karty sieciowej – to właśnie
on promieniuje fale radiowe. W zależności od długości dipola w porównaniu do
długości fali wypromieniowywanej, nazywamy go ćwierćfalowym, półfalowym,
itd. Niestety charakterystyka jego promieniowania nie jest dobrze ukierunkowana. Aby ją poprawić należy za dipolem umieścić element dłuższy od niego,
tzw. reflektor, który spowoduje „odbicie” charakterystyki i spowoduje powstanie wyróżnionego kierunku promieniowania – tzw. kierunku maksymalnego
promieniowania. Przed dipolem umieszcza się trzeci typ elementów, tzw. direk- 27 -
tory. Krótsze od dipola potrafią jeszcze silniej ukierunkować charakterystykę,
tym samym zwiększając jej kierunkowość.
Najważniejszymi zaletami anten Yagi-Uda, są: prostota budowy, łatwość
zasilania i mały koszt przy stosunkowo korzystnych własnościach elektrycznych. Dla porównania koszt naszej anteny kierunkowej to kilkanaście złotych,
mimo że komercyjne anteny o podobnych własnościach kosztują w sklepach
kilkaset złotych.
Najistotniejszym parametrem dla anten kierunkowych jest tzw. zysk energetyczny. Określa on własności kierunkowe anteny i definiuje się go jako stosunek mocy odebranej z badanej anteny do mocy odebranej z anteny porównawczej. Jako antenę porównawczą stosuje się zwykle tzw. antenę izotropową, czyli
taką która promieniuje fale we wszystkich kierunkach. Zysk energetyczny podaje się zwykle w miarze decybelowej, a jej jednostką jest [dBi]. Nasza antena ma
zysk ok. 17 dBi, a więc jest 50 razy lepsza od anteny izotropowej !
Reasumując, nasz referat, wygłoszony podczas XXVII Międzynarodowej
Studenckiej Sesji Kół Naukowych, obejmuje problematykę bezprzewodowych
sieci komputerowych WLAN. Chcemy przedstawić istotę i zasadę działania tej
formy komunikacji bezprzewodowej. Począwszy od ogólnej charakterystyki,
przez metody dostępu, formaty ramkowania, skończywszy na bezpieczeństwie.
Następnie po krótkim wprowadzeniu do teorii anten zaprezentujemy własnoręcznie wykonaną i przetestowaną antenę Yagi-Uda, przeznaczoną do tych właśnie sieci.
- 28 -
PROJEKT SERWERA POŚREDNICZĄCEGO DLA
KOMUNIKATORÓW TYPU „INSTANT MESSAGING”
DO ZASTOSOWAŃ KORPORACYJNYCH
Grzegorz Łuczywo
Wydział Elektrotechniki, Automatyki,
Informatyki i Elektroniki
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie
W ciągu ostatnich kilku lat komunikatory internetowe służące do natychmiastowego porozumiewania się przez internet (ang. instant messaging) zyskały
ogromną popularność i w wielu przypadkach wyparły z zastosowań pocztę elektroniczną e-mail. Wyższość komunikatorów internetowych nad pocztą elektroniczną przejawia się w następujących kwestiach:
- możliwość sprawdzenia statusu użytkownika (czy jest on-line), a co się
z tym wiąże potwierdzenie otrzymania wiadomości,
- interaktywność komunikacji – porozumiewanie się za pomocą komunikatora bardziej przypomina normalną rozmowę niż czytanie / pisanie listów,
- dodatkowe usługi takie jak:
-- wysyłanie smsów
-- zarządzanie listą kontaktów
-- zabezpieczenie przed niepożądanymi wiadomościami (spam)
Aplikacje tego typu postrzegane przez firmy wyłącznie jako "złodzieje
cennego czasu ich pracowników", stają się obecnie narzędziem biznesowym,
usprawniającym przepływ informacji w przedsiębiorstwie. Funkcjonalność komunikatorów może być wykorzystana nie tylko do przyspieszenia wymiany informacji wewnątrz przedsiębiorstwa, ale także do usprawnienia komunikacji ze
środowiskiem zewnętrznym: partnerami lub klientami firmy.
Dotychczas komunikatory instalowane były "prywatnie" na firmowych
komputerach, bez wiedzy administratorów sieci. Większość przedsiębiorstw nie
zamierza jednak blokować korzystania z usług, które często obwiniane są za obniżanie produktywności pracowników. Wiele firm przygotowuje się obecnie do
wprowadzenia lub raczej ustandaryzowania narzędzi do komunikacji
w czasie rzeczywistym, używanych już - najczęściej w celach prywatnych przez pracowników.
Zastosowania korporacyjne wymagają jednak zapewnienia dodatkowych
funkcji i usług:
- bezpieczeństwo: poufność komunikacji oraz uwierzytelnienie pracowników,
- 29 -
- archiwizacja,
- hierarchiczny system zarządzania z podziałem uprawnień.
Projekt ten nie miał na celu napisanie jeszcze jednego komunikatora (aczkolwiek to też należało zrobić) lecz stworzenie serwera pośredniczącego, który:
- obsługuje bardzo zróżnicowane i co gorsze nieudokumentowane protokoły istniejących komunikatorów, a zarazem umożliwia porozumiewanie się
z dotychczas zarejestrowanymi użytkownikami na różnych serwerach,
- dostarcza wyżej wymienione dodatkowe usługi dla przedsiębiorstw.
Spełnienie pierwszego wymagania jest konieczne, ponieważ pracodawcy trudno
będzie nakłonić pracownika, żeby całkowicie zrezygnował z możliwości kontaktów w sferze prywatnej na rzecz tylko i wyłącznie spraw służbowych.
Architektura sieciowa i umiejscowienie serwera pośredniczącego zostały
S e rw e r
f i rm o w y
ko m u n i ka t o ra
nr 1
oo
----
oo
----
oo
----
S e rw e r W W W
+
S e rw e r
p o śre d n i c z ą c y
S e rw e r
f i rm o w y
ko m u n i ka t o ra
nr 2
S e rw e r
f i rm o w y
ko m u n i ka t o ra
nr 3
Rys. 1. Architektura sieciowa i umiejscowienie serwera pośredniczącego
przedstawione na rysunku 1. Serwer pośredniczący i serwer WWW muszą znajdować się na jednej fizycznej maszynie.
Jak przedstawiono na rysunku 2 projekt składa się z trzech części. Zarówno aplet klienta jak i aplikacja serwera napisane są w języku Java. Ze względu
na potencjalnie dużą liczbę użytkowników szczególny nacisk położono na zagadnienia optymalizacji. Pod tym kątem poszczególne części projektu mają
skrajnie różne wymagania:
I Aplet – zwartość kodu
- przeglądarka za każdym razem ładuje kod apletu przez zwykle wolne łącza sieciowe, dlatego łączna wielkość tego kodu musi być minimalna;
II Serwer – wydajność
- zakładamy duże obciążenie serwera;
III Baza danych – ze względu na wielokrotne i równoczesne korzystanie
z danych zawartych w bazie konieczność zastosowania mechanizmu puli połączeń.
W wyniku optymalizacji apletu i sposobu kompilacji uzyskano kilkakrotne zmniejszenie czasu ładowania apletu. Natomiast aby zoptymalizować aplikację serwera skupiono się na następujących sprawach:
- odpowiednie przeprowadzanie operacji na łańcuchach znakowych, pochłaniające mniej zasobów,
- 30 -
- wielowątkowość – różne priorytety wątków,
- efektywne sterowanie zdarzeniami,
- wykorzystanie mechanizmu synchronicznych pojemników do porozumiewania się wątków,
- dodanie serwerowi „inteligencji” : różne decyzje na podstawie aktualnego obciążenia.
C z ę śc i skł a d o w e p ro j e ktu
S e rw e ry
ko m u n i ka to ró w
A p l i ka c j a
se rw e ra
Aplet
kl i e n ta
I
II
Baza
d a n ych
M ySQL
I II
Rys. 2. Części składowe projektu
Poza tym należało rozwiązać szereg innych problemów:
- zmiana kodowania polskich znaków UNICODE / CP1250,
- kompresja archiwów – wybrano format zip,
- szyfrowanie – kryptografia z kluczem symetrycznym,
- uwierzytelnienie – algorytm funkcji skrótu do przesyłania hasła.
Opiekun pracy
mgr inż. Piotr Pacy
- 31 -
- 32 -
SEKCJA B
INŻYNIERIA PROCESOWA i MATERIAŁOWA
- 33 -
ZASTOSOWANIE POMPY CIEPŁA JAKO ŹRÓDŁA
CIEPŁA W INSTALACJI C.O.
ORAZ W PRZYGOTOWANIU C.W.U.
Agata Szwedzińska, Zbigniew Lenarcik
Wydział Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej
Politechnika Częstochowska
Pompa ciepła jest to urządzenie grzewczo-klimatyzacyjne wykorzystujące
energię cieplną zawartą w źródłach o niskich temperaturach oraz ciepło odpadowe. Składa się z: dolnego źródła ciepła, pompy ciepła właściwej
i górnego źródła ciepła. Wykorzystując proces podnoszenia potencjału cieplnego umożliwia pobranie ciepła ze źródła o niskiej temperaturze (dolnego)
i przekazanie go do źródła o wysokiej temperaturze (górnego) przy udziale
energii napędowej. Pompy ciepła dzielimy ze względu na: rodzaj źródła ciepła,
zastosowanie, osiąganą moc, rodzaj energii napędowej, rodzaj źródła dolnego
i górnego.
Najszerzej stosowana jest pompa ciepła typu sprężarkowego. W pompie
tej podnoszenie temperatury ciepła odbywa się w zamkniętym procesie termodynamicznym. Ciekły czynnik roboczy krążący w układzie pompy właściwej
wpływa do parownika, gdzie w ciśnieniu parowania i obniżonej temperaturze
odparowuje. Ciepło potrzebne do zmiany fazy czynnika pobierane jest z dolnego
źródła ciepła. Pary czynnika zostają zassane przez sprężarkę
i sprężone do ciśnienia skraplania, a wykonywana na nich praca powoduje gwałtowny wzrost temperatury. W skraplaczu ciepło oddawane przez skraplający się
czynnik przekazywane jest do górnego źródła ciepła. Skroplona para wraca
przez zawór rozprężny do parownika.
Rys. 1. Główne elementy
pompy ciepła:
1. Sprężarka
2. Skraplacz
3. Parownik
4. Zawór rozprężny
5.Dolne źródło ciepła
(kolektor gruntowy)
- 34 -
Analizując opłacalność zastosowania różnych źródeł ciepła system ogrzewania z pompą ciepła wypada najlepiej pod względem kosztów wytwarzania
ciepła, charakteryzuje się także niską uciążliwością dla środowiska, niską awaryjnością oraz dużym komfortem obsługi urządzenia. Główną barierą
w upowszechnieniu instalowania pomp ciepła są wysokie nakłady inwestycyjne.
Ważne, aby decyzja o montażu pompy ciepła poprzedzona była dokładną analizą m.in. takich czynników jak: zapotrzebowanie na ciepło, źródła i sposobu pozyskiwania ciepła dla instalacji.
Literatura:
1. Jerzy Kotarba „Energia elektryczna w ogrzewaniu pomieszczeń” Wydawnictwa Naukowo- Techniczne, Warszawa 1992
2. Wojciech Zalewski „Pompy ciepła-podstawy teoretyczne i przykłady zastosowań”
skrypt, Wydaw. Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki, Kraków 1998
3. Marian Rubik „Pompy ciepła-poradnik”, Wyd. Branżowy Ośrodek Informacji Naukowej, Warszawa 1996
4. www.elektroszron.com.pl, www.republika.pl/arkapoland
Opiekun naukowy
mgr inż. Dorota Kawka
- 35 -
WSPOMAGANA KOMPUTEROWO
INTERPRETACJA WYNIKÓW PRÓB
PLASTOMETRYCZNYCH
Łukasz Madej
Akademia Górniczo – Hutnicza Kraków
Wydział Metalurgii i Inżynierii Materiałowej
Wstęp
Żyjemy współcześnie, w dobie gwałtownego rozwoju komputerów, które
znajdują zastosowania w coraz to nowych aspektach codziennego życia, począwszy od rozrywki, komunikacji a skończywszy na pracy. W niniejszym
opracowaniu przedstawione zostanie kolejne wykorzystanie komputera jakim
jest wspomaganie analizy wyników eksperymentalnych. Eksperyment jest nieodłącznym elementem pracy naukowej, ma on na celu weryfikacje podstawowych założeń modeli bądź też teorii. Niejednokrotnie zdarza się, że na bazie
wielkości zmierzonych bezpośrednio w trakcie doświadczenia, programowanie
dostarczone przez producenta aparatury wylicza wielkości interesujące w danym
zagadnieniu. Zazwyczaj jednak programy te oparte są na uproszczonych modelach,
które
nie
uwzględniają
wielu
istotnych
parametrów
i zjawisk fizycznych. Dlatego też, aby mieć pewność co do poprawności otrzymywanych zależności końcowych, analizę danych należy przeprowadzać traktując wielkości mierzone bezpośrednio jako dane wejściowe.
W opracowaniu przedstawiony jest problem analizy wyników otrzymanych
w trakcie serii doświadczeń przeprowadzonych na aparaturze Gleeble 3800
w Instytucie Metalurgii Żelaza w Gliwicach. Celem eksperymentu było określenie zachowania się materiału w trakcie deformacji na gorąco w stałych oraz w
zmiennych warunkach odkształcenia – zarówno prędkości odkształcenia, jak
również temperatury.
Aparatura pomiarowa
Aparatura Gleeble 3800, dostępna w Instytucie Metalurgii Żelaza w Gliwicach, stanowi wraz z oprogramowaniem jedyne tego typu stanowisko badawcze w Polsce. Umożliwia przeprowadzanie różnorodnych symulacji procesów
przeróbki plastycznej w oparciu o wykonywane próby: rozciągania, zgniatania
(spęczania), zmęczenia materiału.
Wyniki doświadczenia
Poniższe wyniki zostały otrzymane bezpośrednio z symulatora Gleeble 3800,
przy wykorzystaniu modelu dostarczonego wraz z urządzeniem. Doświadczenia
prowadzono w dwóch etapach:
- 36 -
ze stałą prędkością odkształcenia – ε& = 0,1, 1,0, 10,0 s-1 w trzech temperaturach 1100, 1000 i 900ºC,
ze zmienna prędkością odkształcenia w trakcie trwania procesu. Zmiana ta
następowała we wszystkich kombinacjach w/w prędkości odkształcenia,
w trzech temp. 1100, 1000, 900ºC.
-250
-160
ε = 10 [s-1]
-200
Napr enie [MPa]
Napr enie [MPa]
ε = 10 [s-1]
-120
ε = 10 − 1 [s-1]
ε = 10 − 1[s-1]
-150
ε = 1 [s-1]
-80
ε = 1 [s-1]
-100
-40
-50
0
0
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
odkształcenie
0
-1
-0.2
-0.4
odkształcenie
-0.6
-0.8
Rys. 1. Wykresy zależności naprężenie - odkształcenie uzyskane bezpośrednio z aparatury
Analiza danych
W pracy badawczej należy rozpocząć obróbkę danych eksperymentalnych traktując jako dane wejściowe zależność siła - przemieszczenie. Analiza wyników
jest oparta o program wykorzystujący metodę analizy odwrotnej – inverse [1].
50000
200
temperature 900 oC
T = 900 [0C], ε = 1 [s-1]
10.0 s
30000
0.1 s-
20000
1.0 s-
10000
160
napr enie [Mpa]
si a [N]
40000
120
T = 1000 [0C], ε = 1 [s-1]
T = 1100 [0C], ε = 1 [s-1]
80
40
0
0
0
2
4
przemieszczenie [mm]
6
8
Rys. 2. Zmiany siły działającej na próbkę
w funkcji przesunięcia kowadeł aparatury
dla stałej i zmiennej prędkości odkształcenia
0
0.2
0.4
0.6
odkształcenia
0.8
1
Rys. 3. Wykres zależności naprężenia od
odkształcenia uzyskany przy wykorzystaniu metody inverse
- 37 -
250
inverse
model zmiennych wewn trznych
temperatura 900oC
200
napr enie [MPa]
W drugim etapie pracy została przeprowadzona analiza jakościowa
otrzymanych danych, mająca na celu
dopasowanie kształtu krzywych doświadczalnych (otrzymanych z pierwszego etapu pracy) do krzywych
uzyskanych z rozwiązania numerycznego opartego o model zmiennych wewnętrznych [2]. Przykładowy wynik przeprowadzonej analizy przedstawiony został na rysunku
4.
150
100
0.1 s-1
1 s-1
10 s-1
50
0
0.0
0.2
0.4
0.6
odkształcenie
0.8
1.0
Rys. 4. Porównanie krzywych naprężenie –
odkształcenie uzyskanych z metody inverse
i z programu opartego o model zmiennych
wewnętrznych
pnym etapie pracy zostanie podjęta próba poszerzenia zastosowania oprogramowania do przewidywania zachowania materiału w zmiennych warunkach odkształcenia.
Literatura:
1. Szyndler D., Problem odwrotny w zastosowaniu do identyfikacji parametrów procesów
plastycznej przeróbki metali, Praca Doktorska, AGH, Kraków, 2001.
2. Pietrzyk M., Numerical Aspects of the Simulation of Hot Metal Forming Using Internal
Variable Method. Metall. Foundry Eng., 20, 1994, 429-439.
Opiekun naukowy referatu:
Dr Danuta Szeliga
- 38 -
OPTYMALIZACJA PRĘDKOŚCI WALCOWANIA RUR
W WALCARKACH REDUKUJĄCOWYDŁUŻAJĄCYCH
Nikołaj Paniuszkin
Narodowa Akademia Metalurgiczna w Dniepropietrowsku
BADANIA PROCESÓW PRZEMIAN
STRUKTURALNYCH W METALACH O
STRUKTURZE BAINITYCZNEJ METODAMI
RENTGENOWSKIMI
Andriej Kołomoniec
Narodowa Akademia Metalurgiczna w Dniepropietrowsku
BADANIA FAZ AZOTKOWYCH I WĘGLIKOWOAZOTKOWYCH W NISKOWĘGLOWYCH STOPACH
Andriej Projdak
Narodowa Akademia Metalurgiczna w Dniepropietrowsku
- 39 -
WPŁYW MODYFIKACJI TYTANEM POWIERZCHNI
TLENKU GLINU NA WŁASNOŚCI
WYTRZYMAŁOŚCIOWE I MIKROSTRUKTURĘ
POŁĄCZENIA TYPU METAL-CERAMIKA
W UKŁADZIE Al/Al2O3
TITANIUM PRECONDITIONING OF ALUMINA
SUBSTRATES FOR LIQUID-STATE PROCESSING
OF Al/Al2O3 SYSTEMS AND IT INFLUENCE
ON MECHANICAL STRENGTH PROPERTIES
AND MICROSTRUCTURE OF JOINT
Bartłomiej Winiarski
Studenckie Koło Naukowe Materiałoznawstwa
Akademia Górniczo- Hutnicza, Kraków
Inżynieria Materiałowa
Wydział Metali Nieżelaznych
Abstract - Titanium preconditioning of polycrystalline alumina substrates for
Liquid-State Processing of Al/Al2O3 systems and it influence on mechanical
strength properties and microstructure of joint is analyzed. Present work contains the physical chemistry basis, experimental condition, adhesive surface layer
coating method and directions for obtain durable metal/ceramic joint. This paper
characterizes 4-Points Bending Test as a mechanical strength properties testing
method. It includes the comparison of the mechanical strength properties results
with results obtained in metal/ceramic system without titanium interlayer.
Celem pracy jest badanie wpływu modyfikacji tytanem powierzchni polikrystalicznego tlenku glinu na własności mechaniczne oraz mikrostrukturą połączenia metalu z ceramiką, na przykładzie Al/Al2O3. W pracy przedstawiono fizykochemiczne podstawy, warunki i metody nanoszenia warstw powierzchniowych oraz sposoby uzyskania trwałego połączenia metal/ceramika. Scharakteryzowano próbę czteropunktowego zginania jako metody badania własności mechanicznych połączenia. Porównano właściwości wytrzymałościowe połączenia z wynikami uzyskanymi dla układów bez warstw pośrednich.
Opiekun naukowy:
Prof. dr hab. inż. Borys Mikołowski
- 40 -
METODY BADAŃ NIEJEDNORODNOŚCI
ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO
W INTERMETALIKACH Ti3Al
Rafał Molak
Politechnika Warszawska
Wydział Inżynierii Materiałowej
Anizotropia własności mechanicznych oraz niejednorodność odkształcenia
plastycznego ma duże znaczenie przy doborze materiału na konstrukcje,
a w konsekwencji na właściwości danej konstrukcji. Z procesami tymi związane
są mikroodkształcenia w objętości i na powierzchni poddanych obciążeniu elementów. Jestem na etapie pisania pracy magisterskiej mówiącej o niejednorodności i lokalizacji odkształcenia plastycznego mikropróbek z intermetalicznego stopu Ti3Al. W czasie badań będę posługiwał się trzema metodami, które
pozwalają na ocenę niejednorodności odkształcenia plastycznego.
1. Metoda optyczna
Metoda ta polega na naniesieniu na próbkę, znaczników (mogą to być np.
mikroodciski Vickers’a) w pewnych ustalonych odległościach względem bazy
pomiarowej. Tak przygotowana mikropróbkę poddajemy naprężeniom rozciągającym wywołującym odkształcenia plastyczne. W czasie tego procesu dokonujemy rejestracji obrazu powierzchni próbki w czasie rzeczywistym przy
pomocy mikroskopu wyposażonego w kamerę CCD.
Rys. 1. Znaczniki Vickers’a naniesione na próbkę
Uzyskany w tej metodzie zapis obrazu powierzchni próbki możemy podzielić na
poszczególne sekwencje, uzyskane co pewien określony przedział czasu, a następnie dokonywać optycznej analizy mikroodkształceń próbki.
- 41 -
Zarówno metoda jak i stanowisko pomiarowe zostało zaprojektowane
przez zespół naszego Laboratorium Badań Własności Wytrzymałościowych i
służy jedynie do ogólnego stwierdzenia czy dana mikropróbka odkształcała się
w sposób idealnie liniowy, czy też wystąpiły tam obszary charakteryzujące się
niejednorodnością odkształcenia plastycznego.
2. Dwuwiązkowa
Interferometria
Siatkowa
Metoda ta opiera się na tzw. Metodzie Mohry. Nałożenie na siebie w
jednej płaszczyźnie dwu powtarzalnych struktur geometrycznych
zwanych siatkami, powoduje powstanie trzeciej struktury w postaci
układu na przemian jasnych i ciemnych prążków, czyli obrazu Mohry.
Przyczyna tego zjawiska są zmiany
Rys. 2. Schemat stanowiska pomiarowego
natężenia światła przechodzącego (jeśli obie struktury są przeźroczyste) lub
odbitego (jeśli przeźroczysta jest tylko siatka zewnętrzna).
Stosuje się przy tym najczęściej siatki liniowe złożone z gęsto rozmieszczonych linii prostych równoległych oraz siatki kratowe utworzone z dwu
wzajemnie prostopadłych, jednakowych siatek liniowych.
Analiza, metodami FFT, prążków powstających w wyniku oświetlania siatki
naniesionej na przedmiot światłem koherentnym ukształtowanym tak, aby promienie padały pod kątami +1 i -1 rzędu ugięcia dyfrakcyjnego, pozwala wyznaczyć przemieszczenia na powierzchni. Oto kolejne etapy metody na przykładzie
analizy strefy plastycznej przy wierzchołku pęknięcia w czasie próby da/dN.
Kamera CCD
Mikroskop
Siłownik
Komputer
sterujacy położeniem
mikroskopu
1.
Monitor
Magnetowid
Obraz prążkowy
2.
Mapa przemieszczeń
3.
Mapa odkształceń
Metoda ta pozwala na analizę odkształceń plastycznych w mikroobszarach:
• na granicach ziaren;
• na wierzchołku pęknięcia.
Powyższe badania wykonuje się przy pomocy identycznego stanowiska pomiarowego jak przedstawione powyżej (patrz: metoda optyczna).
3. Digital Image Correlation
- 42 -
DIC jest to metoda analizy danych opierająca się na matematycznych metodach korelacji. Jest ona wykorzystywana do analizy pojedynczych obrazów uzyskanych w czasie odkształcania próbki. Obrazy uzyskiwane w poszczególnych
etapach odkształcenia, porównywanie ich, pokazuje nam zmianę geometrycznej
charakterystyki powierzchni próbki.
Istnieją 2 metody analizy odkształceń w zależności od zastosowanego stanowiska pomiarowego:
• 2D-potrafi analizować przemieszczenie w płaszczyźnie prostopadłej do soczewki kamery wzdłuż osi x i y - stosuje się tu jedną
kamerę prostopadłą do powierzchni badanej próbki;
• 3D-mierzy przemieszczenia jako składowe trójwymiarowego stanu
odkształcenia x,
y, z – stosuje się tu dwie kamery ustawione pod pewnym kątem do
powierzchni badanej próbki.
W metodzie tej stosujemy specjalistyczne oprogramowanie firmy Correlated
Solutions.
- 43 -
CHARAKTERYSTYKA WŁAŚCIWOŚCI
TRYBOLOGICZNYCH I STRUKTURALNYCH
STALIWA TYPU „DUPLEX”
Sebastian Zielonka
Instytut Inżynierii Materiałowej
Politechnika Częstochowska
Streszczenie
Ocenę odporności na zużycie erozyjno-korozyjne oraz badania strukturalne przeprowadzono na staliwie GX2CrNiMoCuN25-6-3-3 (L0H24N5M2Cu3)
typu
„duplex”,
z
którego
wykonane
były
odlewy
wirnika
i obudowy pompy przeznaczonej do pracy w silnie ścierającym i agresywnym
medium. Dwufazowe, austenityczno –ferrytyczne staliwa i stale typu „duplex”,
posiadają bardzo korzystne skojarzenie dobrej odporności korozyjno-erozyjnej
z wysokimi własnościami wytrzymałościowymi, dzięki czemu elementy z nich
wykonywane są eksploatowane w korozyjnych środowiskach zawiesin cząstek
stałych. Najważniejszymi dziedzinami ich zastosowań są energetyka i szeroko
rozumiane konstrukcje morskie. Wprowadzenie do podstawowego, (Fe-Cr-Ni)
składu staliwa typu „duplex” miedzi, umożliwia przeprowadzenie zabiegu starzenia mającego, zgodnie z danymi literaturowymi, zwiększyć odporność na
ścieranie.
W części eksperymentalnej przeprowadzono badania mikrostrukturalne,
chropowatości, twardości i mikrotwardości oraz trybologiczne, staliwa poddanego zabiegom przesycania w wodzie z temperatury 1080oC oraz przesycania
i starzenia w 520oC/4 h.
Badania wykazały, że proces przesycania w wodzie masywnych odlewów,
nie zapobiega ponownemu wydzielaniu niewielkiej ilości fazy σ, rozmieszczonej jednak po granicach ziaren, co nie powinno wywoływać zwiększenia
kruchości z obecnością tej fazy związanej. Badania trybologiczne wykazały natomiast, że starzenie wpłynęło niekorzystnie na odporność na zużycie ścierne
powodując około 20%-we jej obniżenie. Również wyniki badań chropowatości
zużytych powierzchni potwierdziły, że jest ona o około 100% większa dla stanu
starzonego niż przesyconego. Przyczyną tych negatywnych, z użytkowego
punktu widzenia zjawisk jest silny, około 30% - wy spadek mikrotwardości austenitu stanowiącego około 40% struktury staliwa.
Wyniki badań sugerują możliwość lub wręcz konieczność zrezygnowania
z zabiegu starzenia, co nie tylko obniży koszty produkcji, ale również polepszy
własności trybologiczne staliwa typu „duplex”.
- 44 -
OBRÓBKA CIEPLNA ELEMENTÓW ŁAŃCUCHA
GALLA W ZŁOŻU FLUIDALNYM
Marek Tatar
Instytut Inżynierii Materiałowej
Politechnika Częstochowska
Głównym tematem filmu jest proces technologiczny stosowany do polepszania własności użytkowych elementów łańcuchów Galla.
W pierwszej cześć przedstawiono podstawowe wiadomości o żelazie jako
pierwiastku chemicznym oraz metody które wykorzystywał i wykorzystuje
człowiek w celu jego pozyskania z rudy.
Druga część przedstawia pierwotne metody obróbki stopów żelaza oraz
przykład nowoczesnej metody obróbki cieplnej którą w tym wypadku jest obróbka w złożu fluidalnym.
Zaprezentowane procesy to:
• hartowanie bezzgorzelinowe stosowane w celu utwardzenia powierzchni
płytek ze stali 40H,
• węgloazotowanie i nawęglanie stosowane dla sworzni i tulei ze stali 40,
37HS.
Trzecia część filmu przedstawia zmodernizowaną wersje linii technologicznej służącej do obróbki cieplnej w złożu fluidalnym wykorzystywaną
w laboratorium Wydziału Inżynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej Politechnik Częstochowskiej.
Opiekun naukowy
dr inż Józef Jasiński
- 45 -
WARSTWA WIERZCHNIA WAŁKÓW ROZRZĄDU
PO PROCESIE EKSPLOATACJI
Andrzej Piechna, Piotr Komorowski
Instytut Inżynierii Materiałowej
Politechnika Częstochowska
Referat jest analizą zagadnień związanych z warstwą wierzchnią części
maszyn dla przemysłu motoryzacyjnego na przykładzie trzech wybranych marek
samochodowych: Toyota - Lexus, VW - Golf oraz Polonez 1500.
W pierwszej części dokonano analizy warunków pracy wałków rozrządu:
stanu obciążeń na przekroju krzywki, warunki smarowania, temperatura pracy,
rodzaj zużycia. W ten sposób wybrano część powierzchni wałka rozrządu najbardziej narażone na zużycie.
W drugiej części przedstawiono wyniki badań metalograficznych wykonanych przy użyciu mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej oraz badania rozkładu mikrotwardości.
W oparciu o w/w badania podjęto próbę umiejscowienia struktur wałków
rozrządu na układzie żelazo-węgiel i sposób ich uzyskania:
- teoretyczny, z wykorzystaniem wykresu zmian energii swobodnej,
- praktyczny- jak w warunkach przemysłowych jest to realizowane.
Pokazano również jak ważna jest znajomość i umiejętność analizowania
i posługiwania się układem, jak również aspekty praktyczne wykorzystania (nie
tylko czysto naukowe) tego układu.
Opiekun naukowy
dr inż. Józef Jasiński
- 46 -