Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2010-1/157 ZAKLJUČNO POROČILO O REZULTATIH RAZISKOVALNEGA PROJEKTA A. PODATKI O RAZISKOVALNEM PROJEKTU 1. Osnovni podatki o raziskovalnem projektu Šifra projekta L2-9508 Naslov projekta Stimulacija mikrostrukture za kontinuirno vlivanje jekel z vrhunsko kvaliteto Vodja projekta 4101 Božidar Šarler Tip projekta L Aplikativni projekt Obseg raziskovalnih ur 5.745 Cenovni razred C Trajanje projekta 01.2007 - 12.2009 Nosilna raziskovalna organizacija 1540 Univerza v Novi Gorici Raziskovalne organizacije - soizvajalke 1610 ŠTORE STEEL podjetje za proizvodnjo jekel, d.o.o. Družbeno- ekonomski cilj 06. Industrijska proizvodnja in tehnologija 2. Sofinancerji1 1. Naziv 1610 ŠTORE STEEL podjetje za proizvodnjo jekel, d.o.o. Naslov Železarska cesta 3, 3220 Štore 2. Naziv Naslov 3. Naziv Naslov B. REZULTATI IN DOSEŽKI RAZISKOVALNEGA PROJEKTA 3. Poročilo o realizaciji programa raziskovalnega projekta2 SODELAVCI PROJEKTA Na projektu so s strani Laboratorija za večfazne procese raziskovali prof.dr. Božidar Šarler, doc.dr. Henrik Gjerkeš, prof.dr. Siraj-ul-Islam, mag. Robert Vertnik, mag. Agnieszka Zuzanna Lorbiecka, Gregor Kosec in Umut Hanoglu ter s strani Tehničnega razvoja podjetja Štore Steel spec.menedž. Bojan Senčič, Gojko Manojlović, dr. Miha Kovačič in Janko Cesar. REALIZACIJA PROGRAMA Projektne aktivnosti so bile razdeljene na: (I) dopolnitve in uporabo simulacijskega sistema za izračun temperaturnega polja gredice, (II) razvoj simulacij tempereturnega in hitrostnega polja ulitka, (III) razvoj simulacije mikrostrukture med kontinuirnim ulivanjem jekla, (IV) razvoj makroizcejnega modula, (IV) meritve. ad.I) Glede na nove izdelke pri sofinancerju projekta smo posodobili podatkovno bazo snovnih lastnosti jekel ter izračunali nove regulacijske koeficiente livne naprave na podlagi lastnega simulacijskega sistema. ad.II) Razvili smo model turbulentnega toka taline med kontinuirnim ulivanjem, ki upošteva popolnoma trdno območje, popolnoma kapljevito območje ter kašasto območje. V modelu smo uporabili k-epsilon model turbulence. Razvili smo originalni brezmrežni rešitveni postopek za izračunavanje turbulentnih enačb prenosa mase, energije, gibalne količine, ter empiričnih turbulentnih količin. Pri tem smo vpeljali posebno vrsto privetrne sheme. ad.III) Razvili smo model mikrostrukture prečnega preseka gredice, ki zajema dimenzije treh strukturnih con gredice. Model smo sklopili z makroskopskimi izračuni in preko njih s podatkovno bazo snovnih lastnosti. Izdelali smo obsežno občutljivostno študijo sklopljenega modela glede na mikroskopske in makroskopske parametre. Izračunane strukturne cone smo primerjali z dejanskimi eksperimentalnimi podatki, ki so bili pridobljeni z rezanjem in luženjem gredic in umerili model. Pri tem smo preverili uspešnost modela glede na spremembo temperature ulivanja, hitrosti ulivanja, ter vklopa in izklopa elektromagnetnih mešalcev. Začeli smo s simulacijo oblike dendritskih struktur. ad.IV) Razvili smo poenostavljeni makroizcejni modul za izračun izcejanja ogljika po prečnem preseku gredice. Omenjeni modul je kompatibilen s simulacijskim sistemom za izračun temperaturnega polja gledice. ad.V) Vrhunski sistem za infrardečo termografijo, ki smo ga nabavili v okviru 13. paketa opreme, smo vzpostavili najprej v laboratorijskih pogojih. Nato smo opravili preliminarne meritve različnih delov proizvodnega procesa v podjetju Štore Steel. Nato pa smo se osredotočili na termografske meritve livne naprave in jih tudi uspešno opravili. Primerjave meritev z rezultati simulacijskega sistema kažejo na dobro ujemanje. Naštete modele smo vgradili v simulacijski sistem podjetja Štore Steel. MEDNARODNE AKTIVNOSTI Vzporedno s projektom je potekalo bilateralno sodelovanje med Madžarsko in Slovenijo: "Development of semi-empirical models based on mathematical approach of continuous casting process" ter projekt 6.o.p. EU "INSPIRE" v okviru katerega je raziskovala mag. Agnieszka Zuzanna Lorbiecka. PEDAGOŠKE AKTIVNOSTI V okviru projekta so na Fakulteti za podiplomski študij Univerze v Novi Gorici, na smeri Karakterizacija materialov, usmeritev Modeliranje materialov in procesov, uspešno podiplomsko doktorsko študirali mag. Robert Vertnik, mag. Agnieszka Zuzanna Lorbiecka, Gregor Kosec in Umut Hanoglu. V okviru projekta je bilo na Poslovno-tehniški fakulteti Univerze v Novi Gorici izdelanih nekaj diplomskih nalog. Temeljni rezultati projekta se oslanjajo na rezultate temeljnih raziskav J2-0099- 1540 Modeliranje in simulacija kapljevito trdnih sistemov na več merilih 2008- 2010 ter programske skupine P2-0379 Modeliranje in simulacija materialov in procesov 2009-2011. 4. Ocena stopnje realizacije zastavljenih raziskovalnih ciljev3 Projekt je potekal povsem v skladu s projektno dokumentacijo, tako glede na zastavljene roke kot tudi glede na raziskovalne rezultate. 5. Utemeljitev morebitnih sprememb programa raziskovalnega projekta4 Zastavljeni raziskovalni cilji so bili v celoti doseženi ali preseženi. 6. Najpomembnejši znanstveni rezultati projektne skupine5 Znanstveni rezultat 1. Naslov SLO A.Z. Lorbiecka, R.Vertnik, H.Gjerkeš, G.Manojlovič, B.Senčič, J.Cesar in B.Šarler. Numerično modeliranje strukture zrn pri kontinuirnem ulivanju jekla ANG A.Z. Lorbiecka, R.Vertnik, H.Gjerkeš, G.Manojlovič, B.Senčič, J.Cesar and B.Šarler. Numerical Modeling of Grain Structure in CC Casting of Steel Opis SLO Razvit je bil numerični model za simulacijo strukture zrn (enakoosno- stebričasti prehod, stebričasto-enakoosni prehod) med kontinuirnim ulivanjem jeklenih gredic. Model na podlagi celičnih avtomatov je povezan z modelom prenosa toplote. Metoda celičnih avtomatov temelji na Nastacovi definiciji soseščine, Gaussovemu nukleacijskemu pravilu in KGT modelu rasti. Parametre mikroskopskega modela smo umerili na podlagi eksperimentalnih podatkov za jeklo 51CrMoV4. Izdelane so bile simulacije za različna ulivanja. ANG A numerical model is developed for the simulation of solidification grain structure formation (equiaxed to columnar and columnar to equiaxed transitions) during the continuous casting process of steel billets. The cellular automata microstructure model is combined with the macroscopic heat transfer model. The cellular automata method is based on the Nastac's definition of neighborhood, Gaussian nucleation rule, and KGT growth model. The microscopic model parameters have been adjusted with the experimental data for steel 51CrMoV4. Simulations have been carried out for different castings. Objavljeno v CMC: Computers, Materials, Continua, 8, 195-208, 2009. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 1080315 2. Naslov SLO G.Kosec, B.Šarler, Lokalna kolokacija z RBF za Darcijev tok ANG G.Kosec, B.Šarler, Local RBF collocation method for Darcy flow Opis SLO V članku raziščemo uporabo brezmrežne lokalne kolokacijske metode na podlagi radialnih baznih funkcij (LRBFCM) pri reševanju sklopljenih problemov prenosa toplote in toka taline v Darcyjevem poroznem sredstvu. Vključena temperaturna, hitrostna in tlačna polja so predstavljena na prekrivajočih se podobmočjih na podlagi kolokacije z multikvadričnimi radialnimi baznimi funkcijami (RBF). Energijska in momentna enačba sta rešeni na podlagi eksplicitnega napredovanja po času. Rešitveni postopek je prikazan za ustaljene razmere naravne konvekcije v pravokotni kotanji. ANG This paper explores the application of the mesh-free Local Radial Basis Function Collocation Method (LRBFCM) in solution of coupled heat transfer and fluid flow problems in Darcy porous media. The involved temperature, velocity and pressure fields are represented on overlapping sub-domains through collocation by using multiquadrics Radial Basis Functions (RBF). The energy and momentum equations are solved through explicit time stepping. The solution procedure is represented for a steady natural convection problem in a rectangular cavity. Objavljeno v CMES: Computer Modeling in Engineering and Sciences, vol. 25, no. 3, str. 197-208, 2008. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 893179 3. Naslov SLO M. Založnik, S. Xin, B. Šarler, Verifikacija numeričnega modela za makrosegregacijo pri polkontinuirnem ulivanju ANG M. Založnik, S. Xin, B. Šarler, Verification of a numerical model of macrosegregation in direct chill cating Opis SLO V članku izpostavimo kritične probleme numerične verifikacije računalniških programov za strjevanje, kompleksnost te verifikacije ter predlagamo ter uporabimo postopek za splošno verifikacijo simulacije makroizcejanja. ANG This paper aims to point out the critical problems in numerical verification of solidification simulation codes and the complexity of the verification and to propose and apply a procedure of generalized verification for macrosegregation simulation. Objavljeno v International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, 2008, 18, 308-324. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 888059 4. Naslov SLO R. Vertnik, B. Šarler, Rešitev nestisljivega turbulentnega toka z brezmrežno metodo ANG R. Vertnik, B. Šarler, Solution of incompressible turbulent flow by a mesh- free method Opis SLO V članku je raziskana aplikacija brezmrežne lokalno kolokacijske metode z radialnimi baznimi funkcijami za rešitev nestisljivega turbuletnega toka. Prednosti predstavljenega brezmrežnega načina so v enostavnosti, natančnosti, podobnosti programiranja v 2D in 3D, in enostavni aplikativnosti pri ne-uniformnih postavitvah točk. ANG The application of the mesh-free local radial basis function collocation method in solution of incompressible turbulent flow is explored in this paper. The advantages of the represented mesh-free approach are its simplicity, accuracy, similar coding in 2D and 3D, and straightforward applicability in non-uniform node arrangements. Objavljeno v CMES: Computer Modelling in Engineering and Sciences, 44, 2009, 65-95. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 1147899 5. Naslov SLO R. Vertnik, B. Šarler, Simulacija kontinuirnega ulivanja z brezmrežno metodo ANG R. Vertnik, B. Šarler, Simulation of continuous casting of steel by a meshless technique Opis SLO Uporabljena je nedavno razvita lokalna kolokacijska metoda z radialnimi baznimi funkcijami na rešitvi časovno-odvisnega konvektvino-difuzijskega prenosa toplote pri kontinuiranem ulivanju jekla. Termično polje s premičnimi mejami zaradi faznega prehoda in večanja računske domene je rešeno na podlagi formulacije kontinumske mešanice. Večanje domene in premikanje startnega bloka je popisano z aktivacijo dodatnih točk in premikanjem robnih točk preko računske domene. ANG A recently developed local radial basis function collocation method is used for the solution of the transient convective - diffusive heat transport in continuous casting of steel. The solution of the thermal field with moving boundaries due to phase-change and the growing computational domain is based on the mixture continuum formulation. The growth of the domain and the movement of the starting block are described by activation of additional nodes and by the movement of the boundary nodes through the computational domain, respectively. Objavljeno v International Journal of Cast Metals Research, 2009, vol. 22, no. 1/4, str. 311-313. Tipologija 1.01 Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID 1165819 7. Najpomembnejši družbeno-ekonomsko relevantni rezultati projektne skupine6 Družbeno-ekonomsko relevantni rezultat 1. Naslov SLO B. Šarler, R. Vertnik, H. Gjerkeš, A.Z. Lorbiecka, B. Senčič, G. Manojlović, J.Cesar, Integrirano večnivojsko modeliranje kontinuirnega ulivanja jekla ANG B. Šarler, R. Vertnik, H. Gjerkeš, A.Z. Lorbiecka, B. Senčič, G. Manojlović, J.Cesar, Integrated multiscale simulation of continuous casting of steel. Opis SLO V okviru vabljenega predavanja opišemo koncept in strukturo večnivojskega modeliranja kontinuirnega ulivanja jekla ter potrebnih programskih in strojnih modifikacij livne naprave. Prikažemo praktično implementacijo in rezultate na livni napravi podjetja Štore Steel. ANG The concept and the structure of multiscale modelling of the continuous casting of steel as well as required software and hardware modifications of the casting device is described in the framework of the invited lecture. We show practical implementation and results on the Štore Steel caster. Šifra F. 10 Izboljšanje obstoječega tehnološkega procesa oz. tehnologije Objavljeno v B. Zupančič (ur.), R. Karba (ur.), S. Blažič (ur.). 6th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, Ljubljana, Slovenia, 9-13 September, 2007. EUROSIM 2007 : proceedings of the 6th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation, 9-13 September 2007, Ljubljana, Slovenia. Vol. 2, Full papers. Vienna: ARGESIM, cop. 2007, str. 1-6. Tipologija 1.06 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci (vabljeno predavanje) COBISS.SI-ID 735483 2. Naslov SLO B.Šarler, R. Vertnik, H. Gjerkeš, A.Z. Lorbiecka, S.Hartman, B.Senčič, A.Manojlović, M.Sabolić. Posodobitev livne naprave podjetja Štore Steel ANG B.Šarler, R.Vertnik, H.Gjerkeš, A.Z. Lorbiecka, S.Hartman, B.Senčič, A.Manojlović, M.Sabolić. Modernisation of the Štore Steel continuous caster Opis SLO Najprej opišemo modifikacije naprave za kontinuirno ulivanje gredic, ki so bile potrebne za učinkovito, varno in kakovostno ulivanje. Nato opišemo simulacijski sistem za modeliranje temperaturnega polja v gredici. Opisane so opcije simulacijskega sistema, ki tehnologom omogočajo avtomatsko nastavitev procesnih parametrov. Pravtako opišemo računalniške sisteme, ki na podlagi realnih procesnih parametrov in simulatorja procesa tehnologom po ulivanju pomagajo pri oceni vzrokov in odpravljanju napak. ANG The modifications of the continuous casting machine for steel billets, necessary for effective, safe and quality casting is represented first. The simulation system for calculation of temperature field in the billet is shown next. The options of simulation system, which enable the technologist automatic setup of process parameters, are described. The computer systems, based on the simulation system and real process parameters data base are described, which help the technologist in estimation of the reasons for casting defects and suppression of them. Šifra F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Objavljeno v F. Cimerman (ur.). Tehnološke, razvojne in strateške možnosti slovenskega strojništva: zbornik konference. Ljubljana: Zveza strojnih inženirjev Slovenije, 2008, str. 57-71. Tipologija 1.06 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci (vabljeno predavanje) COBISS.SI-ID 940283 3. Naslov SLO B. Šarler (ur.), R. Weber (ur.). Zbornik izobraževalne delavnice projekta INSPIRE v Sloveniji ANG B. Šarler (ed.), R.Weber (ed.) The INSPIRE Network Training Workshop in Slovenia Opis SLO V zborniku delavnice so podana predavanja iz področja uporabe numeričnega modeliranja in simulacije pri zmanjšanju vpliva energetskih in proizvodnih sistemov na okolje. ANG In the proceedings of the workshop the lectures in the field of the use of the numerical modelling and simulation in mitigation of the energy and production systems impact to the environment are given. Šifra C.01 Uredništvo tujega/mednarodnega zbornika/knjige Objavljeno v The INSPIRE Network Training Workshop in Slovenia, University of Nova Gorica, 5-8 June, 2007. Nova Gorica: UNG, Laboratory for Multiphase Processes, 2007. 1 CD-ROM. Tipologija 2.31 Zbornik recenziranih znanstvenih prispevkov na mednarodni ali tuji konferenci COBISS.SI-ID 672251 4. Naslov SLO R. Vertnik, B. Šarler, B. Senčič. Simulacija turbulentnega toka in prenosa toplote v kontinuirno ulivanih gredicah na podlagi brezmrežne metode. ANG R. Vertnik, B. Šarler, B. Senčič. Simulation of turbulent flow and heat transfer in continuous casting of billets by a meshless method. Opis SLO Izdelana je bila dvo-dimenzionalna časovno-neodvisna rešitev sklopljenega turbuletnega toka in prenosa toplote pri kontinuiranem ulivanju jeklenih gredic z novo brezmrežno metodo. Turbulenca je bila modelirana s k-epsilon modelom. Efekti strjevanja na tok fluida v kašastem področju so modelirani preko Darcijeve predpostavke. Tlačno-hitrostna sklopitev nestisljivega fluida je opravljena z metodo delnih korakov. Opravljena je simulacija strjevanja vzmetnega jekla v ukrivljeni geometriji kokile livne naprave Štore Steel. ANG A two-dimensional steady-state solution of coupled turbulent flow and heat transfer in continuous casting of steel billets is solved by a new meshless method. The turbulence is considered by the k-epsilon model. The solidification effects on the fluid flow in the mushy region are modeled through the Darcy assumption. The velocity-pressure coupling of the incompressible fluid is performed by the fractional step method. A simulation of the solidification of a spring steel grade in curved mould geometry of the Štore Steel billet caster is performed. Šifra F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz Objavljeno v A. Ludwig (ed.). 3rd International Conference on Simulation and Modelling of Metallurgical Processes in Steelmaking, Steelsim 2009, Sept. 8-10 2009, Leoben, Austria. Leoben: ASMET, 2009, 155-161. Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci COBISS.SI-ID 1216763 5. Naslov SLO H. Gjerkeš, B. Šarler, R. Vertnik, Uporaba termografije v proizvodnji kontinuirnega ulivanja gredic ANG H. Gjerkeš, B. Šarler, R. Vertnik, In-plant thermography of the continuously cast billets Opis SLO Izdelali smo termografske meritve temperaturnih pogojev na površinah kontinuirno ulitih gredic v podjetju Štore Steel z uporabo visoko-ločljive in visoko občutljive infrardeče kamere. Izdelava toplotnih slik je omogočila natančen in podroben vpogled v nekatere mehanizme in procese, ki nastopajo med ulivanjem. Pri analizi smo se osredotočili na longitudinalne in transverzalne temperaturne gradiente na površini gredic. Meritve smo primerjali z rezultati simulacije. ANG The in-plant thermographic measurement of the temperature conditions on the continuously cast billet surfaces were performed in Štore Steel company by using a high-resolution and a high sensitivity infrared camera. The thermal imaging technique has enabled accurate and detailed insight into some of the mechanisms and processes, which occur during the casting. The analysis was focused on determination of the longitudinal and transversal temperature gradient on the cast billet surfaces. We have compared the measurements with the results of the simulation. Šifra F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Objavljeno v A. Ludwig, (ed.). 3rd International Conference on Simulation and Modelling of Metallurgical Processes in Steelmaking, Steelsim 2009, Sept. 8-10 2009, Leoben, Austria. Leoben: ASMET, 2009, 206-211. Tipologija 1.08 Objavljeni znanstveni prispevek na konferenci COBISS.SI-ID 1217787 8. Drugi pomembni rezultati projetne skupine7 V okviru projekta smo posodobili podatkovno bazo snovnih lastnosti jekel in izdelali katalog aktualnih snovnih lastnosti. Razvili smo regulacijske koeficiente za livno napravo, ki upoštevajo sočasno spremembo prh ter hitrosti ulivanja od temperature ulivanja. V začetku leta 2007 smo testno izračunali regulacijske koeficiente za kvaliteti 50CrMoV4 ter 50CrV4/51CrV4 geometrije 140 in 180 mm. Do konca leta 2007 pa smo izračunali še ostale regulacijske koeficiente: 108 kvalitet za gredice formata 180 mm in 110 kvalitet za gredice format 140 mm. Vse regulacijske koeficiente smo ob koncu leta 2007 implementirali na livno napravo. V letih 2008 in 2009 je tako posodobljena livna naprava uspešno obratovala. Izračunali smo mikrostrukture jekel 50CrV4 in 51CrMoV4. Primerjali smo strukturne cone z dejanskimi eksperimentalnimi podatki, ki so bili pridobljeni z rezanjem in luženjem gredic pri različnih pogojih ulivanja in umerili model. 9. Pomen raziskovalnih rezultatov projektne skupine- 9.1. Pomen za razvoj znanosti9 SLO_ Čeprav je projekt aplikativne narave in osredotočen na konkretni problem simulacije mikrostrukture gredic pri kontinuirnem ulivanju jekel v podjetju Štore Steel, so nekateri rezultati projekta, ki ne posegajo v konkurenčno prednost so-financerja, publicirani v vrhunski (zgornjih 5%) znanstveni literaturi. Poglavitne znanstvene rezultate projekta vidimo predvsem v inovativnem večnivojskem modelu za napovedovanje rasti mikrostrukture in makroizcejanja, v katerem smo prvič združili matematični koncept celičnih avtomatov in novo generacijo adaptivnih brezmrežnih numeričnih metod. Omenjeni model smo validirali na podlagi meritev z infrardečo termografijo ter Baumannovimi odtisi. Model omogoča simulacijo mikrostrukture v jeklenih gredicah. Originalno smo razvili in uporabili brezmrežno metodo za simulacijo turbulentnega toka taline na podlagi modela k-epsilon pri kontinuirnem ulivanju. Omenjena metoda je izjemno preprosta, učinkovita in natančna in omogoča vgradnjo zelo zahtevnih fizikalnih modelov. Originalno smo metodo celičnih avtomatov formulirali na brezmrežni način - na podlagi diskretizacije s točkami brez poligonov med njimi. To nam je omogočilo simulacije rasti zrn in dendritskih struktur neodvisno od smeri računske mreže. S tem smo odpravili bistveno pomanjkljivost klasične metode celičnih avtomatov. V okviru projekta smo združili raziskave, ki so tradicionalno v domeni strojništva z raziskavami, ki so v domeni računalništva in raziskav materialov. ANG Although the project is of an applicative nature and is focused on the technical problem of billets microstructure simulation in Štore Steel company, are some of the results of the project, that do not interfere with the competitive advantage of the co-funder, published in the topmost (upper 5%) ranking scientific literature. We see the principal scientific result of the project in the innovative multiscale model for prediction of microstructure growth and macrosegregation, where we coupled the mathematical concept of cellular automata and the new generation of adaptive meshless numerical methods for the first time. The model has been validated based on the infrared thermography and Baumann prints measurements. The model alows for simulation of the microstructure in steel billets. We have originally developed and applied meshless method for simulation of turbulent flow of the melt in continuous casting based on the k-epsilon model. The developed method is extremely simple, efficient and accurate and allows for implementation of very complicated physical models. We have formulated the method of cellular automata in meshless sense in original way - based on discretization with points without polygons between them. This allows for simulation of grains and dendrites indepenedent on the growth direction. With this the main dissadvantage of the cellular automata method has been overcome. We have coupled the research, traditionally in the domain of mechanical engineering, with the research that is in the domain of computer science and materials. 9.2. Pomen za razvoj Slovenije10 SLO Slovenci imamo pri izdelavi in predelavi materialov izjemno bogato tradicijo na katero smo zelo ponosni. Prvi plavž je pod gorovjem Jelovica omenjen že leta 1422, barvna metalurgija pa je na južnih obronkih Pohorja znana že od leta 1825. Za začetek industrijske proizvodnje aluminijevih zlitin v naših krajih štejemo leto 1950, ko se je v Slovenski Bistrici proizvodnja bakra preusmerila v proizvodnjo aluminija. Za začetek industrijske proizvodnje jekla v naših krajih štejemo leto 1869, ko je bila ustanovljena Kranjska industrijska družba. Odkritje postopka izdelave feromangana je tej družbi zagotovilo pionirsko mesto v zgodovini jeklarstva. Za to odkritje je podjetje prejelo več priznanj in nagrad na svetovni razstavi na Dunaju. Prav na isti razstavi je leta 1894 naš fizik Jožef Stefan predstavil prve analitične modele strjevanja. Slovenski fizik je bil poleg Francozov Lameja in Clapeyrona ter Nemca Neumanna med prvimi, ki so začeli obravnavati premične meje. V osmih razpravah je od leta 1873 do leta 1891 postavil osnove analitičnega obravnavanja problemov s premičnimi mejami. Med drugim je obravnaval premične meje, ki nastopajo pri taljenju in zmrzovanju, topljenju in izločanju ter kemijskih reakcijah. Računalniško modeliranje in simulacija tovrstnih problemov se je začela sredi petdesetih let in se je dandanes razvila v znanstveno področje z okoli pet tisoč bibliografskimi enotami. Zaradi izjemne pomembnosti kontinuirnega litja ima računalniško modeliranje tega procesa izjemno težo doma in v tujini. Industrijski naročniki raziskav Laboratorija ze večfazne procese sistematično vlagajo v razvoj domačega znanja na področju kontinuirnega ulivanja že od začetka devetdesetih let. Razlog za omenjena vlaganja so relativno majhne proizvodne kapacitete ter ulivanje velikega števila različnih visoko kvalitetnih zlitin. Za izdelavo in predelavo omenjenih izdelkov je potrebnega veliko lastnega znanja. Slovenska metalurška industrija izvaža na razvite tuje trge skoraj za milijardo eurov izdelkov, ki so vsi posredno ali neposredno povezani s procesom kontinuirnega ulivanja. Od tega procesa je v Sloveniji odvisnih 10000 delovnih mest. Tako ima razvoj numeričnih simulacijskih sistemov in z njo povezana avtomatizacija livnih naprav v Sloveniji izjemno težo. Cilj opisanega razvoja je boljše razumevanje in vpogled v te procese, boljši vpliv na njih in izboljšana organiziranost ulivanja. Opisane raziskave so prispevale k večji ekonomičnosti in varnosti livnih naprav, izboljšani kvaliteti ulitkov in hitrejšemu ter cenejšemu razvoju ulivanja novih materialov in formatov. Pri tem se je izkazalo, da je uporaba simulacijskih sistemov v povprečju za več odstotkov izboljšala produktivnost procesa ter kvaliteto izdelkov ter omogočila samostojen razvoj litja več novih zlitin. ANG Slovenians have a very long and proud tradition in the production of metals and the manufacture of metal products. The first blast furnace under mountain Jelovica was first mentioned in documents from 1422 and the development of nonferrous metallurgy in the south part of Pohorje started in 1825. The year 1950, when copper production in Slovenska Bistrica was changed to aluminium alloys, is regarded as the beginning of the industrial production of aluminium alloys in Slovenia. The industrial production of steel started already in 1869, when the »Kranjska industrijska družba« (»Carniolan Industrial Company«) was founded. The invention of the process for the production of ferromanganese ensured a pioneering role in the history of steel making to this company. The company received several awards at the world exhibition in Vienna in 1894. At the same exhibition, our physicist Jožef Stefan presented the first analytical models of solidification. Next to the French scientists Lame and Clapeyron and the German Neumann, the Slovenian scientist was among the first who started to study moving boundaries, which appear in the phenomena of thawing and freezing, melting and solidification and in chemical reactions. Computational modelling and simulation of these phenomena started in the mid-1950s and developed until today into a scientific discipline with over 5000 bibliographic units. Because of the tremendous importance of continuous casting, computational modelling of the process has an extraordinarily important role in Slovenia and abroad. Since the beginning of Nineties, the industrial co-funders of Laboratory for Multiphase Processes systematically invest into development of in-house knowledge in the field of continous casting. The primary incitement for this investments are relatvely small production capacities and casting of a huge number of different high quality alloys. In-house knowledge is indispensable in manufacturing and materials processing of such products. Slovenian metallurgical industry exports almost a billion Euro of metal products on the established foreign markets, associated with the continuous casting process. 10000 working places depend in Slovenia on this process. This is why the development of numerical simulation tools and automation of these processes plays such and important role in Slovenia. The goals of the described development are better understanding and insight into the processes, better influence and organisation of the processes. The described research contributed to improved productivity and safety of casting devices, improved cast quality and faster and more efficient development of new materials and formats. Without doubt the industrial users have been successful in applying the developed tools, since they have in average for several percents enhanced the productivity of the process and quality of the products as well as independently developed casting of many new alloys. 10. Samo za aplikativne projekte! Označite, katerega od navedenih ciljev ste si zastavili pri aplikativnem projektu, katere konkretne rezultate ste dosegli in v kakšni meri so doseženi rezultati uporabljeni Cilj F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin Zastavljen cilj ©da One Rezultat Dosežen 6 Uporaba rezultatov |V celoti 6 F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj Zastavljen cilj ;©DA NE Rezultat I Dosežen 6 Uporaba rezultatov |V celoti 6 F.03 Večja usposobljenost raziskovalno-razvojnega osebja Zastavljen cilj ;Oda NE Rezultat I Dosežen 6 Uporaba rezultatov V celoti 6 F.04 Dvig tehnološke ravni Zastavljen cilj Oda One Rezultat Dosežen 6 Uporaba rezultatov V celoti 6 F.05 Sposobnost za začetek novega tehnološkega razvoja Zastavljen cilj ;Oda NE Rezultat Dosežen 6 Uporaba rezultatov |V celoti 6 F.06 Razvoj novega izdelka Zastavljen cilj ;Oda U NE Rezultat I Dosežen 6 Uporaba rezultatov V celoti 6 F.07 Izboljšanje obstoječega izdelka Zastavljen cilj Oda ne Rezultat Dosežen 6 Uporaba rezultatov V celoti 6 F.08 Razvoj in izdelava prototipa Zastavljen cilj Oda One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.09 Razvoj novega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj Oda One Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.10 Izboljšanje obstoječega tehnološkega procesa oz. tehnologije Zastavljen cilj da One Rezultat Dosežen ▼ Uporaba rezultatov V celoti 6 F.11 Razvoj nove storitve Zastavljen cilj da One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.12 Izboljšanje obstoječe storitve Zastavljen cilj da One Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen ▼ Uporaba rezultatov V celoti 6 F.14 Izboljšanje obstoječih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov Zastavljen cilj da One Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj DA NE Rezultat Dosežen ▼ Uporaba rezultatov V celoti 6 F.16 Izboljšanje obstoječega informacijskega sistema/podatkovnih baz Zastavljen cilj da One Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.17 Prenos obstoječih tehnologij, znanj, metod in postopkov v prakso Zastavljen cilj da One Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference) Zastavljen cilj DA J NE Rezultat 1 Dosežen 6 Uporaba rezultatov 1V celoti 6 F.19 Znanje, ki vodi k ustanovitvi novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.20 Ustanovitev novega podjetja ("spin off") Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.21 Razvoj novih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.22 Izboljšanje obstoječih zdravstvenih/diagnostičnih metod/postopkov Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 6 F.23 Razvoj novih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.24 Izboljšanje obstoječih sistemskih, normativnih, programskih in metodoloških rešitev Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.25 Razvoj novih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.26 Izboljšanje obstoječih organizacijskih in upravljavskih rešitev Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 1 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.27 Prispevek k ohranjanju/varovanje naravne in kulturne dediščine Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.28 Priprava/organizacija razstave Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 F.29 Prispevek k razvoju nacionalne kulturne identitete Zastavljen cilj ©DA NE Rezultat 1 Dosežen 6 Uporaba rezultatov |V celoti 6 F.30 Strokovna ocena stanja Zastavljen cilj O DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.31 Razvoj standardov Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.32 Mednarodni patent Zastavljen cilj O DA ©NE Rezultat 1 d Uporaba rezultatov 1 6 F.33 Patent v Sloveniji Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 1 d Uporaba rezultatov 6 F.34 Svetovalna dejavnost Zastavljen cilj Oda ©ne Rezultat 6 Uporaba rezultatov 6 F.35 Drugo Zastavljen cilj DA ©NE Rezultat 6 Uporaba rezultatov 1 6 Komentar F.01 Pridobitev novih praktičnih znanj, informacij in veščin: Pridobitev novih informacij in znanj iz rezultatov simulacijskega sistema. Boljše razumevanje procesov, boljši vpliv na procese in boljša organizacija dela okoli procesov. F.02 Pridobitev novih znanstvenih spoznanj: Razvoj nove brezmrežne metode za spekter tokovnih režimov: od toka v poroznem sredstvu do turbulence s strjevanjem in uporaba omenjene metode pri simulacijah kontinuirnega ulivanja jekla. F.03 Večja usposobljenost raziskovalno-razvojnega osebja: Številne skupne publikacije ter posodobitve livne naprave, ki so rezultat skupnega raziskovalnega in razvojnega dela univerzitetnega tima ter raziskovalnega tima podjetja Štore Steel. F.04 Dvig tehnološke ravni: Uporaba modeliranja in simulacije pri kontinuirnem ulivanju. F.05 Sposobnost za začetek novega tehnološkega razvoja: Izgradnja kapacitet za modeliranje skozi proces (odobren novi veliki aplikativni projekt ARRS 2010-2013) F.06 Razvoj novega izdelka: Razvoj bolj kvalitetnih vrst jekel. F.07 Izboljšanje obstoječega izdelka: Izboljšanje učinkovitosti proizvodnje na podlagi računalniškega modeliranja in simulacij. F.13 Razvoj novih proizvodnih metod in instrumentov oz. proizvodnih procesov: Razvoj in uporaba za jekla specifične infrardeče termografije. Termična validacija fizikalnih modelov. F.15 Razvoj novega informacijskega sistema/podatkovnih baz: Vgradnja podatkovne baze snovnih lastnosti JMatPro v informacijski sistem livne naprave. Avtomatski prenos realnih procesnih parametrov v simulacijski sistem. F.18 Posredovanje novih znanj neposrednim uporabnikom (seminarji, forumi, konference): Mednarodna konferenca INSPIRE. F.29 Prispevek k razvoju nacionalne kulturne identitete: Vodilni rezultati na področju Stefanovih problemov tako s temeljne kot tudi aplikativne perspektive. 11. Samo za aplikativne projekte! Označite potencialne vplive oziroma učinke vaših rezultatov na navedena področja Vpliv Ni vpliva Majhen vpliv Srednji vpliv Velik vpliv G.01 Razvoj visoko-šolskega izobraževanja G.01.01. Razvoj dodiplomskega izobraževanja O O 0 o G.01.02. Razvoj podiplomskega izobraževanja o o o o G.01.03. Drugo: o o o o G.02 Gospodarski razvoj G.02.01 Razširitev ponudbe novih izdelkov/storitev na trgu O O 0 O G.02.02. Širitev obstoječih trgov o o 0 o G.02.03. Znižanje stroškov proizvodnje o o o G.02.04. Zmanjšanje porabe materialov in energije O O O G.02.05. Razširitev področja dejavnosti © o o o G.02.06. Večja konkurenčna sposobnost o o o G.02.07. Večji delež izvoza o o o ® G.02.08. Povečanje dobička o o o G.02.09. Nova delovna mesta o o 0 o G.02.10. Dvig izobrazbene strukture O O O zaposlenih G.02.11. Nov investicijski zagon O o o © G.02.12. Drugo: o o o o G.03 Tehnološki razvoj G.03.01. Tehnološka razširitev/posodobitev dejavnosti O O O © G.03.02. Tehnološko prestrukturiranje dejavnosti O O o O G.03.03. Uvajanje novih tehnologij o o o © G.03.04. Drugo: o o o o G.04 Družbeni razvoj G.04.01 Dvig kvalitete življenja o o o © G.04.02. Izboljšanje vodenja in upravljanja o o o © G.04.03. Izboljšanje delovanja administracije in javne uprave © O O O G.04.04. Razvoj socialnih dejavnosti © o o o G.04.05. Razvoj civilne družbe © o o o G.04.06. Drugo: o o o o G.05. Ohranjanje in razvoj nacionalne naravne in kulturne dediščine in identitete O O O © G.06. Varovanje okolja in trajnostni razvoj O O O © G.07 Razvoj družbene infrastrukture G.07.01. Informacijsko-komunikacijska infrastruktura © O O O G.07.02. Prometna infrastruktura © o o o G.07.03. Energetska infrastruktura ® o o o G.07.04. Drugo: o o o o G.08. Varovanje zdravja in razvoj zdravstvenega varstva © O O O G.09. Drugo: o o o o Komentar G.01 Razvoj visoko-šolskega izobraževanja: Projekt ima na razvoj visokošolskega izobraževanja velik vpliv saj so se v okviru projekta podiplomsko izobraževali mladi raziskovalci mag. Robert Vertnik, mag. Agnieszka Zuzanna Lorbiecka, Gregor Kosec in Umut Hanoglu. Izdelanih pa je bilo tudi nekaj diplomskih nalog. G.02 Gospodarski razvoj: Projekt ima na gospodarski razvoj velik vpliv saj prispeva k produktivni, energetsko učinkoviti in okoljsko primerni izdelavi vrhunskih jekel. G.03 Tehnološki razvoj: Projekt ima velik vpliv na tehnološki razvoj, saj je bilo v proizvodnjo vključeno povsem novo modeliranje na več nivojih, ki omogoča simulacijo vpliva procesnih pogojev na mikrostrukturo. Omenjeno ima velik potencialni vpliv na celotno metalurško industrijo. G.04 Družbeni razvoj: Projekt ima velik vpliv na družbeni razvoj: predvsem preko dodane vrednosti izdelkov. G.05. Ohranjanje in razvoj nacionalne naravne in kulturne dediščine in identitete: Vodilni rezultati na področju Štefanovih problemov tako s temeljne kot tudi aplikativne perspektive. G.06. Varovanje okolja in trajnostni razvoj: Bolj učinkovita raba energije na podlagi simulacije procesa in izbire optimalnih procesnih pogojev. 12. Pomen raziskovanja za sofinancerje, navedene v 2. točki11 1. Sofinancer 1610 ŠTORE STEEL podjetje za proizvodnjo jekel, d.o.o. Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: 132.990,00 EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: 50,00 % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. Olajšan razvoj kontinuirnega ulivanja novih vrst jekel na podlagi predhodne simulacije. Izdelava bistveno bolj kvalitetnih ulitkov zaradi dinamične regulacije procesnih parametrov. F.06 2. Razvoj in uporaba za jekla specifične infrardeče termografije. Termična validacija fizikalnih modelov. F.13 3. Vgradnja podatkovne baze snovnih lastnosti JMatPro v informacijski sistem livne naprave. Avtomatski prenos realnih procesnih parametrov v simulacijski sistem. F.15 4. Izgradnja kapacitet za modeliranje skozi proces (odobren novi veliki projekt ARRS 2010-2013). Modeliranje končne lastnosti izdelka na podlagi sosledja modelov proizvodnih korakov. F.05 5. Izboljšanje učinkovitosti proizvodnje na podlagi računalniškega modeliranja in simulacij. Izboljšano razumevanje vpliva procesnih parametrov na mikrostrukturo jekel. F.07 Komentar Zaradi pozitivnih rezultatov projekta je sofinancer sklenil sofinancirati nadaljevanje tega projekta v okviru katerega bomo opisane simulacije na več merilih razširili tudi na vroče valjanje in toplotno obdelavo jekel. S tem bomo dosegli simulacijo karakteristik izdelka v odvisnosti od celotne procesne poti. Ocena Sofinancer projekta Štore-Steel ocenjuje, da so bile vse projektne aktivnosti v obdobju od 1.01.2007 do 31.12.2009 odlično izdelane, dejanski in potencialni učinki projekta pa so povsem v skladu s projektno dokumentacijo in pričakovanji. 2. Sofinancer Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Šifra 1. 2. 3. 4. Komentar Ocena 3. Sofinancer Vrednost sofinanciranja za celotno obdobje trajanja projekta je znašala: EUR Odstotek od utemeljenih stroškov projekta: % Najpomembnejši rezultati raziskovanja za sofinancerja Sifra 1. 5 2 3 4. 5. Komentar Ocena C. IZJAVE Podpisani izjavljam/o, da: • so vsi podatki, ki jih navajamo v poročilu, resnični in točni • se strinjamo z obdelavo podatkov v skladu z zakonodajo o varstvu osebnih podatkov za potrebe ocenjevanja, za objavo 6., 7. in 8. točke na spletni strani http://sicris.izum.si/ ter obdelavo teh podatkov za evidence ARRS • so vsi podatki v obrazcu v elektronski obliki identični podatkom v obrazcu v pisni obliki • so z vsebino zaključnega poročila seznanjeni in se strinjajo vsi soizvajalci projekta Podpisi: Božidar Šarler in podpis vodje raziskovalnega projekta zastopnik oz. pooblaščena oseba RO Kraj in datum: Nova Gorica 19.4.2010 Oznaka poročila: ARRS-RPROJ-ZP-2010-1/157 1 Samo za aplikativne projekte. Nazaj 2 Napišite kratko vsebinsko poročilo, kjer boste predstavili raziskovalno hipotezo in opis raziskovanja. Navedite ključne ugotovitve, znanstvena spoznanja ter rezultate in učinke raziskovalnega projekta. Največ 18.000 znakov vključno s presledki (približno tri strani, velikosti pisave 11). Nazaj 3 Realizacija raziskovalne hipoteze. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikosti pisave 11). Nazaj 4 Samo v primeru bistvenih odstopanj in sprememb od predvidenega programa raziskovalnega projekta, kot je bil zapisan v predlogu raziskovalnega projekta. Največ 3.000 znakov vključno s presledki (približno pol strani, velikosti pisave 11). Nazaj 5 Navedite največ pet najpomembnejših znanstvenih rezultatov projektne skupine, ki so nastali v času trajanja projekta v okviru raziskovalnega projekta, ki je predmet poročanja. Za vsak rezultat navedite naslov v slovenskem in angleškem jeziku (največ 150 znakov vključno s presledki), rezultat opišite (največ 600 znakov vključno s presledki) v slovenskem in angleškem jeziku, navedite, kje je objavljen (največ 500 znakov vključno s presledki), izberite ustrezno šifro tipa objave po Tipologiji dokumentov/del za vodenje bibliografij v sistemu COBISS ter napišite ustrezno COBISS.SI-ID številko bibliografske enote. Navedeni rezultati bodo objavljeni na spletni strani http://sicris.izum.si/. PRIMER (v slovenskem jeziku): Naslov: Regulacija delovanja beta-2 integrinskih receptorjev s katepsinom X; Opis: Cisteinske proteaze imajo pomembno vlogo pri nastanku in napredovanju raka. Zadnje študije kažejo njihovo povezanost s procesi celičnega signaliziranja in imunskega odziva. V tem znanstvenem članku smo prvi dokazali... (največ 600 znakov vključno s presledki) Objavljeno v: OBERMAJER, N., PREMZL, A., ZAVAŠNIK-BERGANT, T., TURK, B., KOS, J.. Carboxypeptidase cathepsin X mediates ß2 - integrin dependent adhesion of differentiated U-937 cells. Exp. Cell Res., 2006, 312, 2515-2527, JCR IF (2005): 4.148 Tipopologija: 1.01 - Izvirni znanstveni članek COBISS.SI-ID: 1920113 Nazaj 6 Navedite največ pet najpomembnejših družbeno-ekonomsko relevantnih rezultatov projektne skupine, ki so nastali v času trajanja projekta v okviru raziskovalnega projekta, ki je predmet poročanja. Za vsak rezultat navedite naslov (največ 150 znakov vključno s presledki), rezultat opišite (največ 600 znakov vključno s presledki), izberite ustrezen rezultat, ki je v Šifrantu raziskovalnih rezultatov in učinkov (Glej: http://www.arrs.gov.si/sl/gradivo/sifranti/sif-razisk- rezult.asp), navedite, kje je rezultat objavljen (največ 500 znakov vključno s presledki), izberite ustrezno šifro tipa objave po Tipologiji dokumentov/del za vodenje bibliografij v sistemu COBISS ter napišite ustrezno COBISS.SI-ID številko bibliografske enote. Navedeni rezultati bodo objavljeni na spletni strani http://sicris.izum.si/. Nazaj 7 Navedite rezultate raziskovalnega projekta v primeru, da katerega od rezultatov ni mogoče navesti v točkah 6 in 7 (npr. ker se ga v sistemu COBISS ne vodi). Največ 2.000 znakov vključno s presledki. Nazaj 8 Pomen raziskovalnih rezultatov za razvoj znanosti in za razvoj Slovenije bo objavljen na spletni strani: http://sicris.izum.si/ za posamezen projekt, ki je predmet poročanja. Nazaj 9 Največ 4.000 znakov vključno s presledki Nazaj 10 Največ 4.000 znakov vključno s presledki Nazaj 11 Rubrike izpolnite/prepišite skladno z obrazcem "Izjava sofinancerja" (http://www.arrs.gov.si/sl/progproj/rproj/gradivo/), ki ga mora izpolniti sofinancer. Podpisan obrazec "Izjava sofinancerja" pridobi in hrani nosilna raziskovalna organizacija - izvajalka projekta. Nazaj Obrazec: ARRS-RPROJ-ZP/2010 v1.00a BE-AF-9E-09-29-E6-BF-E4-45-83-A6-26-FC-1C-E0-18-09-DA-6B-17