M E T A L L U R G I C A L J O U R N A L

Transkript

1 R O Č N Í K / V O L. R O K / Y E A R L X V M E T A L L U R G I C A L J O U R N A L O D B O R N Ý Č A S O P I S P R O M E TA L U R G I I A M AT E R I Á L O V É I N Ž E N Ý R S T V Í PROFESSIONAL PERIODICAL FOR METALLURGY AND MATERIAL ENGINEERING W W W. H U T N I C K E L I S T Y. C Z I S S N Univerzita obrany v Brně Katedra strojírenství

2

3 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Odborný časopis pro metalurgii a materiálové inženýrství ISSN Vydavatel OCELOT s.r.o. Pohraniční 693/ Ostrava-Vítkovice IČO , DIČ CZ Registrace v obchodním rejstříku Krajského soudu v Ostravě, oddíl C, vložka Redakce, kontaktní adresa OCELOT s.r.o. Redakce časopisu Hutnické listy areál VŠB TU Ostrava, A listopadu 15/ Ostrava-Poruba Vedoucí redaktor Ing. Jan Počta, CSc redakce@hutnickelisty.cz j.pocta@seznam.cz Redaktorka Jaroslava Pindorová jaroslava.pindorova@seznam.cz Redakční rada Předseda: Prof.Ing. Ľudovít Dobrovský, CSc., Dr.h.c., VŠB-TU Ostrava Členové: Ing. Michal Baštinský, EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. Ing. Karol Hala, U.S. Steel Košice, s.r.o. Prof. dr. hab. inž. Leszek Blacha, Politechnika Šląska Prof. dr. hab. inž. Henryk Dyja, Politechnika Częstochowska Prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc. Univerzita obrany Ing. Henryk Huczala, TŘINECKÉ ŽELEZÁRNY, a.s. Prof. Ing. František Kavička, CSc., VUT v Brně Ing. Ludvík Martínek, Ph.D., ŽĎAS, a.s. Prof. Ing. Karel Matocha, CSc., MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o. Ing. Radim Pachlopník, ArcelorMittal Ostrava, a.s. Prof. Ing. Ľudovít Pariľák, CSc., ŽP VVC s.r.o. Ing. Jiří Petržela, Ph.D., VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY, a.s. Ing. Jaroslav Pindor, Ph.D., MATERIÁLOVÝ A METALURGICKÝ VÝZKUM s.r.o. Ing. Vladimír Toman, Hutnictví železa, a.s. Prof. Ing. Karel Tomášek, CSc., TU v Košiciach Grafika záhlaví a podkladu na titulní straně Miroslav Juřica, grafik@konstrukce.cz Tisk T-print s.r.o., Průmyslová 1003, Třinec Registrační číslo MK ČR E Mezinárodní standardní číslo ISSN O b s a h výroba oceli Ing. Ladislav Socha, Ph.D., prof. Ing. Jiří Bažan, CSc., Ing. Pavel Machovčák, Ing. Aleš Opler, Ing. Petr Styrnal, Ing. Jan Melecký, CSc. Provozní zkušenosti s mimopecním odsířením oceli pomocí briketovaných ztekucovadel v podniku VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. materiálové inženýrství Ing. Milan Adamec, doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc., Ing. Jiří Sukáč Heterogenní ocelový pancíř Ing. Zdeněk Pokorný, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., Ing. Zdeněk Malaník Materiálové složení malorážového střeliva Ing. David Kusmič, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý Vliv plazmové nitridace na změnu parametrů textury povrchu Ing. Zbyněk Studený, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., prof. Ing. Vladimír Horák, CSc. Únavové zkoušky nitridovaných tyčí neželezné kovy a slitiny Ing. Jitka Malcharcziková, Ph.D., prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc., Ing. David Kaňák, Ing. Martin Pohludka, Ing. René Fridrich Odstředivě litá slitina Ni3Al strukturní charakteristiky koroze doc. Ing. Stanislav Lasek, Ph.D., Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D., prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc. Porovnání korozní odolnosti magnetu typu NdFeB s ochranným povlakem ZnAla daných kovů ve vybraných prostředích ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu prof. Ing. Zdeněk Klika, CSc, Ing. Ondřej Němček, Ing. Michal Cagala, doc. RNDr. Lucie Bartoňová, PhD., Ing. Zbyszek Szeliga, Ph.D., Ing. Jana Serenčíšová Distribuce As a Hg při spalování uhlí zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody npor. Ing. Martin Lojda, plk. doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D., doc. Ing. Věroslav Kaplan, CSc., prof. Ing. Jaromír Kadlec, CSc., doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc. Analýza výztuže železobetonového mostu strojírenské dohotovení hutních výrobků doc. Ing. Emil Svoboda, CSc., Ing. Renata Dvořáková, CSc., Ing. Pavel Bartošík Zpevnění povrchu vrtaných otvorů údržba Ing. Petr Besta, Ph.D., Ing. Martin Lampa, Ph.D., Ing. Kamila Janovská, Ph.D. Údržba jako potenciální zdroj snižování nákladů výrobních organizací Ing. Jan Počta, CSc. Zásady zavádění technické diagnostiky ve válcovnách ekonomika, organizace, řízení Ing.Jan Strejček, MBA Hodnocení dodavatelů ve zpracovatelském řetězci na bázi fuzzy logiky hutní výroba v ČR a SR 86 z hospodářské činnosti podniků 88 ze spolkové činnosti a odborných akcí 94 historie hutnictví 96 recenze 115 konference 118 hutnictví ve světě

4 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Odborný časopis pro metalurgii a materiálové inženýrství ISSN Hlavní články v časopisu jsou uváděny v českém, slovenském nebo anglickém jazyce. Časopis vychází 6x ročně. Cena jednotlivého čísla 200,-- Kč. K ceně se připočítává DPH. Roční předplatné základní 1190,- Kč, studentské 20 % sleva proti potvrzení o studiu. Předplatné se zvyšuje o poštovné vycházející z dodávek každému odběrateli. Předplatné se automaticky prodlužuje na další období, pokud je odběratel jeden měsíc před uplynutím abonentního období písemně nezruší. Objednávky na předplatné přijímá redakce. Informace o podmínkách publikace, inzerce a reklamy podává redakce. Za původnost příspěvků, jejich věcnou a jazykovou správnost odpovídají autoři. Podklady k tisku redakce přijímá v elektronické podobě. Recenzní posudky jsou uloženy v redakci. Žádná část publikovaného čísla nesmí být reprodukována, kopírována nebo elektronicky šířena bez písemného souhlasu vydavatele. OCELOT s.r.o., 2012 ISSN Časopis zařazen Radou vlády ČR pro výzkum a vývoj do seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR. Hlavní články jsou evidovány v mezinárodní databázi METADEX a ILLUSTRATA TECHNOLOGY, obě spravované firmou ProQuest, USA. Abstrakty hlavních článků jsou evidovány v české, slovenské a anglické verzi na webových stránkách Hutnických listů. C o n t e n t Steel Making Socha, L. - Bažan, J. - Machovčák, P. - Opler, A. - Styrnal, P. - Melecký, J. Plant Experiences with Steel Desulphurization by Secondary Metallurgy with use of Briquetted Fluxing Agents in the Steelplant VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Material Engineering Adamec, M. - Pospíchal, M. Sukáč, J. Heterogeneous Steel Armour Pokorný, Z. - Hrubý, V. Malaník, Z. Material Composition of Small Arms Ammunition Kusmič, D. Hrubý, V. Influence of Plasma Nitriding on the Surface Texture Parameters Studený, Z. - Hrubý, V. - Horák, V. Fatigue Tests of Nitrided Rods Non-ferrous Metals and Alloys Malcharcziková, J. - Kursa, M. - Kaňák, D. - Pohludka, M. Fridrich, R. Centrifugally Cast Alloy Based on Ni3Al- structure Characteristics Corrosion Lasek, S. - Skotnicová, K. - Kursa, M. Comparison of Corrosion Resistance of NdFeB Magnet Type with Protective ZnAl Coating and Related Metals in Selected Environments Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing Klika, Z. - Němček, O. - Cagala, M. - Bartoňová, L. - Szeliga, Z. - Serenčíšová, J. Distribution of As and Hg during the Coal Combustion Testing, Measurement, Laboratory Methods Lojda, M. - Maňas, P. Kaplan, V. Kadlec, J. Pospíchal, M. Analysis of the Armature in the Reinforced Concrete Bridge Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products Svoboda, E. - Dvořáková,R. Bartošík, P. Surface Hardening of Drilling Holes Maintenance Besta, P. - Lampa, M. - Janovská, K. Maintenance as a Potential Source of the Cost Cutting in Production Enterprises Počta, J. Principles of Implementation of Technical Diagnostics in Rolling Mills Economy, Organization, Management Strejček, J. Evaluation of Suppliers in the Processing Chain Based on Fuzzy Logic Dodavatelé příspěvků ve všeobecné části : Hutnictví železa, a.s. Linde Gas, a.s ÚFM Akademie věd ČR, VUT v Brně. TU v Košiciach, Nemak Slovakia s.r.o. Ing. RNDr. Bohumil Tesařík Dopisovatelé Redakce Inzerenti a objednatelé reklamy: Univerzita obrany v Brně Visteon-Autopal, s.r.o., Nový Jičín QSI s.r.o., Brno

5 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making výroba oceli Provozní zkušenosti s mimopecním odsířením oceli pomocí briketovaných ztekucovadel v podniku VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Plant Experiences with Steel Desulphurization by Secondary Metallurgy with Use of Briquetted Fluxing Agents in the Steelplant VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. Ing. Ladislav Socha, Ph.D., prof. Ing. Jiří Bažan, CSc., Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Ing. Pavel Machovčák, Ing. Aleš Opler, VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s., Ostrava, Ing. Petr Styrnal, JAP TRADING, s.r.o., Třinec, Ing. Jan Melecký, CSc., Bílovec Při mimopecním zpracování oceli v licí pánvi jsou za účelem efektivní rafinace používána ztekucovadla ocelářských strusek. V ocelářském průmyslu je běžně používána řada ztekucovadel na bázi Al 2 O 3, která jsou vyráběna v různých formách. Příspěvek uvádí provozní výsledky a zkušenosti s použitím briketovaných a sintrovaných ztekucovadel strusek na bázi Al 2 O 3. Vlastní provozní tavby byly provedeny při mimopecním zpracování oceli v podmínkách ocelárny VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. při výrobě dvou odlišných značek ocelí St52-3, S34MnV se specifickou technologií výroby tvořenou: EOP LF VD/VCD. V rámci experimentů byly sledovány základní parametry ovlivňující odsíření oceli, jako je: stupeň odsíření, bazicita, obsah lehce redukovatelných oxidů, poměr CaO/Al 2 O 3, Mannesmannův index a aktivita kyslíku v oceli. Získané výsledky umožňují provést základní srovnání briketovaných ztekucovadel vyráběných z druhotných surovin a ztekucovadel sintrovaných, která jsou vyráběna z čistých surovin. Fluxing agents for steel slags are used during secondary metallurgy treatment in the ladle and their purpose is to ensure efficient refining. In the steel industry, a number of fluxing agents based on Al 2 O 3 is commonly used. They are produced in different forms. This paper deals with plant results and experiences with the usage of briquetted and sintered fluxing agents for slags based on Al 2 O 3. Heats were processed by the secondary metallurgy in the conditions of steelplant VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. during production of two different grades of steel St52-3 and S34MnV with the specific production technology consisting of: EAF LF VD/VCD. During experiments, basic parameters influencing the steel desulphurization were monitored: degree of desulphurization, basicity, content of easily reducible oxides, CaO/Al 2 O 3 ratio, Mannesmann's index, and oxygen activity in the steel. Obtained results allow us to make a basic comparison of briquetted fluxing agents produced from secondary raw materials and of sintered fluxing agent, which are produced from pure raw materials. It was determined from results of the plant experiments that at use of two different types of fluxing agents for steel slags during production of steel grades St52-3 and S34MnV individual desulphurization degrees ETA S LP, ETA S LF VD/VCD and ETA S in total similar values for both fluxing agents were reached. From the achieved values of basicity B1 it is possible to classify the slags created in the ladle into the group of high basic slags, and according to basicity B2 into the group of medium basic slags. The next increase in basicity and target modification of chemical composition of slag in the ladle occurs after the second addition of slagforming additions into the ladle furnace (LF). It helps to achieve a deep desulphurization of steel. According to the content of easily reducible oxides, penetrations of furnace slag into the ladle were identified. Positive influence of reduction of mentioned oxides by aluminium and calcium carbide additions into the ladle furnace (LF) was confirmed as well. It became evident by the reduction of content of the monitored oxides. It was identified from the calciumaluminium ratio that the values of approx. 2.0 for both steel grades were achieved by the first dose of slag-forming additions (lime and fluxing agents). Achieved value 2.0 can be considered as the lower limit of the optimal C/A ratio. By addition of the second dose (lime and aluminium) into the ladle furnace, this value was further increased within the range from 2.2 to 2.5. It follows from the achieved values of the Mannesmann's index that fluxing agents used by two different steel grades vary within the optimal interval from 0.15 to The upper optimum limit 0.35 was achieved with the second dose of steel-making additions. It is evident from the results of oxygen activity in steel that the oxygen activity decreased with the first dose of desoxidation additions during tapping from the values of approx

6 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN ppm measured in EAF just before tapping to the values of approx ppm measured at the beginning of steel treatment in the ladle furnace LF. The next decrease takes place during the subsequent treatment in the secondary metallurgy units LF to VD/VCD thanks to the addition of desoxidation agents for both steel grades at use of both fluxing agents. It was demonstrated that the developed fluxing agent produced by the company JAP TRADING, s.r.o. presenting briquetting mixture of secondary corundum raw materials can adequately replace the fluxing agent formed by sintered mixture of pure raw materials. Results of the plant experiment made it possible to modify the slag mode in the plant conditions of the company VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. V ocelářském průmyslu jsou neustále zvyšovány požadavky na kvalitu a užitné vlastnosti oceli. Jednu z možností, jak lze tyto požadavky splnit v rámci mimopecního zpracování oceli, představuje vytvoření účinné rafinační strusky v licí pánvi pomocí struskotvorných přísad. Strusky jsou v licí pánvi tvořeny struskotvornými přísadami představující vápno a ztekucující přísady. V současnosti jsou používány ztekucující přísady, nebo-li ztekucovadla, na bázi Al 2 O 3, které jsou vyráběny z přírodních surovin (např. bauxit, vápenec, dolomit atd.) nebo různých druhotných surovin (např. hliníkové stěry, strusky z výroby vanadu atd.) doplněné o přísady (např. vápno, vápenec atd.). Takto připravené směsi jsou dále zpracovány na ztekucovadla v různých formách (např. přetavené, peletizované, kusové nebo práškové směsi atd.) [1]. Všechny výše uvedené typy ztekucovadel jsou však používány s určitými omezeními, která vyplývají z výběru použitých surovin a technologie výroby. Složení strusky dále ovlivňují produkty dezoxidace oceli (Al 2 O 3, SiO 2, MnO), koroze (opotřebení) vyzdívky licí pánve (MgO) a také určité množství proteklé pecní strusky. V průběhu mimopecního zpracování oceli dochází k dílčím technologickým postupům, mezi které patří odsíření oceli. Odsíření je výrazným způsobem ovlivněno vlastnostmi strusky, jako je např. chemické složení, viskozita, teplota tavení atd. Jednu z možností, jak lze ovlivnit vlastnosti ocelářských strusek při zpracování na mimopecních zařízeních, představuje použití ztekucovadel. Pro dosažení co nejvhodnějších podmínek odsíření a rafinace oceli pomocí strusky je vhodné navrhnout optimální poměry ztekucovadla a struskotvorných přísad (Al 2 O 3 : CaO) a stanovit nejvhodnější technologii použití [2, 3]. Příspěvek navazuje na práci autorů [4] a je zaměřen na analýzu provozních zkušeností při použití dvou odlišných typů ztekucovadel strusek na bázi Al 2 O 3 v podmínkách podniku VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s. (dále jen VHM a.s.). Cílem provozních experimentů bylo porovnat vliv odlišných typů ztekucovadel strusek při výrobě dvou jakostí ocelí St52-3 a S34MnV se zaměřením na hodnocení účinnosti vytvořené rafinační strusky pomocí dosažených stupňů odsíření a vybraných parametrů strusek v průběhu zpracování na mimopecních zařízeních. 1. Charakteristika provozních taveb a testovaných ztekucovadel v podmínkách ocelárny VHM a.s. Provozní experimenty byly realizovány v podmínkách ocelárny VHM a.s. Výrobní proces probíhal následujícím způsobem: po zpracování tavby v elektrické obloukové peci (EOP) byl proveden odpich do licí pánve (LP). Během odpichu oceli z EOP do pánve probíhá dezoxidace ocelí, částečné nalegování a přidá se hlavní část struskotvorných přísad obsahující směs vápna a testovaných ztekucovadel. Po odpichu byla licí pánev s ocelí a vytvořenou struskou převezena na pánvovou pec (LF), kde došlo k cílené úpravě strusky v licí pánvi přídavkem druhé části struskotvorných přísad představující vápno, testované ztekucovadlo, materiál na ochranu struskové čáry (materiál obsahuje cca 45 % MgO), hliník v různých formách (drcený a granulovaný) určený pro snížení obsahu lehce redukovatelných oxidů a úpravu strusky. Následně, po zpracování oceli na pánvové peci (LF), byla licí pánev převezena na vakuovací stanici (VD/VCD). Na závěr je výrobní proces ukončen odléváním oceli ingotovou cestou [5]. Vlastní provozní experimenty byly realizovány při výrobě dvou značek ocelí St52-3 a S34MnV. Ocel St52-3 představuje uhlíko-manganovou konstrukční ocel, která je ve strojírenství velmi rozšířena zejména pro její velmi dobrou svařitelnost a nízkou cenu. Druhá značka oceli je S34MnV a je určena pro výrobu klikových hřídelí pro lodní motory. Chemické složení obou ocelí je uvedeno v tab. 1. Uvedené oceli se mezi sebou lišily nejenom v chemickém složení, ale také technologií výroby. Ocel St52-3 je vyráběna základní technologií, která je tvořena následujícím postupem: EOP LF VD. Složitější technologii výroby představuje ocel S34MnV, jejíž výroba je realizována: EOP LF VCD. Celkem bylo v hodnoceném období vyrobeno 185 taveb oceli St52-3 a 336 taveb oceli S34MnV, a to při použití obou typů ztekucovadel. V průběhu mimopecního zpracování byly odebírány vzorky oceli a strusky, a to na následujících technologických místech: v licí pánvi po odpichu z EOP (vzorek LP), na začátku a konci zpracování na pánvové peci (vzorek LF START a LF KONEC ) a na konci zpracování na vakuovacím zařízení (vzorek VD KONEC nebo VCD KONEC ). 4

7 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making Tab. 1 Výrobní chemické složení oceli St52-3 a S34MnV Tab. 1 Chemical composition of produced steels St52-3 and S34MnV Základní chemické složení (hm. %) Jakost Rozsah C Mn Si P S Cr Ni Mo V Al St52-3 S34MnV Min. 0,18 1,20 0,20 0,020 Max. 0,22 1,35 0,30 0,012 0,005 0,30 0,30 0,08 0,040 Min. 0,38 1,20 0,06 0,008 Max. 0,40 1,40 0,10 0,012 0,005 0,30 0,30 0,08 0,10 0,015 Tab. 2 Chemické složení použitých ztekucovadel Tab. 2 Chemical composition of used fluxing agents Ztekucovadlo A B Rozsah Poznámka: ztekucovadlo - A: ztekucovadlo - B: Základní chemické složení (hm. %) CaO Al 2 O 3 SiO 2 Fe 2 O 3 TiO 2 MgO Na 2 O Min. 33,0 51,0 Max. 35,0 55,0 7,0 2,5 3,0 2,0 Min. 10,0 60,0 3,0 5,0 1,0 Max. 12,0 70,0 4,0 7,0 2,0 používané v podniku VHM a.s., vyvíjené firmou JAP TRADING, s.r.o. V případě oceli byla pozornost věnována především obsahu síry a u vzorků strusek byla provedena analýza zaměřená na obsah síry a základní typy oxidů. Kromě odběrů vzorků ocelí a strusek byla průběžně měřena teplota a aktivita kyslíku v oceli, a to zejména na začátku zpracování na pánvové peci (LF) a konci zpracování na vakuovací stanici (stanice VD/VCD). Pro hodnocení struskového režimu v provozních podmínkách byly vybrány dva odlišné typy ztekucovadel na bázi Al 2 O 3. Základní chemické složení obou typů ztekucovadel je uvedeno v tab. 2. Ztekucovadla se mezi sebou lišila v chemickém složení, použitou technologií výroby, základními vstupními surovinami a granulometrií: o ztekucovadlo A: je standardní ztekucovadlo používané zejména v minulosti v provozních podmínkách VHM a.s. Toto ztekucovadlo je vyráběno z přírodních surovin, přičemž hlavní složku představuje Al 2 O 3. Vlastní výroba je realizována sintrováním a výsledkem je porézní granulované ztekucovadlo o zrnitosti 5 až 15 mm, o ztekucovadlo B: představuje ztekucovadlo vyvíjené firmou JAP TRADING, s.r.o. Je vyráběno z druhotných korundových surovin v kombinaci s dolomitickým vápencem a různými typy pojiv (vodní sklo nebo organické pojivo). Tento typ ztekucovadla je vyráběn briketací a standardně je dodáván ve formě briket o rozměrech mm. V průběhu provozních experimentů byly struskotvorné látky přidávány ve dvou stejně velkých dávkách, které se však lišily podílem jednotlivých složek, tj. podílem vápna a ztekucovadla. Hlavní část ztekucovadla byla přidána při odpichu s vápnem v rozdílných poměrech. V případě ztekucovadla A při výrobě oceli St52-3 a S34MnV byl poměr ztekucovadla k vápnu 1:1. U ztekucovadla B byl při výrobě oceli St52-3 a S34MnV poměr ztekucovadla k vápnu 1:1,95. Tyto rozdílné poměry vycházejí z jejich chemického složení. Ve druhé dávce byla v průběhu rafinace oceli na pánvové peci LF použita ztekucovadla minimálně. Především došlo k použití vápna pro úpravu chemického složení, zvýšení obsahu CaO a dále materiálu na ochranu struskové čáry pro snížení opotřebení vyzdívky licí pánve. Kromě toho byla struska pohazována hliníkovými stěry, drceným hliníkem a karbidem vápníku pro redukci lehce redukovatelných oxidů v ní obsažených. 2. Hodnocení a diskuze dosažených výsledků Hodnocení provozních výsledků při použití ztekucovadel A a B v licí pánvi při výrobě ocelí St52-3 a S34MnV bylo realizováno v několika částech. Pro vyhodnocení jednotlivých sledovaných parametrů byly použity vztahy a metodika uvedená v předcházejícím příspěvku [4] zaměřeném na vyhodnocení vlivu stejných typů ztekucovadel A a B při výrobě oceli 42CrMo4. Nejprve bylo provedeno vyhodnocení vlivu ztekucovadel strusek na rafinační schopnosti strusky v licí pánvi pomocí dosažených stupňů odsíření jednotlivých ocelí. Vlastní hodnocení stupně odsíření η s (ETA S) bylo provedeno pro vybrané technologické operace probíhající při mimopecním zpracování oceli: o ETA S LP - stupeň odsíření od odpichu z EOP do licí pánve LP až po převoz na pánvovou pec LF, o ETA S LF-VD/VCD - stupeň odsíření od počátku zpracování na pánvové peci LF až po konec zpracování na vakuovací stanici VD/VCD, o ETA S - celkový stupeň odsíření od odpichu do LP až po konec zpracování na stanici VD/VCD. 5

8 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN Výsledky stupně odsíření oceli pro oceli St52-3 a S34MnV pomocí ztekucovadel A a B jsou uvedeny na obr. 1. Dosažené výsledky představují průměrné hodnoty sledovaných technologických operací. V průběhu první technologické operace ETA S LP z obr. 1 vyplývá, že v případě oceli St52-3 při použití ztekucovadla A bylo dosaženo od odpichu z EOP až po převoz na pánvovou pec (LF) stupně odsíření ETA S LP ~ 19 %. V případě použití vyvíjeného ztekucovadla B byl v licí pánvi dosažen stupeň odsíření ETA S LP ~ 23 %. U oceli S34MnV byly dosaženy obdobné hodnoty stupně odsíření, jak je vidět na obr. 1. Při odpichu oceli z EOP až po převoz na pánvovou pec (LF) bylo v případě ztekucovadla A dosaženo stupně odsíření ETA S LP ~ 21 % a při použití ztekucovadla B byla dosažena vyšší hodnota, a to ETA S LP ~ 28 %. a karbid vápníku určený k redukci a úpravě složení strusky). Vzniklou struskovou směs při použití ztekucovadel lze charakterizovat jako tekutou strusku, která se výrazným způsobem podílí na reakcích mezi struskou a kovem. Porovnáním výsledných stupňů odsíření ETA S, jak je vidět z obr. 1, bylo zjištěno, že v případě oceli St52-3 byl dosažen stejný stupeň odsíření pro obě ztekucovadla A i B, a to ETA S ~ 92 %. U oceli S34MnV byl zjištěn mírný rozdíl, kdy použitím ztekucovadla A byl dosažen stupeň odsíření ETA S ~ 89 %. Použitím ztekucovadla B byl dosažen stupeň odsíření ETA S ~ 92 %, což představuje minimální rozdíl. Z výsledných stupňů odsíření ETA S je patrné, že při výrobě dvou značek ocelí St52-3 a S34MnV odlišnou technologií při použití ztekucovadel A i B byl dosažen prakticky shodný stupeň odsíření oceli (89 až 92 %). Je vhodné upozornit, že každý typ ztekucovadla strusky je vyráběn z rozdílných surovin a odlišnou technologií výroby. Obr. 1 Dosažené stupně odsíření oceli St52-3 a S34MnV Fig. 1 Achieved degrees of desulphurization of the steel grade St52-3 and S34MnV Porovnáním jednotlivých stupňů odsíření pro obě jakosti ocelí lze konstatovat, že v případě obou typů ztekucovadel A i B došlo k obdobně nízkému stupni odsíření ETA S LP ~ cca 19 až 28 %. To lze vysvětlit postupným, teprve začínajícím, rozpouštěním jednotlivých struskotvorných přísad (představující vápno, ztekucovadlo A a B), a to v krátkém časovém intervalu trvajícím cca 8 až 11 minut. V následující technologické operaci ETA S LF-VD/VCD (zpracování na LF až VD/VCD) dochází k několika násobnému růstu stupně odsíření, jak je vidět na obr. 1. V případě oceli St52-3 při použití ztekucovadla A i B byl při mimopecním zpracování (na zařízeních LF až VD) dosažen stejný stupeň odsíření ETA S LF-VD/VCD ~ 90 %. U oceli S34MnV byly dosaženy nižší hodnoty stupně odsíření při mimopecním zpracování (na zařízeních LF až VCD). V případě ztekucovadla A byl stupeň odsíření ETA S LF-VD/VCD ~ 87 % a u ztekucovadla B byl stupeň odsíření ETA S LF-VD/VCD ~ 88 %. I v případě této operace ETA S LF-VD/VCD jsou stupně odsíření srovnatelné pro obě jakosti ocelí i testovaná ztekucovadla A i B. Výrazný růst stupně odsíření na pánvové peci a vakuovací stanici (LF a VD/VCD) lze vysvětlit úplným rozpuštěním struskotvorných přísad. Další vliv představuje úprava chemického složení strusky pomocí druhé dávky struskotvorných přísad (vápno, ztekucovadlo, materiál ochrany vyzdívky, hliník 6 Dále bylo provedeno hodnocení struskového režimu v licí pánvi, kde byly sledovány vybrané parametry strusky a jejich vliv na stupeň odsíření. Mezi sledované parametry patří: bazicita, obsah lehce redukovatelných oxidů, poměr CaO/Al 2 O 3 a Mannesmannův index. Kromě toho byl posouzen i vliv aktivity kyslíku na stupeň odsíření oceli. Tyto vybrané parametry byly použity i při předcházejícím hodnocení a jednotlivé vztahy jsou uvedeny v příspěvcích [4, 6, 7]. Na obr. 2 až 7 jsou uvedeny sledované parametry strusek, které výrazným způsobem ovlivňují odsiřovací schopnosti jako: bazicita, obsah lehce redukovatelných oxidů, poměr CaO/Al 2 O 3 a Mannesmannův index. Kromě toho je zde uveden také vliv aktivity kyslíku v oceli na stupeň odsíření pro obě jakosti ocelí. Vliv bazicity B1 na odsíření oceli St52-3 představuje obr. 2a. Z obrázku je zřejmé, že počáteční bazicita strusek v licí pánvi dosahuje hodnot 6,3 a 6,9. Po přídavku druhé dávky struskotvorných přísad dochází k úpravě chemického složení strusek, což se projevilo nárůstem bazicity na hodnoty 8,7 a 8,7. Bazicitu pro ocel S34MnV představuje obr. 2b. V tomto případě bylo zjištěno, že počáteční bazicita po první dávce struskotvorných přísad dosahuje hodnot 5,6 a 7,7. Druhou dávkou struskotvorných přísad došlo k dalšímu nárůstu na hodnoty 8,1 a 9,2. Tyto strusky lze označit pro obě jakosti ocelí jako silně zásadité, a to již na začátku mimopecního zpracování oceli. Dále byla stanovena tzv. široká bazicita - B2, která bere v úvahu další oxidy ve strusce. Vliv bazicity pro ocel St52-3 představuje obr. 3a. V tomto případě dosahuje počáteční struska bazicity 1,55 a 1,78. Po přídavku druhé dávky struskotvorných přísad došlo k mírnému růstu bazicity, a to na hodnoty 2,03 a 1,95.

9 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 2 Závislost stupně odsíření na úzké bazicitě - B1 Fig. 2 Dependence of degree of desulphurization on the narrow basicity - B1 a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 3 Závislost stupně odsíření na široké bazicitě B2 Fig. 3 Dependence of degree of desulphurization on the wide basicity B2 a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 4 Závislost stupně odsíření na obsahu lehce redukovatelných oxidů - LRO Fig. 4 Dependence of degree of desulphurization on the content of easily reducible oxides ERO a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 5 Závislost stupně odsíření na vápenato-hlinitanovém podílu C/A Fig. 5 Dependence of degree of desulphurization on the calcium-aluminium ratio C/A 7

10 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 6 Závislost stupně odsíření na Mannesmannově indexu MM (sulfidický faktor) Fig. 6 Dependence of degree of desulphurization on the Mannesmann s index MM (sulphide factor) a) ocel St52-3 b) ocel S34MnV Obr. 7 Závislost stupně odsíření na aktivitě kyslíku v oceli a [O] Fig. 7 Dependence of degree of desulphurization on the oxygen activity in steel a [O] Výsledky pro ocel S34MnV představuje obr. 3b. Zde počáteční struska dosahuje bazicity 1,59 a 1,95. I v tomto případě dochází k mírnému růstu bazicity na hodnoty 2,09 a 1,95, a to po přídavku druhé dávky struskotvorných přísad na pánvové peci LF. Z obr. 2 a 3 je pro obě jakosti ocelí také patrné, že dochází k postupnému poklesu stupně odsíření při růstu bazicity. Tento trend lze vysvětlit vlivem vyšších obsahů CaO ve strusce, což vede k jejímu zahuštění, snížení rafinační schopnosti a dosažení nižších stupňů odsíření. Z obr. 2 a 3 je také zřejmé, že zpracováním na pánvové peci LF došlo k úplnému rozpuštění struskových směsí spolu s úpravou chemického složení, což se projevilo nárůstem bazicity B1 a B2 a napomohlo vyššímu stupni odsíření oceli. Tento trend je patrný i z dosaženého stupně odsíření pro obě jakosti ocelí, jak je vidět na obr. 2 a 3. Další sledovaný parametr představuje obsah lehce redukovatelných oxidů - LRO. V tomto případě byl u oceli St52-3 z obr. 4a zjištěn počáteční výskyt oxidů v obsazích 1,68 a 1,2 hm. % pro obě ztekucovadla. Výsledky pro ocel S34MnV představuje obr. 4b a zde dosáhly počáteční obsahy hodnot 2,74 a 1,08 hm. %. Lze předpokládat, že určité množství uvedených oxidů je dáno proteklou pecní struskou z EOP (FeO, MnO, P 2 O 5 ) a část těchto oxidů jsou produkty dezoxidace a propalu legur (MnO, Cr 2 O 3 ). Případy zvýšených obsahů lehce redukovatelných oxidů byly zjištěny u obou jakostí ocelí, avšak u oceli S34MnV a použití ztekucovadla A je tento trend výrazný. Z obr. 4 pro obě jakosti ocelí a ztekucovadla strusky je však patrný pokles obsahu lehce redukovatelných oxidů, což lze vysvětlit jejich redukcí hliníkem a karbidem vápníku přidávaným na pánvové peci LF v průběhu zpracování. V tomto případě bylo dosaženo redukce uvedených oxidů pro ocel St52-3 na obsahy 1,14 a 0,67 hm. % a pro ocel S34MnV na obsahy 1,40 a 0,77 hm. %. Tato úprava chemického složení strusek na pánvové peci LF umožnila dosáhnout vysokého stupně odsíření ETA S LF-VD/VCD (86 % až 90 %) a podpořila hluboké odsíření oceli (S Max hm. %) pro obě jakosti ocelí při použití obou ztekucovadel A i B. Následně byl zkoumán parametr představující vápenatohlinitanový podíl - C/A. Optimální hodnota tohoto parametru by měla být vyšší než 2,0, protože v rafinační strusce jsou požadovány vyšší obsahy Al 2 O 3, a to > 25 hm. %. V případě oceli St52-3, jak je vidět na obr. 5a, bylo zjištěno, že při odpichu a během převozu na pánvovou pec LF bylo dosaženo hodnot 1,83 a 2,03. Z obr. 5b pro ocel S34MnV vyplývá, že pro stejnou technologickou operaci byly dosaženy obdobné hodnoty 1,94 a 2,11. Tyto hodnoty představují spodní hranici optimálního podílu (C/A), který byl vytvořen první dávkou struskotvorných přísad, přičemž jednotlivé složky nemusí být ještě zcela rozpuštěny. 8

11 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Výroba oceli Steel Making Z obr. 5 také vyplývá, že na konci mimopecního zpracování (na zařízeních LF a VD/VCD) tyto hodnoty stoupají pro ocel St52-3 na 2,42 a 2,28 a pro ocel S34MnV na 2,50 a 2,25. Tento nárůst je způsoben druhou dávkou struskotvorných přísad a rozpuštěním jednotlivých složek strusky na pánvové peci LF. Z tohoto vývoje je zřejmé, že v průběhu mimopecního zpracování (na zařízeních LF až VD/VCD) došlo k cílené úpravě chemického složení strusek pro dosažení optimálního podílu CaO/Al 2 O 3 (C/A) podporujícího rafinační a odsiřovací schopnosti struskových směsí. Další sledovaný parametr je Mannesmannův index (tzv. sulfidický faktor), přičemž optimální hodnota uvedeného parametru by se měla pohybovat v rozmezí 0,15 až 0,30. Z obr. 6 pro obě jakosti ocelí vyplývá, že částečným rozpuštěním první dávky struskotvorných přísad v licí pánvi dosahují ztekucovadla pro ocel St52-3 hodnot 0,22 a 0,26 a pro ocel S34MnV hodnot 0,21 a 0,29. Z obr. 6 je však zřejmé, že přídavek dalších struskotvorných přísad na počátku zpracování na pánvové peci LF se projevil nárůstem hodnot pro ocel St52-3 na 0,35 a 0,34 a pro ocel S34MnV na 0,34 a 0,35. Tyto hodnoty představují horní hranici Mannesmannova indexu. Při sledování tohoto parametru, jak je vidět na obr. 6, se projevil pokles stupně odsíření s rostoucím Mannesmannovým indexem, což souvisí se zvýšeným zahuštěním rafinační strusky. Posledním sledovaným parametrem je aktivita kyslíku v oceli, která představuje důležitý termodynamický parametr ovlivňující odsíření oceli. Z dosažených výsledků na obr. 7 je patrné, že při odpichu a během převozu na pánvovou pec LF bylo dosaženo pro ocel St52-3 hodnot aktivity kyslíku v oceli 5,8 a 4,4 ppm a pro ocel S34MnV hodnot 10,5 a 5,4 ppm. Z obr. 7 je také zřejmé, že dochází k určitému rozptylu hodnot aktivity kyslíku v oceli, přičemž vyšší hodnoty naznačují, že nedošlo k dostatečně hluboké dezoxidaci oceli. Tyto případy byly zjištěny u obou jakostí ocelí, avšak u oceli S34MnV a použití ztekucovadla strusky A je tento trend výrazný. Z obr. 7 pro obě jakosti ocelí a ztekucovadla A i B je však patrný pokles aktivity kyslíku pro ocel St52-3 na hodnoty 3,9 a 3,5 ppm a pro ocel S34MnV na hodnoty 9,0 a 5,7 ppm. Tento pokles lze vysvětlit použitím dezoxidačních činidel přidávaných na pánvové peci LF na počátku zpracování. V tomto případě je vhodné upozornit na nižší pokles aktivity kyslíku v oceli jakosti S34MnV, což je způsobeno technologií výroby EOP LF VCD, kdy není prováděna hluboká srážecí dezoxidace oceli. Z dosažených provozních výsledků získaných v ocelárně VHM a.s. lze konstatovat, že vyvinuté ztekucovadlo B firmy JAP TRADING, s.r.o. je srovnatelné se standardně používaným ztekucovadlem A, a to na základě hodnocení struskového režimu v licí pánvi pomocí výsledků odsíření oceli dle stupně odsíření a dalších sledovaných 9 parametrů. Lze konstatovat, že ztekucovadlo B představující briketovanou směs druhotných korundových surovin může plnohodnotně nahradit ztekucovadlo A tvořené sintrovanou směsí přírodních surovin. Tyto provozní výsledky také prokázaly možnost použití vyvinutého ztekucovadla B při odlišné technologii výroby oceli v podmínkách VHM a.s. Závěr V provozních podmínkách ocelárny VHM a.s. byla provedena série experimentálních taveb s použitím dvou typů ztekucovadel A a B při výrobě oceli jakosti St52-3 a S34MnV s cílem posoudit účinnost odsíření oceli pomocí dosažených stupňů odsíření a vybraných parametrů strusky v průběhu mimopecního zpracování oceli (na zařízeních LF až VD/VCD). Na základě dosažených výsledků provozních experimentů lze definovat následující poznatky: o při technologické operaci odpich a převoz na pánvovou pec LF byl zjištěn nízký stupeň odsíření - ETA S LP. Pro ocel St52-3 byly dosaženy hodnoty 19 % (ztekucovadlo A) a 23 % (ztekucovadlo B). Pro ocel S34MnV byly dosaženy hodnoty 21 % (ztekucovalo A) a 28 % (ztekucovadlo B), což je dáno relativně krátkou dobou trvání této operace a situací, že ne všechny struskotvorné přísady jsou dostatečně rozpuštěny. o při následující operaci na zařízeních LF až VD/VCD byl zjištěn několika násobný nárůst stupně odsíření - ETA S LF-VD/VCD vůči odsíření během odpichu do licí pánve. Pro ocel St52-3 byly dosaženy hodnoty 90 % (ztekucovalda A i B). Pro ocel S34MnV byly dosaženy hodnoty 87 % (ztekucovadlo A) a 88 % (ztekucovadlo B). o celkový stupeň odsíření ETA S pro ocel St52-3 dosahoval hodnot 92 % (ztekucovadla A i B) a u oceli S34MnV byly dosaženy hodnoty 89 % (ztekucovadlo A) a 92 % (ztekucovadlo B). o na základě dosažených hodnot bazicit B1 lze vytvořené strusky v licí pánvi zařadit do skupiny silně a dle bazicity B2 do středně bazických strusek. Druhým přídavkem struskotvorných přísad dochází k dalšímu růstu bazicity a cílené úpravě chemického složení strusky v licí pánvi, což napomáhá k dosažení hlubokého odsíření oceli. o na základě výsledků obsahu lehce redukovatelných oxidů - LRO byly zjištěny průniky pecní strusky do licí pánve. Dále byl potvrzen pozitivní vliv redukce uvedených oxidů přídavky hliníku a karbidu vápníku na pánvové peci LF, což se projevilo poklesem obsahů sledovaných oxidů. o dle výsledků vápenato-hlinitanového podílu bylo zjištěno, že první dávkou struskotvorných přísad (vápno a testované ztekucovadlo) byly dosaženy hodnoty cca 2,0 pro obě jakosti ocelí. Dosaženou hodnotu 2,0 lze již považovat za spodní hranici optimálního pásma podílu

12 Výroba oceli Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Steel Making ISSN C/A. Přidáním druhé dávky (vápno a hliník) byla hodnota dále zvýšena v rozsahu 2,2 až 2,5. o z dosažených hodnot Mannesmannova indexu vyplývá, že testovaná ztekucovadla A i B použitá u dvou odlišných jakostí ocelí se pohybují v optimálním rozmezí 0,15 až 0,30, přičemž druhou dávkou struskotvorných přísad je dosažena horní optimální hranice 0,35. o z výsledků aktivity kyslíku v oceli bylo zjištěno, že prvotní dávkou dezoxidačních přísad během odpichu dochází ke snížení aktivity kyslíku z hodnot cca ppm naměřených na EOP těsně před odpichem na hodnoty cca 5 až 10 ppm naměřených na počátku zpracování oceli na LF. Následným mimopecním zpracováním na zařízeních LF až VD/VCD dochází k dalšímu snížení přídavkem dezoxidačních činidel pro dosažení hlubokého odsíření oceli (S Max. 0,005 hm. %) pro obě jakosti ocelí při použití obou ztekucovadel A i B. o ztekucovadlo B představující briketovanou směs druhotných korundových surovin může plnohodnotně nahradit ztekucovadlo A tvořené sintrovanou směsí přírodních surovin. V další fázi výzkumu ztekucovadel a jejich vlivu na vytvoření rafinační strusky bude pozornost zaměřena na potvrzení těchto provozních výsledků při výrobě odlišných značek ocelí. Poděkování Práce vznikla v rámci řešení programu MPO-TIP projektů reg. číslo FR-TI2/319, FR-TI1/240 a FR-TI1/351. Literatura [1] SOCHA, L., BAŽAN, J., STYRNAL, P. Research and development concept of fluxing agents based on corundum raw materials for secondary metallurgy. In. Acta Metallurgica Slovaca Conference. 2010, s ISSN [2] CHATTERJEE, A., GHOST, A. Ironmaking and Steelmaking: Theory and Practice. PHI Learning Private limited, 2008, 472 p. ISBN [3] FRUEHAN, R.J., et al., The Making, Shaping and Treating of Steel. 11 th Edition Steelmaking and Refining Volume, Pittsburgh: AISE Steel Foundation, 2010, 768 p. ISBN [4] SOCHA, L., BAŽAN, J., MACHOVČÁK, P., OPLER, A., STYRNAL, P., MELECKÝ, J. Vliv briketovaných ztekucovadel na odsíření oceli při mimopecním zpracování. Hutnické listy, 2012, roč. LXV, č. 2, s ISSN [5] Firemní stránky VÍTKOVICE HEAVY MACHINERY a.s., poslední revize Dostupný z WWW: < [6] BUĽKO, B., KIJAC, J., DOMOVEC, M. Optimalization Slag Composition in Ladle Furnace Considering to Effective Steel Desulfurization. Acta Metallurgica Slovaca, 2009, vol. 15, No. 2, p ISSN [7] ALLIBERT. A., et al. Slag atlas. 2 nd Edition, Düsseldorf: Verein Stahleisen GmbH, 1995, 616 p. ISBN Recenze: Ing. Jaroslav Březina Ing. Ludvík Martínek, Ph.D. Rozšíření turecké huti Habaş orders caster and hot strip mill. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 24 a 25, Turecká firma Habaş A. S. objednala u firmy SMS Siemag dodávku zařízení pro plynulé odlévání bram a teplou širokopásovou trať. Nové zařízení se instaluje v závodě v Aliaga na pobřeží Aegean a jeho uvedení do provozu je plánováno na konec roku Tímto projektem firma Habaş se stane dodavatelem plochých výrobků. Zařízení pro plynulé odlévání je dvouproudé vertikálního typu se zahnutým krystalizátorem. Krystalizátor je vybaven rezonančním oscilátorem a dynamickým nastavováním segmentů. Využívá se technologie malé redukce. Roční výrobností kontilití je 2,5 mil. t. Budou se na něm vyrábět bramy o tloušťce 200 a 225 mm při šířce od 1000 do 2100 mm. Válcovací trať bude v prvé etapě postavena na výrobu 2,5 mil. t/r. Bude tvořena předválcovací vratnou stolicí kvarto s vertikálními válci, navíječkou, nůžkami pro ostřih konců, sedmistolicovým hotovním pořadím s regulací profilu pásu typu CVC plus, laminárním chlazením, dvěma navíječkami a dopravníkem svitků s inspekční linkou. Výkon trati bude možné postupně zvedat až na 4,5 mil. t/r. Šířka válcovaného pásu se bude pohybovat od 700 do 2100 mm, tloušťka bude od 1,2 do 25,4 mm. Válcovat se budou uhlíkové i vícefázové oceli včetně ocelí na svařované trubky v třídě pevnosti X80. LJ 10

13 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Heterogenní ocelový pancíř Heterogeneous Steel Armour materiálové inženýrství Ing. Milan Adamec, doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc., Ing. Jiří Sukáč, Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií Ochrana vojenských zařízení, prostředků a živé síly je pro AČR (Armádu české republiky) prioritou. Stanovení požadavků na odolnost použitých materiálů je prováděno v souladu s platnými vojenskými standardy, především NATO AEP-55 STANAG 4569 [1]. Vhodnou volbou a zpracováním materiálů lze zajistit požadovanou tvrdost s přiměřenou houževnatostí, vysokou teplotní odolnost, snížení výrobní náročnosti a především snížení hmotnosti daného pancíře. Nalezení a optimalizace vhodného a technologicky možného zpracování materiálu pancéřové ochrany na bázi oceli je náplní tohoto článku. Přídavné pancíře jsou vyráběny z široké škály materiálů, od ocelí až po keramiku, a podle zvoleného materiálu je dosahováno stupně balistické odolnosti. V článku je uveden návrh materiálu a technologie tepelného zpracování ocelového přídavného pancíře tloušťky 4,0 mm v kombinaci se základním ocelovým pancířem vyrobeným z oceli Armox 500 T o tloušťce 6,0 mm s požadavkem na odolnost proti náboji 7,62 x 39 se střelou AP-IBZ. Obecně je známo, že balistická odolnost uvedené sestavy je zaručena, pokud tvrdost přídavného pancíře dosáhne minimální hodnoty 540 HBW a současně musí být splněn požadavek na houževnatost, která zaručí, že při zásahu nedojde ke křehkému porušení a destrukci celé pancéřové desky. Tyto protichůdné požadavky mohou být splněny vytvořením heterogenní ocelové pancéřové desky tvořené bainitickou strukturou s proměnným obsahem uhlíku. Vyhodnocení vlastností materiálu po provedeném tepelném zpracování bylo provedeno standardními metodami materiálového výzkumu a doplněno ostřelovací zkouškou. Pro experimenty byly jako polotovar použity desky o rozměru 500 x 500 mm a tloušťce 4,0 mm z komerčně dodávané oceli ARMOX 500T. The protection of military facilities and resources and live forces is for the army of the Czech Republic (ACR) of the highest priority. Determination of requirements for resistance of the materials is carried out in accordance with the applicable military standards, in particular NATO AEP-55 STANAG 4569 [1]. A suitable choice and processing of materials can ensure the desired hardness with adequate toughness, high temperature resistance, reduction of production cost and, above all, can to reduce the weight of the armour. Finding and optimizing the appropriate and technologically possible processing of the armour protection material based on steel is the subject of this article. Additional armours are produced from a wide range of materials, from steel to ceramics, and according to the selected material the degree of ballistic resistance is achieved. The article contains a proposal for material and technology of heat treatment of additional steel armour with thickness of 4.0 mm, in combination with the basic steel armour made from steel Armox 500 T 6-0 mm thick with the requirement for resistance against the cartridge 7.62 x 39 with missile AP-IBZ. Generally, it is known that the ballistic resistance referred to the presented armour configuration is guaranteed, if the hardness of additional armour reaches the minimum value of 540 HBW at fulfilment of requirement to toughness, which guarantees that at the hit no brittle failure and destruction of whole armoured plate will occur. These contradictory requirements can be met by creating a heterogeneous steel armoured plates consisting of bainitic structure with variable carbon content. Evaluation of the characteristics of the material after the heat treatment has been carried out by standard methods of material research and it was accompanied by the firing test. For the experiments the plates with dimensions 500 x 500 mm and thickness of 4.0 mm from commercially supplied steel ARMOX 500T were used as a staple. 11

14 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Možné ohrožení vojenské i civilní techniky, či jiných cílů, je v dnešní době s ohledem na probíhající konflikty a teroristické akce relativně vysoké. Ve většině případů se s mírou tohoto ohrožení počítá, a proto se vlastnosti materiálů používaných pro pancéřovou ochranu stále zlepšují tak, aby příslušná míra rizika při konkrétním uplatnění v praxi byla co nejmenší. V případě, že je požadavek na hladinu balistické ochrany proměnný podle podmínek nasazení (požadovaný dojezd, plavba atd.) a konstrukční uspořádání vozidla to umožňuje, je pro zvýšení balistické ochrany používáno přídavné pancéřování. Příklad sestavy s přídavným pancéřováním je uveden na obr. 1. tepelným zpracováním, které bylo zvoleno tak, aby na straně nástřelu zajistilo dostatečnou tvrdost povrchové vrstvy pancíře a současně zabránilo křehkému porušení a plošné destrukci pancíře po zásahu střelou. Návrh a optimalizace technologie tepelného zpracování, který vychází z prací prof. Bhadeshii [2] je náplní tohoto článku. 1. Experiment Legující prvky jako chróm, nikl a další, jejichž vliv je v modelu zohledněn, snižují aktivitu uhlíku v tuhém roztoku, zvyšují stabilitu přechlazeného austenitu a posouvají tak rozpadové křivky k delším časům. Klesající obsah uhlíku od povrchu potom ovlivňuje teploty Ms a Mf tak, že je posouvá k vyšším hodnotám a snižuje stabilitu austenitu. ADDITIONAL ARMOUR Obr.1 Sestava přídavného pancéřování Fig. 1 Additional armour configuration BASIC ARMOUR Protože použití sestavy se základním pancířem z oceli ARMOX 500T, (která byla zvolena na základě zkušeností s výrobou vojenské techniky) a přídavného pancíře ve vzdálenosti 15 mm z homogenní termomechanicky zpracované oceli (ARMOX 500T, ARMOX 600T nebo SECURE 600) nesplňuje při snížení hmotnosti požadavek na balistickou odolnost a různé typy duálních pancířů, případně pancíře na bázi keramiky, nesplňují ekonomické hledisko a také v určitých případech i dostupnost, byla pro výrobu přídavného pancíře zvolena cesta modifikace komerčně dodávané pancéřové oceli izotermickou transformací na bainitickou strukturu s požadovanou tvrdostí vyšší než 540 HBW a dostatečnou odolností proti křehkému porušení. Difúzní tok uhlíku závisí především na hodnotě difúzního koeficientu a na koncentračním gradientu. Stabilita austenitu je především ovlivněna vzájemnou interakcí legujících prvků, velikostí zrna austenitu, podílem nerozpuštěných sekundárních částic, čistotou materiálu, specifikou hutních pochodů a dalšími vlivy. Zpravidla je jako proměnná uvažováno chemické složení oceli, velikost zrna austenitu a v některých případech podmínky austenitizace. Stabilita austenitu oceli v průběhu tepelného zpracování představuje problém v procesu volby materiálu konkrétní součásti. Požadavky na pevnost a houževnatost včetně zahrnutí deformačních charakteristik materiálu a způsobu namáhání jsou základem pro volbu materiálu pancíře s odpovídající tvrdostí bainitu a definování hloubky pod povrchem, ve které bude požadovaný podíl bainitu zaručen. Pancéřová ocel ARMOX 500T ve strukturním stavu po termomechanickém zpracování, o chemickém složení a mechanických vlastnostech udávaných výrobcem, uvedených v tab. 1, byla použita jako polotovar pro další tepelné zpracování. Tab.1 Chemické složení a mechanické vlastnosti materiálu ARMOX 500T (hm.%) [3] Tab. 1 Chemical composition (wt. %) and mechanical properties of the steel ARMOX 500T Tabled chemical composition of ARMOX 50T steel(wt. %) ocel C Mn Si Ni Cr P S ARMOX 500T Mechanické vlastnosti Mechanical properties S ohledem na aplikace přídavných pancířů při balistické ochraně vojenské techniky byl jako základní tvar polotovaru přídavného pancíře zvolen plech Rm (MPa) Rp 0,2 (MPa) A 5 (%) Tvrdost HBW o rozměrech 500 x 500 mm a tloušťce 4,0 mm, vyrobený z komerčně dodávané oceli ARMOX 500 T Tato ocel byla jako polotovar zvolena z důvodu vysoké reprodukovatelnosti výchozích vlastností a její Tolerance tloušťky plechů do 13 mm je standardně strukturní stav byl modifikován dalším vlastním udávána + 0,8 mm. 12 max. 0,32 max. 1,20 max. 0,40 max. 1,80 max. 1,00 max. 0,015 max. 0,010

15 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Jak je uvedeno v práci [2] byla pro dosažení bainitické struktury (označované jako superbainit), vyhovující požadavkům balistické odolnosti, stanovena teplota izotermické transformace na maximální hodnotu 250 C pro chemické složení uvedené v tab. 2. Tab. 2 Chemické složení oceli pro izotermické zpracování (hm.%) Tab. 2 Chemical composition (wt. %) of steel for isothermal treatment C Mn Si Ni Cr V S 0,98 1,89 1,46-1,26 0,09 max. 0,50 Protože na trhu nejsou dostupné pancéřové plechy s obsahem uhlíku odpovídajícímu požadavku na chemické složení oceli použité pro pancíř se strukturou superbaintu a komerční konstrukční oceli nejsou pro použití v této oblasti vhodné, byl, jak bylo uvedeno, jako polotovar přídavného pancíře použit pancéřový plech z oceli ARMOX 500T, který byl chemicko tepelně upraven cementací. 2. Návrh obsahu uhlíku v cementované vrstvě Na základě chemického složení oceli použité pro pancíř se strukturou superbaintu, uvedeného v tab. 2, byl zkonstruován s využitím software TT Stel verze 2.1 diagram izotermického rozpadu austenitu, ze kterého byla určena teplota Ms a kritické teploty a časy rozpadu austenitu na nemartenzitické strukturní složky [4]. Teplota [ C] 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 IRA-diagram 0,00 0,010 1,00 100, Čas [s] Obr.2 Diagram IRA oceli použité pro pancíř se strukturou superbaintu. Fig. 2 IRA diagram of the steel used for the armour with superbainitic structure Materiálové inženýrství Material Engineering Pancéřová ocel ARMOX 500T byla zvolena i z toho důvodu, že obsah uhlíku je blízký cementačním ocelím a tak mohlo být bez úprav využito softwarové vybavení cementační linky a mohl být odhadnut průběh koncentrační křivky uhlíku po cementaci. Obsah legujících prvků vyhovuje požadovaným hodnotám a v ekonomicky tato ocel také vyhovuje. Teplota [ C] 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 IRA-diagram 100,0 0,010 1,00 100, Čas [s] Obr. 3 Diagram IRA pro chemické složení odpovídající 80% normovaných hodnot oceli ARMOX 500T. Fig. 3 IRA diagram for chemical composition corresponding to 80% of nominal value of the steel ARMOX 500T steel nominal value Z obr. 3 plyne, že daný stupeň legování posouvá bod odpovídající minimu na časové ose křivky Bs na souřadnice 39s při teplotě 392 C a čáry odpovídající teplotám Ms a Mf na hodnoty Ms = 338 C a Mf = C. Tato ocel tedy nesplňuje podmínku maximální hodnoty teploty Ms = 250 C. Protože hodnota teploty Ms je mimo vlivu dalších faktorů funkcí obsahu uhlíku byla pomocí software TT Stel verze 2.1 vypočtena závislost hodnoty teploty Ms na obsahu uhlíku pro konstantní obsah legujících prvků. Tento výpočet byl korigován empirickým vztahem závislosti teploty Ms na chemickém složení ve tvaru [5]: Ms = 512-(493 C)-(16,9 Ni)-(15 Cr)-(9,5Mo)+(217 C 2 )- (71,5C Mn)-(67,6 C Cr), kde koncentrace prvků je uvedena v (%hm.). Z obrázku 2 plyne, že daný stupeň legování posouvá bod odpovídající minimu na časové ose křivky Bs na souřadnice 214s při teplotě 450 C a čáry odpovídající teplotám Ms a Mf na hodnoty Ms = C a Mf = 80 0 C. Diagram IRA pancéřové oceli ARMOX 500T zkonstruovaný pro chemické složení odpovídající 80% normovaných hodnot je uveden na obr. 3. Obr. 4 Závislost teploty Ms na obsahu uhlíku Fig. 4 Dependence of the Ms temperature on the carbon content 13

16 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Z uvedených vztahů plyne, že pro dosažení teploty Ms = 250 C je při daném stupni legování (ocel Armox 500T) limitní hranicí minimální obsah uhlíku 0.52 % hm. S ohledem na optimalizaci vlastností bainitické struktury byla zvolena požadovaná hodnota obsahu uhlíku těsně pod povrchem pancéřového plechu 0,70 až 0,80 % hm. Tloušťka cementační vrstvy byla navržena 2,0 mm. Těmto parametrům odpovídá předpokládaná teplota Ms 150 až 180 C. Na základě provedeného rozboru byly navrženy předběžné podmínky procesu cementace, které jsou uvedeny v tab. 3. Tab. 4 Skutečné podmínky procesu cementace Tab. 4 Real conditions of cementation process Proces řízen programem: ALFA 6 Doba: 0:20 0:20 9:00 3:00 0:30 (Hod:min) Teplota ( 0 C) uhlíkový 0,40 0,60 1,10 0,95 0,83 potenciál (%) mez sazení (%) 0,87 1,10 1,21 1,21 0,95 Cementace byla provedena v cementační lince CODERE SA v komerční kalírně za podmínek uvedených v tabulce 4. Tab. 3 Návrh podmínek procesu cementace Tab. 3 Proposal of conditions of the cementation process Nauhličující Průměrná 1,10 % C 1193 K potenciál teplota procesu Počáteční Difúzní koef. C 3, koncentrace v austenitu -11 0,26 hm.%c ms -1 uhlíku Doba cementace 13,0 hod Hloubka pod povrchem 0 až 2,0 mm Návrh parametrů cementace uvedený v tab. 3 byl ověřen výpočtem s využitím řešení rovnice II. Fickova zákona (6) aplikované na poloprostor. Počáteční a okrajové podmínky a parametry procesu jsou uvedeny v tab. 3. Závislost předpokládané koncentrace obsahu uhlíku na hloubce pod povrchem je uvedena na obr. 5. Obr. 5 Předpokládaná koncentrace uhlíku pod povrchem plechu Fig. 5 Hypothetical carbon concentration below the sheet surface Modelováním průběhu ochlazování plechu o tloušťce 4,0 mm z teploty 830 C do solné lázně o teplotě C (obrázek 6) bylo provedeno programem TT Steel, verze 2.1 a ukázalo, že transformace na spodní bainit proběhne do hloubky 1,0 mm od povrchu. V hloubce větší než 1,0 mm lze po tepelném zpracování předpokládat směs bainitu s převládajícím podílem martenzitu popuštěným na teplotu solné lázně. Na základě modelu cementace a ochlazení po přenesení plechu do solné lázně, byl s přihlédnutím na technologické požadavky procesu navržen technologický postup a podmínky cementace uvedené v tab. 4. Obr. 6 Model průběhu ochlazování středu plechu v hloubce 1.0 mm pod povrchem Fig. 6 Model of cooling course at the sheet centre at the depth of 1.0 mm below the sheet surface Pancéřové plechy byly po ukončení procesu cementace, po přichlazení na teplotu 830 C, izotermicky kaleny v solné lázni soli AS 140 o složení 45% KNO % NaNO % NaNO 3 při teplotě 190 C po dobu jedné hodiny a ochlazeny na vzduchu. 3. Kontrola obsahu uhlíku v cementační vrstvě Po tepelném zpracování byla, po odbroušení povrchové vrstvy ovlivněné ochlazováním v soli, provedena kontrola obsahu uhlíku. V hloubce 0,08 mm byla naměřena koncentrace uhlíku 0,86 hm %. Dále byla po odbroušení provedena kontrola chemického složení do hloubky 1,3 mm od cementovaného povrchu. Průběh chemického složení po cementaci je uveden na obr. 7. Obr.7 Průběh koncentrace uhlíku Fig. 7 Carbon content course 14

17 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Chemická analýza vzorků byla provedena metodou GODS na spektrometru LECO SA-2000 při následujícím nastavení ( U = 800 V, I = 28,6 ma, p = 506 Pa). Materiálové inženýrství Material Engineering precipitátů a s minimálním podílem zbytkového austenitu (obr. 9). Tvrdost tohoto typu mikrostruktury dosahuje hodnoty jednotek HV 0, Kontrola průběhu mikrotvrdosti Z pancéřového plechu 500 x 500 mm byl odebrán vzorek, ze kterého bylo na metalografické pile LECO VIPER M2 vyříznuto devět kusů vzorků o rozměrech 10 x 10 mm, které byly zalisovány a připraveny pro měření mikrotvrdosti HV 0,05 na přístroji LECO LM 247 AT s využitím software AMH 43. Průběh průměrných, maximálních a minimálních hodnot mikrotvrdosti je uveden na obrázku 8. Obr. 9 Mikrostruktura v hloubce 0,2 mm od cementovaného povrchu. Fig. 9 Microstructure at the depth of 0.2 mm below the cemented surface Obr 8 Průběh mikrotvrdosti HV 0,05 na hloubce pod povrchem Fig. 8 Course of microhardness HV 0.05 in relation to the depth below surface Z experimentů provedených v rámci hodnocení balistické odolnosti heterogenních ocelových pancířů plyne, že limitní hodnota tvrdosti, která v závislosti na tloušťce pancíře má schopnost narušit jádro průbojné střely náboje 7,62 x 54R je HBW 540. Této hodnotě na základě prostého přepočtu přibližně odpovídá tvrdost HV0,05 = 575. Tuto limitní hodnotu splňuje cementovaný a izotermicky zušlechtěný pancíř do hloubky 1,5 mm. 5. Kontrola mikrostruktury Pro kontrolu mikrostruktury byla zvolena metoda světelné mikroskopie. Vzorky byly připraveny podle zásad pro přípravu metalografických vzorků a dokumentace byla provedena na světelném mikroskopu Neophot 32 s osazenou digitální kamerou Color View IIIu firmy Olympus. Všechny vzorky byly leptány leptadlem NITAL. Obsah uhlíku v hloubce 0,2 mm dosahuje průměrné hodnoty 0,86 hm.%. Tomuto obsahu uhlíku odpovídá pro kontrolovanou ocel kritická teplota rozpadu austenitu Ms = 150 C. Izotermickým kalením byla v povrchové vrstvě přídavného pancíře vytvořena struktura s převládajícím podílem spodního bainitu, ve které je patrné vyloučení jemných karbidických Obr.10 Mikrostruktura v hloubce 1,0 mm od cementovaného povrchu. Fig. 10 Microstructure in at the depth of 1.0 mm below the cemented surface Obsah uhlíku v hloubce 1.0 mm dosahuje průměrné hodnoty 0,65 hm.%. Tomuto obsahu uhlíku odpovídá pro kontrolovanou ocel kritická teplota rozpadu austenitu Ms = 203 C, která je vyšší než teplota solné lázně. Tepelným zpracováním byla v této hloubce pod povrchem přídavného pancíře vytvořena struktura s převažujícím podílem martenzitu popuštěného na teplotu solné lázně a bainitu (obr. 10). Tvrdost tohoto typu mikrostruktury dosahuje hodnoty cca 670 jednotek HV 0, Kontrola balistické odolnosti Kontrola balistické odolnosti byla provedena metodou podle STANAG 4569 s dopadovým úhlem 0 0 v akreditované laboratoři (střelnici) s vyhovujícími výsledky. 15

18 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Závěr Použití přídavného pancéřování techniky je vždy limitováno povoleným zatížením náprav pancéřovaného vozidla a cenou, která je dána použitým materiálem pancíře a náklady na technologii pancéřování. Cílem práce bylo zajistit požadovanou balistickou odolnost při snížení hmotnosti přídavných pancířů a s minimálními náklady. Tyto požadavky vedly ke zkoumání možností zvýšení balistické odolnosti při zmenšení tloušťky ocelového pancíře a v podstatě vyloučily použití jiných typů pancířů jako např. heterogenních ocelových s vysokými náklady na technologii výroby a pancířů na bázi keramiky. Rozvoj chemicko-tepelného zpracování a řízení izotermických procesů umožnil vypracovat technologii tepelného zpracování, kterou byla deska z komerčně dodávané pancéřové oceli ARMOX 500T tloušťky 4.0 mm tepelně zpracována tak, že výsledný strukturní stav bainitické struktury a směsi na nízkou teplotu popuštěného martenzitu s bainitem zaručil podstatné zvýšení balistické odolnosti při současném snížení hmotnosti. Tento příspěvek byl zpracován s podporou projektu pro rozvoj pracoviště K 216 Podpora výuky a vědy v oblasti strojírenství (PRO k216) a projektu Aplikace moderních technologií u součástí speciální techniky (SV K216). Literatura [1] NATO AEP-55 STANAG 4569: Protection levels for occupants of logistic and light armored vehicles Part 1-4: General Annex A, First edition, 2004 [2] BHADESHIA, H.K.: Hard Bainite. The Minerals, Metals and Materials Society, Volume 1, 2005 [3] DATA SHEET: Version , ARMOX 500T, SSAB, p. 1-2, 2011 [4] Program TT Steel 2.1 uživatelská příručka, ITA spol s r.o., Martinská 6, Ostrava, 2003 [5] ASM HANDBOOK: Heat Treating, ISBN , Volume 4, p. 6, 1991 [6] PTÁČEK L.: Nauka o materiálu I, Akademické nakladatelství CERM, s.r.o. ISBN , 2001 [7] CHRÁSKA, P., FREIWILLIG, R., DUBSKÝ, J.: Bainitická transformace v ocelích, 1. vydání, ACADEMIA Praha, 1981 Recenze: Ing. Miroslav Liška, CSc. prof. Ing. Eva Mazancová, CSc. 16

19 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Materiálové složení malorážového střeliva Material Composition of Small Arms Ammunition Ing. Zdeněk Pokorný, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií, Ing. Zdeněk Malaník, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky Vlivem vývoje a výzkumu dochází v mnoha oblastech průmyslu k dosahování inovací. Modernizací strojírenství bylo v posledních letech dosaženo lepších výsledků v nejrůznějších odvětvích obranného průmyslu. Velké množství světových, ale i tuzemských výrobců je nuceno nakupovat a zavádět do výroby nové technologie, které jim umožňují zkvalitnit jimi vyráběné produkty a tím zvýšit možnosti akvizice na světových trzích. Ne jinak je tomu i u světových výrobců střeliva, kteří v důsledku trendů nastolených zejména v USA jsou nuceni vyvíjet tzv. netoxické střelivo, jež je celosvětově označováno jako GREEN. Jedná se tedy o střelivo, které je velmi šetrné jak k uživateli, tak i k přírodě a životnímu prostředí vůbec. Jak již název napovídá, jedná se o střelivo netoxické povahy. Experimentální metody použité k hodnocení vlastností střeliva Frangible ukázaly jeho reálné vlastnosti a jeho chování při běžném použití, tedy při střelbě. V rámci experimentů bylo primárně hodnoceno chemické složení vybraných střel. Dále byly ověřovány jejich vlastnosti a chování a to reálnou střelbou na reálné překážky. V rámci experimentů byla postřelována balistická plastelína a balistická ochrana jednotlivce. Výsledky experimentů přinesly celkový obraz o využitelnosti a vlastnostech střeliva Frangible. As a result of research and development an innovation has been reached in many areas of industry. Due to modernization in machinery much improvement has been achieved in many areas of defence industry. A number of both national and international producers feels the necessity to buy and to incorporate new technologies into their production in order to improve their products and thus to improve their opportunity of acquisition on world markets. It is likewise with international producers of ammunition referred to as GREEN. It is a type of ammunition very friendly to its user, as well as to the environment. As its name suggests, the ammunition is of non-toxic nature. The experimental methods used to evaluate the properties of Frangible ammunition tested and revealed its real properties and performance in real use, i.e. while shooting. Primarily, chemical composition of selected bullets was analysed. Their properties and performance were also tested by actual shooting on real barriers. Ballistic plasticine and ballistic personal protection were used for the experiments. The results gave an overall picture of practicability and properties of Frangible ammunition. Střely typu Frangible, dále jen FG, jsou nově vyvíjené střely, jež se vyznačující snadnou tříštivostí po nárazu na překážku. Přitom tvrdost překážky musí být minimálně stejná, lépe pak vyšší než tvrdost samotné střely. Střelivo typu FG je laborováno střelou speciální konstrukce vyrobenou lisováním kovových prášků (cín, měď, zinek, wolfram) spolu s vhodnými pojivy. U střely typu FG je sníženo riziko odrazu, průstřelu a s tím spojených vedlejších účinků střelby. Zvláštností střel typu FG je, že se při střetu s překážkou o větší hustotě než je hustota materiálu střely rozkládá na drobné částice (fragmenty) velmi malých rozměrů, téměř prachu. Zjevnou výhodou střely je její deformace v cíli, čímž nedochází k druhotné tvorbě střepin z vlastního těla střely, které by dále ohrožovaly střelce nebo jeho okolí. Náboje se střelami FG vznikly koncem 70. let v USA a primárním důvodem jejich vzniku byla ekologie (minimální obsah těžkých kovů a jedovatých látek) a bezpečnost (bezpečnější výcvik a také použití v civilním prostředí). Na počátku vývoje a výroby těchto střel konstruktéři narazili na mnohé problémy, které byly spojeny právě se zmíněnou tříštivostí střel, spolehlivostí při přebíjení během střelby a se soudržností těla střely 17 během výstřelu. V mnoha případech docházelo k dělení střely již v hlavni. Mnohé problémy byly odstraněny až s rozvojem technologie práškové metalurgie. S rozvojem technologie práškové metalurgie došlo k velkému rozvoji právě takto vyráběných střel. Jednalo se o střely s podobnými balistickými a funkčními vlastnostmi jako mají střely konvenční, tedy střely s olověným jádrem. Z funkčního hlediska se tyto střely blížily střelám konvenčním. Střely FG vyrobené práškovou metalurgií byly schopny odolat tlaku v hlavni, měly menší rozptyl, značnou spolehlivost při nabíjení oproti starším konstrukcím a přitom po nárazu na překážku došlo k jejich částečné či úplné fragmentaci. Díky rozvoji technologie práškové metalurgie se objevily nové možnosti výroby střel majících specifické vlastnosti v cíli, které dnes vytlačují běžně používané střely s olověným jádrem. Za průkopníky ve vývoji FG střel jsou považovány společnosti Glaser a Speer Lawman. První prototyp střely typu FG společnosti GLAZER byl označován jako SLUG (obr. 1). Jednalo se o střelu specifické konstrukce. Z této konstrukce vycházely i jiné společnosti.

20 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Obr. 3 a Vzhled náboje s FG střelou a pláštěm vytvořeným spékáním Fig. 3 a Appearance of FG ammunition (sinter coated) Obr. 1 Průkopník mezi FG střelami, střela SLUG Fig. 1 Prototype of frangible ammo, bullet SLUG type Střely typu FG jsou složeny ze směsí kovových prášků a polymerů, které zajišťují, že se střela během nabíjení a pohybu v hlavni nerozpadne. Proto je ve střele použito jak kovů tvrdých tak i houževnatých. Jejich společné slisování zajišťuje dostatečnou soudržnost a pevnost. Příklad použitých kovů je uveden na obr. 2. Obr. 3 b Vizáž náboje s elektrolyticky pokovenou FG střelou Fig. 3 b Appearance of FG ammunition (copper coated) Jádro je vyrobeno technologií práškové metalurgie. Tato technologie může být aplikována pro všechny ráže a tvary střel. Při výrobě střel technologií práškové metalurgie dochází ke smíchání práškových kovů, oxidů, s vhodnými urychlovači tavení či mazivy. Měkké kovy (cín nebo zinek) jsou míchány s kovy tvrdými o vysoké hustotě (wolfram). Směs je pak nasypána do kovové formy a je lisována za vysokého tlaku při teplotě cca 25 C. Obr. 2 Střela 9mm FG s jádrem cín-wolfram Fig. 2 9 mm FG bullet with tin-tungsten core K dosažení tohoto cíle se výrobci snaží využít různé technologické postupy. Jednou z možností, jak předejít potížím s křehkostí střely, bylo elektrochemické pokovení mědí. Vytvořený pseudoplášť zvýšil odolnost a soudržnost střely, její poddajnost v hlavni a zcela uzavřel jádro tvořené slisovaním kovového prášku. K vytvoření pláště je však nutno použít takovou slitinu, která by se střele po nárazu na cíl zajišťovala stejné chování jako v případě, neplášťované střely. Tedy, plášť musí vykazovat stejné chování jako jádro střely. Díky použití pláště je střela schopna vydržet vyšší síly a tlaky v hlavni, tím je dokonce zvýšena spolehlivost při nabíjení a přesnost střelby. Proces mechanického spojování za studena lisováním je používán z důvodů spojení různorodých kovů v jeden soudržný celek. V některých případech je použito pro výrobu střel i zápustkové kování. Střela jako výsledný produkt smí být zahřívána během probíhajícího lisování nebo se vkládá do pece až po procesu lisování. Důvod spékání spočívá ve vytvoření slitiny (pláště) na povrchu střely (obr. 3a, b). Plášť však může být vytvořen na povrchu střely i pokovením. V případě tohoto technologického postupu dochází po slisování oxidů do formy k vytvoření jádra střely, které je dále elektrochemicky pokoveno. Jedná se o pokovení čistou elektrochemickou mědí. Poměr jednotlivých oxidů obsažených ve směsi je takový, aby střela dosahovala stejných nebo lepších vlastností než v případě olova. Produkty práškové metalurgie jednoduše nahrazují olověné střely a poskytují vyšší flexibilitu v kontrole vlastností střel (řízený rozpad). Proces zpracování, složení střel a velikost částic prášku, ovlivňuje její chování při nárazu na překážku (obr. 4). 18

21 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Obr. 4 Neoplášťovaná FG střela během a po nárazu na cíl Fig. 4 Uncoated FG bullet before, during and after impact Mechanické vlastnosti kovu lze ovlivnit technologií výroby, použitým tlakem či teplotou tavení nutnou pro vytvoření pláště. Výsledkem použité technologie výroby je střela, která má specifické vlastnosti a zásadně se liší od klasických střel s olověným jádrem. Požadavky na střely se však stále více stupňují a jejich vývoj postupuje velmi rychle. Díky nové technologii výroby FG střel nabývá také jejich použití mnohem většího významu. Dnes již není problém použít FG střely pro případy, kdy je nejprve nutné překonat nějakou překážku a až poté zasáhnout cíl. Což je významný pokrok oproti zmiňovaným prvotním FG střelám. Obr. 5 Fotografie vzorku č. 1 střely s pozicemi měřených mist, lokálních bodů, struktura povrchu při 400 násobném zvětšení Fig. 5 Picture of the sample 1 of bullet 1 with locations of measurement, local points, structure of surface bullet, magnification 400x S postupujícím vývojem se vlastnosti střel hodně přibližují konvenčním střelám a v některých vlastnostech je již předčily. 1. Experimentální část V rámci experimentálních měření bylo primárně analyzováno chemické složení dvou dodaných střel typu FG. U vzorků střel FG byla za pomocí mikroanalyzátoru Noran, kterým je osazen elektronový rastrovací mikroskop Hitachi od společnosti Tescan, zkoumáno složení nehomogenního materiálu, z něhož jsou střely vyráběny. V obou případech se jednalo o střely v ráži 9 mm Luger. V prvním případě byla experimentálně testována střela americké konstrukce společnosti Sinterfire, která je v USA uznávanou společností zabývající se problematikou rozpadajících se FG střel. V druhém případě se jednalo o střelu německé konstrukce společnosti MEN, jež se zabývá vývojem střel v Německu. Při experimentu bylo zjišťováno skutečné složení z několika míst povrchu střely. Vybraná místa (plošky o velikosti 5 µm) se lišila strukturou povrchu. Tato místa byla označena body 1-5 (viz obr. 5, 6), dále jen lokální body 1-5. V každém lokálním bodu byly naměřeny různé hodnoty obsažených prvků. Obr. 6 Fotografie vzorku č. 2 střely s pozicemi měřených míst, lokálních bodů, struktura povrchu při 350-ti násobném zvětšení Fig. 6 Picture of the sample 2 of bullet 2 with locations of measurement, local points, structure of surface bullet, magnification 350x Chemické složení v jednotlivých bodech bylo získáno v podobě grafů (obr. 7), dále bylo zpracováno do tabulek pro jednotlivé střely (tab. 1). U střely Sinterfire (obr. 5), vzorku č. 1, bylo zjištěno, že se jednalo o skupiny prvků O, Cu, Al, kdy rozmezí hodnot prvku Cu se pohybuje v intervalu Hodnoty byly zjištěny v lokálním místě č. 1 střely při 400-násobném zvětšení. Z grafu na obr. 7 je patrný rozdíl obsahů prvků Cu, Al a O jež jsou ve směsi obsaženy. Množství jednotlivých prvků je graficky znázorněno v obr. 7 a číselně vyjádřeno pomocí procentuelní hodnoty hmotností jednotlivých prvků včetně možné chyby měření (nepřesnosti) uvedeny tab

22 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN prvek Cu, kdy rozmezí hodnot prvku Cu se pohybovalo v intervalu hodnot při 350-násobném zvětšení. Obr. 7 Grafické vyjádření chemického složení vzorku 1 Fig. 7 Graph of chemical composition of the sample 1 Ve druhém měřeném místě, lokálním místě č. 2, se jednalo o skupiny prvků W, C, Ge, kdy rozmezí hodnot prvku W se pohybovalo v intervalu Z obr. 9 je patrný rozdíl obsahů prvků W, C a Ge, jež jsou ve směsi obsaženy (obr. 9). Množství jednotlivých prvků je graficky znázorněno v grafu na obr. 9 a procentuelní hodnoty hmotností jednotlivých prvků včetně možné chyby měření (nepřesnosti) jsou číselně uvedeny tab. 3. Tab. 1 Vyjádření procentuelních hmotností jednotlivých prvků obsažených ve směsi Tab. 1 Expression of weight percentage of all components contained in the mixture O Al Cu Hmotnost [%] Chyba [%] +/ / /-1.15 V případě lokálního místa č. 2 střely sinterfire se jednalo o skupiny prvků Ag, Sn, Cu, kdy se rozmezí hodnot prvku Sn pohybovalo v intervalu Procentuelní hodnoty hmotností jednotlivých prvků včetně možné chyby měření (nepřesnosti) jsou číselně uvedeny tab. 2. Obr. 8 Grafické vyjádření chemického složení vzorku 2 Fig. 8 Graph of chemical composition of the sample 2 Tab. 2 Procentuelní hmotnost jednotlivých prvků obsažených ve směsi Tab. 2 Expression of weight percentage of individual elements contained in the mixture Cu Ag Sn Hmotnost [%] Chyba [%] +/ / /-1.12 V případě lokálního místa měření č. 3 střely sinterfire se jednalo o skupiny prvků Sn, Cu, kdy rozmezí hodnot prvku Sn se pohybuje v intervalu V měřeném místě č. 4 obsahoval vzorek č. 1 skupiny prvků Sn, Cu, kdy rozmezí hodnot prvku Sn se pohybovalo v intervalu V místě měření č. 5 se jednalo o skupiny prvků C, Al, Cu a Sn, kdy rozmezí hodnot prvku Sn se pohybuje v intervalu U druhé testované střely, střely společnosti MEN (obr. 6) bylo zjištěno, že v měřeném bodě č. 1 byl obsažen Obr. 9 Grafické vyjádření chemického složení vzorku 2 Fig. 9 Graph of chemical composition of the sample 2 Tab 3 Procentuelní hmotnost jednotlivých prvků obsažených ve směsi Tab. 3 Expression of weight percentage of individual elements contained in the mixture C Cu Ge W Hmotnost [%] Chyba [%] +/ / / /-1.74 V případě místa měření č. 3 se jednalo o skupiny prvků W, Cu a Ge, kdy rozmezí hodnot prvku W se pohybuje v intervalu V měřeném bodě č. 4 se jednalo o skupiny prvků C, Cu, Al a O, kdy rozmezí hodnot prvku Cu se pohybuje v intervalu V bodě č. 5 se jednalo o skupiny prvků C, Al a Cu, kdy rozmezí hodnot prvku C se pohybuje v intervalu V případě lokálního bodu měření č. 6 se jednalo o skupiny prvků C, O a Cu, kdy rozmezí hodnot prvku C se pohybuje v intervalu Z důvodu objektivního zhodnocení skutečných vlastností střeliva FG byly provedeny reálné střelecké experimenty. Střelba probíhala na vzdálenost 5 m, což je vzdálenost účinné a efektivní střelby z pistole. Pro provedení experimentu bylo použito nábojů v ráži 9 mm LUGER, balistické ochrany jednotlivce, dále jen BOJ a plastelína (náhradní materiál, dále jen NM), která byla umístěna za BOJ (obr. 10) z důvodu objektivního posouzení charakteristik vzniklého trauma efektu. Použitá BOJ se skládala ze 23-ti vrstev. Jednalo se o BOJ třídy III.A dle standardu NIJ NM, jež byl umístěn za BOJ, sloužil jako ukazatel množství energie v cíli ve vzdálenost 5 m a jako lapač v případě, že by došlo k prostřelení BOJ. 20

23 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Obr. 10 Fig. 10 Upevnění BOJ, za ní plastelína simulující živý organismus (tělo) Installation of ballistic vest, ballistic plasticine simulating living organism (body) Pro vyhodnocení experimentů byla využita porovnávací metoda. Právě z tohoto důvodu bylo pro střelbu použito 5 různých nábojů. Obr. 12 Fragmentace střely CQT po zásahu BOJ Fig. 12 Fragmentation of CQT bullet after impact on ballistic vest Během přípravy střelby byla na BOJ zaznačena záměrná značka, tedy místo, kam měla být vstřelena střela. Prvním nábojem použitým k balistickému posouzení byl pistolový náboj ráže 9 mm Luger se střelou FG americké společnosti Federal (obr. 11). Jedná se o FG střelu, která spadá do výše zmíněné řady netoxického střeliva BallistiClean, mající stejný výkon jako klasické pistolové střelivo používané pro služební úkony. Pro experiment bylo použito střelivo CQT. CQT střely se při kontaktu s kovovým cílem okamžitě tříští. Mají snížené riziko odrazu od šikmých i vertikálních ploch. Obr. 13 Znázornění sádrového odlitku trauma efektu po nárazu střely do BOJ Fig. 13 Image of plaster casting of trauma effect after impact of bullet on ballistic vest Přitom je všeobecně známa podmínka, že pokud výška šokového otisku vykazuje větší hodnotu jak 20 mm, je riziko vzniku vnitřního zranění příliš velké vlivem lacerace vitálních orgánů. Těmto typům poranění není možno zabránit ani použitím antišokové vložky do BOJ. Je proto nutné poznamenat, že toto střelivo není svými účinky tak bezpečné jak uvádí jeho výrobce. Obr. 11 Střela RHT (CQT) Fig. 11 RHT bullet (CQT) Změřená rychlost střely v4 byla 373 m.s-1. Tato rychlost je srovnatelná s rychlostí střely klasického náboje stejné ráže. Střela nepronikla BOJ, ale zůstala v ní zaklíněna (obr. 12). Během proniku se tělo střely rozpadlo (fragmentovalo) na značné množství malých částí (fragmentů, úlomků), které byly zachyceny jednotlivými vrstvami BOJ. Přitom střela postupně porušila 10 vrstev kevlarových vláken. Druhý náboj, který byl pro střelbu vyčleněn je náboj se střelou FG. Jedná se o střelu americké konstrukce společnosti Sinterfire (dále FG S&B), jež byla zalaborována do nábojnice S&B (obr. 14). Po zásahu BOJ na podkladový NM vznikl šokový otisk (trauma efekt), jehož objem a tvar je kvantitativním vyjádřením ranivého potenciálu střely (RPS). V případě náboje CQT byl objem trauma efektu (dále jen TE) 23 ml. Výška (hloubka) odlitku TE v nejvyšším místě byla 35 mm (obr. 13). 21 Obr. 14 Náboj FG S&B Fig. 14 FG S&B ammunition

24 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Rychlost této střely se od střely předcházejícího náboje značně lišila. V tomto případě byla naměřena rychlost v 4 (rychlost blízká dopadové rychlosti) 474 m.s -1, což je o téměř 100 m.s -1 vyšší než u střely stejné konstrukce. Důvodem vysoké počáteční rychlosti střely je použití dvousložkového prachu, který má silně progresivní hoření. Působením střely došlo k penetraci BOJ, což zcela odporuje doporučenému použití FG střeliva. Jak výrobci střeliva uvádí na svých internetových propagačních stránkách, je konstrukce střely řešena tak, aby k jevům typu průstřel či odraz od překážky vůbec nedocházelo. Tímto experimentem byla jedna z velmi důležitých schopností střely tohoto typu zcela vyvrácena. Došlo totiž k prostřelení nejen BOJ uvedené třídy, ale i podkladového NM umístěného za BOJ. Blok NM měl válcový tvar průměru 150 mm a výšku 100 mm (obr. 15). Uvedená výška simulovala tloušťku průměrného člověka v oblasti pasu. Třetí náboj, který byl pro experiment použit, byl náboj nazývaný též jako vz. 82. Náboj má zalaborovanou střelu ze spékaného železa (FeS). Po zakreslení záměrné značky v nepoškozeném místě BOJ byla vystřelena střela ze spékaného železa na BOJ. Rychlost střely v 4 byla 407 m.s -1. V cíly vznikl TE o objemu 14 ml (obr. 17), což je téměř dvakrát méně než v případě tzv. bezpečného FG střeliva. Přitom hloubka vtisku byla 26 mm. Obr. 17 TE po střele 9 mm vz. 82 Fig. 17 Trauma effect created by 9 mm type 82 ammo Střela po nárazu do BOJ zůstala zaklíněna, přičemž pronikla 3 vrstvami kevlarových plátů. Obr. 15 NM po zásahu BOJ Fig. 15 Substitute material after impact on ballistic vest Po střelbě byl odlit tvar střelného kanálu, který zůstal v bloku NM po proniku střely BOJ a jejím vniknutí do bloku podkladového NM (obr. 16). Po průniku BOJ však došlo k fragmentaci těla střely a vznik sekundárních projektilů, které jsou s velkou pravděpodobností schopny vnikat do hloubky a tím poškodit zasažené vnitřní orgány člověka. U čtvrtého pistolového náboje české výroby (S&B, Vlašim), který byl použit výhradně z důvodu komparace získaných výsledků, se jednalo o celoplášťovou střelu označovanou jako FMJ. V nábojnici byla zalaborována střela o hmotnosti 7,50 g a jako plášť byla použita mosaz CuZn10 (obr. 18). Obr. 18 Náboj ráže 9 mm Luger FMJ společnosti S&B Fig. 18 Ammo gauge 9 mm Luger FMJ ammo produced by S&B Rychlost střely v 4 byla 348 m.s -1. Střela zůstala zaklíněna v BOJ (obr. 19) a prostřelila 4 vrstvy. Obr. 16 Fig. 16 TE spojený se střelným kanálem střelou FG S&B (po průniku střely FG S&B BOJ a NM) Trauma effect connected with fire channel created by FG S&B (after penetration of FG S&B bullet into ballistic vest and substitute material) 22

25 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Obr. 19 Fig. 19 Střela FMJ zaklíněná v BOJ a tvar deformované střely po jejím vyjmutí z BOJ FMJ ammo caught in ballistic vest and appearance of the deformed bullet after impact on ballistic vest V pořadí pátý náboj byl rovněž z produkce společnosti S&B. Šlo o poloplášťovanou střelu označovanou jako SP. Střela měla hmotnost 6,5 gramu (obr. 20). Rychlost střely v 4 byla 370 m.s -1. V cíly vznikl TE o objemu 13,5 ml. Přitom hloubka vtisku byla 34 mm (obr. 23). Materiálové inženýrství Material Engineering Poměr jednotlivých oxidů obsažených ve směsi je navrhován tak, aby výsledný produkt (střela) dosahoval stejných nebo lepších vlastností než v případě konvenčních olověných střel. Produkty práškové metalurgie nahrazují konvenční olověné střely a poskytují vyšší flexibilitu v kontrole vlastností střel (řízený rozpad, fragmentace). Proces zpracování, složení střel a velikost částic prášku ovlivňuje chování střely při nárazu na překážku. Na základě vlastních výsledků bylo zjištěno, že reálné složení materiálu druhého vzorku je značně odlišné od složení udávaného výrobcem střeliva. Je pochopitelné, že výrobce není povinen udávat úplné složení vlastních produktů. Proto je samozřejmé, že byly objeveny nesrovnalosti v materiálovém složení. Zjištěním přesného obsahu materiálových komponent bylo prokázáno, že testované střely neobsahují toxické kovy. Jedná se tedy o střely netoxické, jež neobsahují žádné těžké kovy a to v obou případech. Obr. 20 Náboj ráže 9 mm SP z produkce české společnosti S&B Fig mm SP ammo made by the Czech company S&B V bloku NM vznikl TE o objemu 23 ml. Přitom hloubka vtisku v nehlubším jeho místě byla změřena 30 mm. 2. Hodnocení K měření chemického složení střel byly získány dvě střely vyrobené různými výrobci z blíže nespecifikovaných materiálů. Měření provedená na elektronovém mikroskopu TESCAN osazeným mikroanalyzátorem Noran bylo objasněno jejich materiálové složení. Na obr. 5, 6 jsou vždy označeny body, ve kterých bylo zjišťování chemické složení jednotlivých komponent. Důležitá část byla věnována reálným střeleckým experimentům, které ukázaly, že střelivo prezentované jako tzv. bezpečné (FG) je v mnoha ohledech střelivem méně bezpečným než střelivo klasické konstrukce. TE, vzniklý po nárazu střely na BOJ byl v případě použití FG střeliva prokazatelně hlubší než v případě střeliva klasických konstrukcí (obr. 18), tzn. po zásahu střelou FG vznikl vyšší ranivý účinek. V případě střeliva FG S&B došlo dokonce k prostřelení BOJ třídy III. A, což je co do bezpečnosti jedna z nejvyšších ochranných tříd mezi BOJ. V případě střely Sinterfire bylo složení částic tvořeno z 90% mědí a z 10% cínem. V různých místech se složení lišilo, což dokládají měření v jednotlivých bodech. Z grafu a tabulky hodnot závěrečného zhodnocení (obr. 5, 21) je zřetelné reálné složení FG střely. V první střele společnosti Sinterfire jsou nejvíce obsaženy dva hlavní stavební prvky. Další prvky (příměsi), jejichž obsah je patrný v lokálních místech 1-5, byly ve směsi obsaženy jen v minimálním množství. Ve střele jako celku byl jejich obsah tedy zanedbatelný (viz. obr. 21, tab. 4). Druhá střela společnosti MEN měla zcela odlišné složení. Zde byly identifikovány kromě mědi další prvky např. značně zastoupený uhlík, kyslík a wolfram. Naopak cín se zde vůbec neprokázal. Během experimentů se ukázalo, že je matrice tvořena plastem a v ní jsou zatavena zrna mědi a v menším množství také wolframu. Tyto wolframové částice zvyšují průřezové zatížení střely a ovlivňují tak i další vlastnosti mimo mechanických. 23 Obr. 21 Fig. 21 Znázornění množství prvků obsažených v bodě č. 1 vzorku č.1 Expression of average values of individual elements contained in the sample No. 1 Tab. 4 Vyjádření průměrného chemického složení jednotlivých komponent obsažených ve vzorku č. 1 Tab. 4 Average expression of chemical composition of all components contained in the sample 1 Prvek Hmotnost % Chyba % Atom % Chyba % Cu / / Sn / / Total

26 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN V případě náboje 9 mm CQT byl objem TE 23 ml, tj. stejně jako 9 mm FMJ. Hloubka vtisku však byla zcela odlišná (obr. 22). U střely náboje CQT bylo naměřeno 35 mm oproti 30 mm náboje se střelou FMJ. Již v případě, že je hloubka TE větší než 25 mm je střela pro organismus nacházející se za BOJ velmi nebezpečná vzhledem k vysoké pravděpodobnosti vzniku vnitřního zranění způsobeného vnikem TE do tkáně. Závěr Na základě získaných výsledků z balistických experimentů bylo zjištěno, že střelivo prezentované jako tzv. bezpečné (FG) je v mnoha ohledech střelivem méně bezpečným než střelivo klasické konstrukce. TE, vzniklý po nárazu střely na BOJ, byl v případě použití FG střeliva prokazatelně hlubší než v případě střeliva klasických konstrukcí. To znamená, že střelou FG po zásahu byl diagnostikován její vyšší ranivý potenciál. V případě náboje FG S&B došlo dokonce k průstřelu BOJ třídy III. A, což je co do bezpečnosti jedna z nejvyšších ochranných tříd mezi BOJ. V případě náboje 9 mm CQT byl zjištěn objem TE 23 ml, tj. stejně jako u střely FMJ klasického náboje ráže 9 mm. Hloubka vtisku však byla zcela odlišná (obr. 22). U střely náboje CQT bylo naměřeno 35 mm oproti 30 mm náboje se střelou FMJ. Už v případě, kdy je hloubka TE větší než 25 mm, je účinek střely pro organismus člověka, který se nachází za BOJ, velmi nebezpečný a to vzhledem k vysoké pravděpodobnosti lacerace některého z vnitřních orgánů po zásahu FG střely. V obou případech udával výrobce složení střely z určitých prvků, jež jsou běžně známy. Po experimentu, při němž bylo zjišťováno složení směsi, z níž je střela vyrobena, bylo dosaženo odlišných výsledků v materiálové konstrukci střel. Bylo zjištěno, že oproti údajům, jež udává výrobce, jsou ve střelách obsaženy i skupiny prvků, o nichž se vůbec nezmiňuje. Již z tohoto porovnání je zřejmé, že FG střelivo je více nebezpečné než standardně používané střelivo. Tato skutečnost se potvrdila při druhém výstřelu, kdy došlo k prostřelení BOJ a NM za ní. Během průniku se střela rozložila na velké množství malých fragmentů, které se v konečném důsledku chovaly jako sekundární projektily neboli střepiny. V případě použití daného střeliva FG S&B na živou tkáň by došlo k rozsáhlému porušení vnitřních orgánů vlivem působení střepin a následnému vzniku smrtelného zranění i za BOJ. To však zcela odporuje prvotní myšlence vzniku FG střeliva. Tedy neproniknout BOJ, nikoho nezranit v okolí konfliktu. V případě střel FG se jedná o střely s vyšším průbojným účinkem. Těmto druhům střel nemůže konkurovat ani střela vojenského charakteru, tedy střela FeS náboje vz. 82. Z odlitků šokových otisků jednotlivých střel je zřejmé, že při zásahu střelou v ráži 9 mm je nejméně nebezpečným nábojem náboj vz. 82, FMJ, SP, CQT a FG S&B y 70 tk o 60 n d 50 e J C QT F G S&B vz.82 F MJ SP O bjem trau m a ef ekt u [m l] Hlou bk a trau m a ef ekt u [m m ] P oče t p rost ře len ých v rs tev N ábo je 9 mm Obr. 22 Grafické zhodnocení výsledků střelecké zkoušky na BOJ třídy III.A Fig. 22 Graphical evaluation of results of real fire experiments with use of bullet-proof ballistic vest of the class III.A 24

27 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Obr. 23 Porovnání hloubky trauma efektu Fig. 23 Comparison of depth of the trauma effect Poděkování Článek vznikl za finanční podpory projektu pro rozvoj organizace Podpora výuky a vědy v oblasti strojírenství a Specifického výzkumu na katedře strojírenství, Fakulty vojenských technologií, Univerzity obrany v Brně. Literatura [1] POKORNÝ, Z.: Konstrukce a funkce střeliva Frangible. Diplomová práce, Univerzita obrany, Brno, 2006, 112 s. [2] HRUBÝ, V., KUSMIČ, D., POKORNÝ, Z.: Analýza pistolových střel vyrobených technologií práškové metalurgie. In Výzbroj a technika pozemních sil, Akadémia ozbrojených sil generála Milana Rastislava Štefánika: Liptovský Mikuláš, 2005, s Recenze: Ing. Petr Jonšta, Ph.D. prof. Ing. Karel Stránský, DrSc. Modernizace ocelárny na výrobu nerez ocelí Accerinox to modernize stainless steel meltshop. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 24 a 25, Španělská firma Accerinox Phalmones objednala u firmy SMS Siemag a firmy SMS INNSE dodávku nádoby konvertoru AOD a modernizaci elektrické obloukové pece z r Ocelárna je vybavena třemi elektrickými obloukovými pecemi a dvěma konvertory AOD. Ročně vyrábí 1 mil. t oceli. Z toho se t válcuje na plechy a t na dlouhé vývalky. U konvertoru AOD se při foukání kyslíku objevovaly vibrace. Optimalizace konstrukce nádoby byla objednána u firmy Acerinox. Vychází se z měření získaných během jedné kampaně vyzdívky. Byla proto navržena nová nádoba a k ní dvě výměnné nádoby, každá na hmotnost tavby 108 t. Elektrická oblouková pec má hmotnost tavby 120 t. Je sklopná a bude vybavena novým víkem se sprchovým chlazením elektrod. Konvertor bude uveden do provozu koncem r. 2012, oblouková pec v průběhu roku LJ 25

28 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.4/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Vliv plazmové nitridace na změnu parametrů textury povrchu Influence of Plasma Nitriding on the Surface Texture Parameters Ing. David Kusmič, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií Technologie plazmové nitridace je v současnosti stále více využívána ve strojní výrobě, nejčastěji za účelem zvýšení povrchové tvrdosti, meze únavy a popřípadě také ke zvýšení korozní odolnosti. Nejčastěji se plazmová nitridace zavádí jako finální operace, která splňuje požadavky velmi dobré opakovatelnosti procesu, spolehlivost, požadavky na estetiku a dobrou odolnost povrchu vůči vlivům pracovního prostředí. Tento článek je zaměřen na sledování změn povrchových charakteristik po plazmové nitridaci a vliv stavu povrchu na dosažené hloubky nitridových vrstev. Experimentální práce byly provedeny na zvolených zástupcích konstrukčních ocelí ČSN (C45), ČSN (80Mn4), ČSN (DIN ), ČSN (18NiCr5-4), jejichž chemické složení bylo ověřeno spektrální analýzou metodou GDOES. Vzorky ocelí byly na jedné straně broušeny a na straně druhé leštěny. Při plazmové nitridaci byly tyto povrchy částečně chráněny proti nitridaci, aby bylo možné změny povrchových charakteristik porovnat. Proces plazmové nitridace byl proveden při teplotě 520 C po dobu 20 hodin ve směsi plynů 24H 2 :8N2 (l/h). Hodnocení změn sledovaných parametrů povrchu Pa, Ra a Wa (μm) po plazmové nitridaci bylo provedeno pomocí 2D a 3D měření topografie povrchu kontaktní metodou přístrojem Talysurf CLI Výsledky byly porovnány se stavem před procesem plazmové nitridace. Při tomto měření bylo v přechodové oblasti (nitridovaný nenitridovaný povrch) zjištěno převýšení, tzv. schodek povrchu. Posouzení vlivu stavu povrchu před plazmovou nitridací na dosažené nitridové vrstvy bylo provedeno metalografickým hodnocením a měřením hloubek nitridových vrstev pomocí průběhů mikrotvrdosti (HV 0.05 ). Plasma nitridation technology belongs to the most useful technologies in the machine building, it is used mostly for increasing surface hardness, fatigue limit and corrosion resistance. Plasma nitriding as a final procedure meets the requirements of process repeatability, reliability, surface aesthetics and good durability in the working environment. This article is focused on the changes of surface characteristics after plasma nitriding and on influence of input surface conditions on the of nitride layers depth. The presented work was performed with use of structural steels according to CSN (C45), CSN (80Mn4), CSN (DIN ), CSN (18NiCr5-4), chemical composition of steels was verified by GDOES analyses. The surface of every steel sample was ground and their opposite side was polished. During plasma nitriding process the surfaces were partly protected against the nitriding for comparison of the surface characteristics. Plasma nitriding experiments were carried out at 520 C for 20 hours in the 24H 2 : 8N 2 (l /h) atmosphere. Using the contact method by Talysurf and the CLI 1000 testing machine the surface parameters Pa, Ra and Wa ( m) on plasma nitrided surfaces were monitored and compared to the not-nitrided surfaces. Optical microscopy was used for documentation and evaluation of the microstructure and nitride layer. For evaluation of the nitride layer depth the automatic microhardness testing machine Leco MH 400 was used. Measurement of the surface characteristics found an excess deficit in the transition surface area (nitrided-protected surface area) and continuous decrease of compound layer thickness was detected by use of metallography evaluation. The microhardness testing (HV 0.05 ) showed greater nitride layer depth for polished samples compared to the ground ones. After 20 h of plasma nitriding the surface parameters Pa, Ra and Wa ( m) values increased, in the case of polished surfaces they increased even three times. The increase of surface parameters of the ground surfaces after 20 h of plasma nitriding was negligible. The influence of surface quality before plasma nitriding process on the excess deficit value created on the nitrided-protected surface area was not found. Nitridace je obecně způsob chemicko-tepelného zpracování železných slitin, především jejich povrchu, využívající difúzi dusíku [1]. Výsledkem tohoto typu zpracování je zpravidla zlepšení jejich únavových vlastností, zvýšení povrchové tvrdosti a korozní odolnosti. Tradiční způsoby nitridace v plynu a v lázni vyžadují k procesu teploty nad 550 C a delší doby nitridace k dosažení srovnatelných parametrů nitridačních vrstev, které jsou plazmovou nitridací dosahovány i při nižších teplotách, popřípadě kratších časech. 26 Při nitridaci v plazmě je využívána směs H 2 a N 2 zpravidla v poměru 3:1a nejčastěji teplot okolo 500 C. Výsledkem takového procesu je vytvoření nitridové vrstvy skládající se z lemu nitridů (sloučeninové vrstvy) tvořené nitridy typu ε (Fe 2-3 N) a (Fe 4 N), difúzní vrstvy a jádra základního materiálu [2, 3, 4, 5]. Při úpravě poměru plynů je možné podpořit přednostní tvorbu monofázové vrstvy nitridů typu ε (Fe 2-3 N) na povrchu nitridované oceli, které vykazuje mnohem vyšší odolnost proti otěru a korozi ve srovnání s nitridy typu (Fe 4 N) [6, 7, 8, 9, 10, 11]. Vyšší korozní odolnost je

29 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN možné dále zvýšit duplexním zpracováním, v tomto případě oxidací povrchu bezprostředně po aplikaci plazmové nitridace vytvořením oxidů typu Fe 2 O 3 a Fe 3 O 4 [12]. Plazmová nitridace je zpravidla zařazována jako finální krok zpracování povrchu ocelí. Při návrhu ocelových dílů určených k nitridaci je nutno počítat s velmi malým nárůstem objemu dílce, který je u plazmové nitridace ve srovnání s ostatními způsoby nitridace nejnižší. Dalším opomíjeným faktem jsou také změny povrchových charakteristik povrchu, jako je Pa (μm) střední aritmetická úchylka základního profilu, Ra (μm) - střední aritmetická úchylka profilu drsnosti a Wa (μm) - střední aritmetická úchylka profilu vlnitosti, které budou v této práci sledovány. V prezentované práci budou plazmově nitridovány zvolení zástupci ocelí, na kterých bude dokumentován a ověřen vliv stavu povrchu na dosaženou hloubku nitridové vrstvy a změny parametrů povrchu po plazmové nitridaci. Experiment Pro řešení experimentu byli vybráni následující zástupci konstrukčních ocelí: ČSN (C45), ČSN (80Mn4), ČSN (DIN ), ČSN (18NiCr5-4). Chemické složení ocelí bylo ověřeno metodou GDOES na přístroji LECO SA 2000, naměřené hodnoty chemického složení ocelí odpovídaly normovaným hodnotám (tab. 1). Z těchto vybraných zástupců ocelí v základním strukturním stavu byly vyrobeny experimentální vzorky o rozměru 10 x 50 mm. Pro účely experimentu byl povrch každého vzorku na jedné straně leštěn a na straně druhé broušen. Hodnoty výchozích stavů povrchových charakteristik, uvedené v tab. 2, byly měřeny přístrojem Talysurf CLI 1000 dotykovou metodou. Tab. 1 Chemické složení ocelí (wt%). Tab. 1 Chemical composition of steels (wt%). ocel C Mn Si P S Cr Ni Tab. 2 Hodnoty povrchových charakteristik před plazmovou nitridací ( m) Tab. 2 Surface characteristics values before plasma nitriding ( m) Leštěné povrchy Broušené povrchy Pa Ra Wa Pa Ra Wa Materiálové inženýrství Material Engineering zajistí odstranění vzniklých oxidů na povrchu bránící difúzi a aktivaci povrchu. Tab. 3 Parametry procesu plazmové nitridace Tab. 3 Parameters of plasma nitriding proces Parametr Čištění Nitridace Teplota ( C) Doba (h) Tlak (Pa) Napětí (V) Průtok plynů H 2 :N 2 (l/h) 20 : 2 24 : 8 Vzorky při plazmové nitridaci byly uchyceny do svorek tak, aby při procesu nitridace byly nitridovány broušené i leštěné části vzorků současně a části obou povrchů byly proti nitridaci chráněny (obr. 1). Obr. 1 Nitridovaná a chráněná část povrchu Fig. 1 Nitrided and protected parts of surface Po plazmové nitridaci bylo na povrchu vzorků provedeno 2D a 3D měření povrchových charakteristik, metalografické hodnocení a měření hloubek nitridových vrstev. 2D a 3D měření povrchových charakteristik 2D a 3D měření povrchu nitridovaných ocelí jak broušených tak i leštěných částech povrchů vzorků bylo provedeno přístrojem Talysurf CLI 1000 dotykovou metodou (hodnoty parametrů v tab. 4). Tab.4 Hodnoty povrchových charakteristik po plazmové nitridaci ( m) Tab. 4 Surface characteristics values after plasma nitriding ( m) Leštěné povrchy Broušené povrchy Pa Ra Wa Pa Ra Wa Z výsledků vyplývá, že po plazmové nitridaci dochází jak u leštěných tak i u broušených povrchů ke zhoršení sledovaných parametrů povrchu. Nejvýraznější nárůst hodnot parametrů po 20 h plazmové nitridaci byl zjištěn u leštěných povrchů, kde dosahoval až trojnásobných hodnot ve srovnání se stavem před nitridací. V případě broušených povrchů je možné změny sledovaných parametrů povrchu považovat za zanedbatelné (obr. 2 A, B) [13]. A) Takto připravené vzorky ocelí byly očištěny, odmaštěny v technickém etanolu a připraveny k plazmové nitridaci v zařízení RÜBIG PN 60/60. Parametry procesu plazmové nitridace jsou uvedeny v tabulce 3. Před procesem nitridace bylo zařazeno čištění v plazmě, které 27

30 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.4/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN B) Obr. 2 A) Změny parametru Ra ( m) - leštěno B) Změny parametru Ra ( m) - broušeno Fig. 2 A) Changes of parameter Ra ( m) - polished B) Changes of parameter Ra ( m) - grinded Při hodnocení povrchových charakteristik byl odhalen v přechodové oblasti tzv. schodek na přechodu nitridovaná-nenitridovaná část povrchu (obr. 3 A, B). Tento jev představuje navýšení povrchu způsobený adsorbcí (kondenzací) nitridů v průběhu procesu plazmové nitridace a současně na jeho vzniku má i podíl nárůst objemu materiálu v důsledku difúze dusíku v průběhu samotné nitridace, tak jak uvádějí jiní autoři [2, 3]. Hodnoty tohoto navýšení jsou uvedeny v tabulce 5 a představují aritmetický průměr tří měření na přechodu nitridované a nenitridované části povrchu vzorku na ploše 2 x 1 mm dotykovou metodou přístrojem Talysurf CLI mikrotvrdoměru Leco MH 400 ve dvou řadách. Hodnoty tlouštěk nitridových vrstev sledovaných ocelí byly získány z aritmetického průměru hodnot tří měření. Dále byly vrstvy nitridů hodnoceny a dokumentovány metalograficky světelnou mikroskopií. Na obr. 3 A, B je dokumentována mikrostruktura a vytvořená sloučeninová vrstva nitridů v oblasti nitridovaného a chráněného povrchu. Na všech vzorcích byl dokumentován plynulý pokles tloušťky sloučeninové vrstvy (obr. 4 A, B). Tab. 5 Parametry nitridových vrstev Tab. 5 Nitride layer parameters Leštěné povrchy Broušené povrchy schodek ( m) tl. vrstvy (mm) schodek ( m) tl. vrstvy (mm) A) A) B) B) Obr. 3 Přechodová oblast schodku leštěný povrch oceli (C45) A) 2D měření, B) 3D měření Fig. 3 Transition zone of vertical distance polished steel (C45) - A) 2D measurement, B) 3D measurement Obr. 4 Fig. 4 Nitridovaná vrstvy ocelí (C45) A) leštěný povrch, B) broušený povrch Nitrided layer - steel (C45) A) polished, B) grinded Metalografie a hodnocení vrstev nitridů V tabulce 5 jsou uvedeny naměřené tloušťky vrstev nitridů na sledovaných ocelích s leštěnými i broušenými povrchy. K měření tloušťěk vrstev nitridů bylo použito měření průběhů mikrotvrdosti na příčných řezech nitridovaných součástí dle normy DIN zatížením 50g (HV 0.05 ) na automatickém 28 Měřením tlouštěk nitridových vrstev byl potvrzen vliv stavu povrchu před nitridací na difúzní procesy v povrchových vrstvách a tedy na tloušťky vytvořených nitridových vrstev. Všechny sledované leštěné povrchy po plazmové nitridaci vykázaly větší tloušťky vrstev nitridů oproti broušeným povrchům (tab. 5). Tento trend se u tzv. schodků tvořených sloučeninovou vrstvou nitridů nepotvrdil.

31 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Závěr Cílem experimentů bylo dokumentovat a ověřit vliv stavu povrchu na změny parametrů povrchu Pa, Ra a Wa (μm) po plazmové nitridaci a vliv předchozího stavu povrchu na dosažené hloubky nitridových vrstev po 20 h plazmové nitridaci. Na příčných řezech byla dokumentována mikrostruktura a sloučeninová vrstva. Dále bylo provedeno měření průběhů mikrotvrdosti plazmově nitridovaných ocelí. Změna povrchových charakteristik byla ověřena přístrojem Talysurf CLI 1000 dotykovou metodou. a) Metalografické hodnocení broušených i leštěných povrchů odhalilo plynulý pokles tloušťky sloučeninové vrstvy nitridů v přechodové oblasti až do jejího zániku v nenitridované části povrchu ocelí. b) Hodnocení tlouštěk nitridové vrstvy potvrdilo, že výrazný vliv na výslednou tloušťku vrstev nitridů, vedle základní parametrů nitridace, má i stav povrchu nitridované součásti. c) Leštěné povrchy ocelí vykázaly větší tloušťky nitridových vrstev ve srovnání s broušenými povrchy, což je vysvětlováno nižšími povrchovými napěťovými stavy v povrchové oblasti. d) Z výsledků hodnocení povrchových charakteristik Pa, Ra a Wa ( m) lze konstatovat zhoršení těchto charakteristik po plazmové nitridaci. Nejvýraznější změny se projevily u leštěných povrchů, kde nárůst hodnot parametrů drsnosti a vlnitosti byl až trojnásobný (obr. 5 a 6). e) V přechodové oblasti (přechod nitridovaný nenitridovaný povrch) bylo zjištěno převýšení povrchu materiálu tzv. schodek. Toto převýšení u ocelí a nepřekročil hodnotu 2 μm a u ocelí a hodnotu 3 μm. A) B) Obr. 5 Měření hodnot Ra ( m) leštěno, ocel (C45) A) nenitridováno, B) nitridováno Fig. 5 Ra ( m) measurement polished, steel (C45) A) not- nitrided B) nitrided A) B) Obr. 6 Měření hodnot Wa ( m) broušeno, ocel (18NiCr5-4) A) nenitridováno, B) nitridováno Fig. 6 Wa ( m) measurement ground, steel (18NiCr5-4) A) not- nitrided, B) nitrided Poděkování Článek vznikl za finanční podpory projektu pro rozvoj organizace Podpora výuky a vědy v oblasti strojírenství a Specifického výzkumu na katedře strojírenství, Fakulty vojenských technologií, Univerzity obrany v Brně. Literatura [1] RIE, K. T. Recent advances in plasma diffusion processes. Surface & Coatings Technology, 112, 1999, pp ISSN [2] HOLEMÁŘ, A., HRUBÝ, V. Iontová nitridace v praxi. SNTL Praha ISBN [3] PYE, D. Practical nitriding and ferritic nitrocarburizing. USA 2003, ISBN [4] SALAŠ, O. et al. Nitride nucleation and growth during plasma and post-discharge nitriding, Surface & Coatings Technology, , 2003, pp ISSN [5] AHANGARANI, Sh., MAHBOUDI, F., SABOUR, A. R. Effects of various nitriding parameters on active green plasma nitriding behavior of low-alloy steel. Vacuum, Vol. 80, 2006, pp ISSN X [6] HRUBÝ, V., KUSMIČ, D. Možnosti zvýšení korozní odolnosti konstrukčních ocelí plazmovou nitridací. In. Mezinárodní konference 21. dny tepelného zpracování, ATZK, ECOSOND s.r.o., Česká společnost pro nové materiály a technologie a Ústav fyziky materiálů AV ČR, Jihlava, 2006, Praha 2006, s ISBN: [7] HRUBÝ, V., SVOBODA, E., KUSMIČ D. Ověření korozní odolnosti konstrukčních ocelí a moderní metody hodnocení. In. Vrstvy a povlaky 2006, Rožnov pod Radhoštěm, , s ISBN [8] DONG-CHERNG, W. Plasma nitriding of plastic mold steel to increase wear- and corrosion properties, Surface &Coatings Technology, 204, 2009, pp ISSN [9] HIRSCH, T. K., ROCHA, A., DA S. et al. Residual Stress- Affected Diffusion during Plasma Nitriding of Tool Steel. Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 35A, November 2004, pp [10] DONG-CHERNG, W. Microstructure and corrosion resistance of the layer formed on the surface of precipitation hardenable plastic steel by plasma-nitriding, Applied Surface Science, Vol. 256, 2009, pp ISSN [11] BASU, A., DUTTA MAJUMDAR, J. et al. Corrosion resistance improvement of high carbon low alloy steel by plasma nitriding, Materials Letters, Vol. 62, 2008, pp ISSN X [12] MAHBOUBI, F., FATTAH, M. Duplex treatment of plasma nitriding and plasma oxidation of plain carbon steel. Vacuum, Vol. 79, 2005, No. 1-2, pp ISSN X [13] EBRAHIMI, M., HEYDARZADEH SOHI, M. et al. Effect of plasma nitriding temperature on the corrosion behaviour of AISI 4141 steel before and after oxidation, Surface & Coatings Technology, 205, 2010, pp ISSN Recenze: prof. Ing. Zdeněk Jonšta, CSc. prof. Ing. Karel Stránský, DrSc. 29

32 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Únavové vlastnosti a mikrotvrdost nitridovaných tyčí Fatigue Tests and Microhardness of Nitrided Rods Ing. Zbyněk Studený, Ph.D., prof. Ing. Vojtěch Hrubý, CSc., prof. Ing. Vladimír Horák, CSc., Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií Článek se zabývá povrchovou úpravou tyčí z oceli (ČSN , EN 29CrV9) za účelem zvýšení jejich životnosti při zkoušce únavy za rotace. K experimentu byly použity vzorky tvaru zkušebních tyčí. Vzorky byly kaleny a popuštěny. Byla vyčleněna sada vzorků pro zjištění základní křivky životnosti konstrukcí Wöhlerova diagramu a další sada vzorků pro následnou povrchovou úpravu. Povrchová úprava zkoušených tyčí zahrnovala čtyři postupy plazmové nitridace dle čtyřech receptur, dále nitridaci v plynu a poslední sada vzorků byla cementována. Výsledky únavové zkoušky za rotace byly za všechny sady vzorků pro přehlednou demonstraci výsledků shrnuty do souhrnného Wöhlerova diagramu. U každého ze čtyř postupů plazmové nitridace, nitridace v plynu a cementace byla u vzorků změřena mikrotvrdost HV 0,05 od povrchu do hloubky 0,55 mm s krokem 0,05 mm. Průběhy mikrotvrdosti byly stanoveny z důvodu ověření závislosti hodnot tvrdosti a hloubky vrstev na meze únavy. Na základě naměřených hodnot a zkonstruovaných grafů je patrná závislost hodnoty mikrotvrdosti, tloušťky vrstvy a meze únavy při únavové zkoušce nitridovaných tyčí za rotace. The topic of this work is focused on the surface treatment of steel rods of the material (ČSN , EN 29CrV9) for increasing the durability during the bending rotation fatigue tests of nitrided rods. The samples used in the experiment were shaped as standard test bars. Samples were hardened and tempered. One set of samples was utilized for determination of the basic Wöhler curves of durability. Another set of samples was intended for the subsequent surface treatment. The test bars surface treatment covered four various procedures of plasma nitriding by four different methods, as well as the gas nitriding, and the last set of samples was carburized. The material microhardness HV distribution was measured between 0.05 and 0.55 mm from the surface to the depth of core material with the step of 0.05 mm for each of four plasma nitriding methods, gas nitriding and carburizing. The microhardness was measured in order to verify the dependence of microhardness and the depth of the layer at the fatigue load limit. The raw material had the value of fatigue limit ± 460 MPa, the plasma nitrided steel fatigue limit was between ± 530 MPa for the nitriding procedure III and ± 600 MPa for the nitriding procedure II, which represents the increase in the fatigue limit. The fatigue limit for the gas nitriding reached the values of ± 540 MPa and ± 585 MPa for carburizing respectively. A similar increase in values can be observed in the values of time fatigue limit, e.g. for N = 10 5 cycles, the time fatigue limit grew from ± 600 MPa to ± 700 MPa up to ± 800 MPa. The plotted curves of durability correspond to the courses of microhardness HV Based on this comparison, it is evident that the higher is the microhardness, the smaller is the fatigue limit at preservation of the same thickness of nitriding layer. This phenomenon can be explained by the fact that the layers of high microhardness are more fragile, but less ductile and the failure may occur more easily. On the other hand, layers of smaller microhardness are more resistant to bending during rotation. Finally, it appears that deeper layers had much more favorable effect on increasing the fatigue limit by plasma nitriding which was verified by the case of carburizing. Nitridování je způsob povrchového tvrzení, při němž se povrch oceli nasycuje za tepla dusíkem a vznikají nitridy. Zpravidla se nitridují oceli (nitridační), které jsou zušlechtěny na vyšší pevnost. Význačné pro nitridování je, že povrch je po procesu nitridace tvrdý bez kalení, pouze po volném ochlazení. Skutečnost, že součásti nemusíme kalit, je velká výhoda, protože zabráníme jejich deformaci, která je při jiných tepelných procesech velmi častá. Plazmová nitridace Nitridace v plazmě je založena na principu difúze atomarního dusíku do materiálu nitridované oceli, popřípadě šedé litiny. Mezi dalšími typy nitridace (v plynu, v prášku a lázni) platí za nejefektivnější způsob nitridace. Na povrchu nitridované součástí se tvoří sloučeninová tzv. bílá vrstva nitridů tvořená zpravidla nitridy železa typu ε-fe 2-3 N a γ-fe 4 N. Pod sloučeninovou vrstvou nitridů se nachází vrstva difúzní, která je tvořena dispersně rozloženými nitridy železa a legujících prvků s vysokou afinitou k dusíku [1,2]. Povrchová sloučeninová vrstva nitridů se vyznačuje vysokou tvrdostí, dosahující hodnot až 1200 HV a v případě legovaných ocelí Al až 1500 HV. Vlastnosti a složení nitridových vrstev je možné ovlivnit podmínkami procesu plazmové nitridace jako je napětí, doba nitridace, teplota, složením nitridační atmosféry 30

33 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN (resp. poměrem H 2 :N 2 a přítomností CH 4 jako zdroje uhlíku podporující tvorbu ε-fe 2-3 N fáze) a stavem povrchu [3]. Plazmová nitridace je dosud nejen v ČR, ale i ve světě aplikovaná především za účelem zvýšení povrchové tvrdosti. Zvýšením tvrdosti na povrchu dochází ke zvýšení odolnosti proti otěru a tím prodloužení životnosti součásti. Ve velkém množství aplikací plazmové nitridace se nevyužívá dalších dvou přínosných efektů, kterými je zvýšení únavových vlastností a zlepšení korozní odolnosti. Zatím co pro zvýšení únavových vlastností není dobré, jestliže nitridovaný povrch je tvořen bílou vrstvou, pro korozní účely je tato vrstva žádoucí. Tato vrstva je poměrně křehká, proto se snadněji poruší. Vzniklá trhlinka může působit jako koncentrátor napětí a může vyvolat další porušení součásti. Uvedená práce se bude zabývat právě méně využívanou možností plazmové nitridace, tj. zvýšení únavových vlastností nitridovaných vzorků vyrobených z oceli ČSN (29CrV9). Materiálové inženýrství Material Engineering pnutí tlaková, v jádře tahová. Hlavní význam nitridace jako prostředku ke zvýšení meze únavy je v tom, že zabrání škodlivému působení vrubů na určitou součást. 2. Popis experimentu K plazmové nitridaci byly použity vzorky viz obr. 1 ve tvaru zkušebních tyčí z oceli (ČSN , EN 29CrV9), ke zjištění únavových vlastností ohybem za rotace. Výše uvedená Cr-V ocel je vhodná pro zušlechťování, povrchové kalení, chemicko-tepelné zpracování a nitridování. Normované chemické složení oceli ČSN (29CrV9, ), v % hm. je 0,24-0,34 % C; 2,2-2,5 % Cr; 0,1-0,2% V; 0,4-0,8 % Mn). Vzorky byly kaleny a popuštěny. Tepelné zpracování je uvedeno v tabulce 1. Jedna sada vzorků v počtu 15 kusů byla použita pro stanovení základní křivky životnosti. Další sady zkušebních tyčí po 15 kusech byly plazmově nitridovány dle čtyř receptur, nitridovány v plynu, nebo cementovány, jak uvádí tabulka Charakteristika nitridované vrstvy jako prostředku ke zvýšení meze únavy Únavové lomy se často vyskytují u součástí dynamicky namáhaných. Tyto lomy vycházejí z míst, kde se soustředilo nejvyšší namáhání součástí, to je obvykle na povrchu. Lomy vznikají snáze ve vrubech a jiných stopách mechanického obrábění. Dalším velmi vlivným činitelem je účinek chemický, který působí na povrch součásti. Koroze velmi podstatně snižuje mez únavy. Naopak všechna opatření směřující ke zlepšení jakosti povrchu, např. leštění apod., způsobují vyšší odolnost proti únavě. Mez únavy zvyšují také procesy povrchového tvrzení, z nichž je nejvýznamnější nitridace. Příznivý vliv nitridace na zvýšení meze únavy se vysvětluje tím, že nitridovaná vrstva je ve stavu velkého vnitřního tlakového napětí, které působí opačně proti napětí tahovému. Jsou i jiné teorie, které vysvětlují zvýšení meze únavy nitridováním. Nitridovaná vrstva jako prostředek ke zvýšení meze únavy se doporučuje spíše pro součásti namáhané střídavým ohybem než torzí, avšak i u torzních tyčí se dobře osvědčila, i když se nepoužilo speciálních nitridačních ocelí. Důležité jsou i vlivy celkové konstrukce součásti, jejího dílenského zpracování, jakož i vhodnosti nitridovat jen určitou část součásti, např. u klikových hřídelů pouze čepy. Jak známo, pružiny často praskají a příčinou praskání bývá únava materiálu. Není-li dokonale zabezpečena jejich výroba, bývají na povrchu oduhličeny, pohmožděny. Tyto vady jsou rovněž ohnisky únavových lomů. Při studiu únavy materiálu nitridovaných tyčinek se zjistilo, že překročí-li se mez únavy, nevznikne lom na povrchu materiálu, ale uvnitř pod vrstvou v přechodu do jádra. To lze vysvětlit rozdílem pnutí. Ve vrstvě jsou Zjišťování únavových vlastností čtyřbodovým symetrickým ohybem za rotace bylo provedeno na zařízení Schenck-PUNZ Rapid při normální teplotě (25 C) a laboratorní vlhkosti (40-60%). Po tepelném zpracování byl sledovaný povrch vzorků broušen na střední hodnotu drsnosti Ra 0,3 μm. Amplituda střídavého souměrného zatížení byla během zkoušky vzorku konstantní o frekvenci 100 Hz. Původně zvolená základna pro určení meze únavy byla 10 7 cyklů, protože u některých tyčí docházelo k lomu až téměř při uvedeném počtu cyklů, byla zvýšena na 1,3 až 1, cyklů. Na každé hladině napětí byly cyklovány 2 až 3 vzorky. Za hodnotu meze únavy byla považována nejvyšší amplituda napětí, která nezpůsobila porušení žádného ze zatěžovaných vzorků. Výsledky zkoušek únavových vlastností ohybem za rotace byly zpracovány běžným způsobem konstrukcí křivky životnosti (Wöhlerovy křivky), jejíž regresní průběh v oblasti časové meze únavy byl získán metodou nejmenších čtverců. V oblasti blížící se mezi únavy byly pro tento výpočet využity pouze zlomené vzorky [4]. Měření mikrotvrdosti bylo provedeno na mikroskopu Zeiss-Neophot vybaveným adaptérem pro měření mikrotvrdosti. Měření mikrotvrdosti bylo prováděno od povrchu směrem do jádra vždy po 0,05 mm až do hloubky 0,8 mm nebo 1 mm. Měření bylo opakováno třikrát. Z výsledných středních hodnot byl vynesen graf na obr. 3. Z důvodu prakticky shodných velikostí mikrotvrdostí u jednotlivých procedur v hloubce 0,55 mm a více a lepší přehlednosti údajů mikrotvrdosti v počátečních hloubkách vrstvy je v grafu na obr.3 mikrotvrdost zanesena pouze do hloubky 0,55 mm. Za nanitridovanou vzdálenost, tedy tloušťku vrstvy byla považována mikrotvrdost jádra oceli zvětšená o 50 jednotek mikrotvrdosti. Uvedené opatření výrazně zamezuje spekulativním úvahám, kde končí iontově nitridovaná vrstva viz. obdobná definice mikrotvrdosti v normě DIN. 31

34 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Tab. 1 Přehled parametrů tepelného a chemicko-tepelného zpracování tyčí na únavové zkoušky. Tab. 1 Overview of the parameters of heat and chemical-heat treatment of the fatigue test of the bar Ocel Parametry tepelného zpracování Normalizace Kalení Popouštění Čas Teplota Čas Teplota [min] [ C] [min] [ C] Teplota [ C] (vzduch) (olej) 650 Čas [min] 20 (voda) Označení sady Parametry chemicko tepelného zpracování Nitridační Čas prostředí [h] N 2 : H 2 Teplota [ C] I : 3 II : 1 III : 3 IV : 3 v plynu NH 3 cement CO+CH 4 Obr.1 Zkušební tyč pro zkoušky ohybem za rotace Fig. 1 Test rod for rotating bending tests 3. Diskuze výsledků experimentu Výsledky únavových zkoušek oceli v základním (zušlechtěném), nitridovaném a cementovaném stavu jsou v podobě Wöhlerova diagramu souhrnně uvedeny níže na obr. 2. Jak je z diagramu patrné vede plazmová nitridace, ale i nitridace v plynu a cementace k výraznému zvýšení meze únavy. U základního materiálu je hodnota meze únavy ±460 MPa, u plazmově nitridovaných se pohybuje od ±530 MPa, tj. zvýšení o 15%, u postupu III do ±600 MPa, což činí zvýšení o 30%, u postupu II. Nitridací v plynu bylo dosaženo meze únavy ±540 MPa a cementací ±585 MPa. Obdobný vzrůst hodnot lze pozorovat i v oblasti časované meze únavy, např. její hodnota pro N = 10 5 cyklů roste z ±600 MPa na ±700 MPa až 800 MPa, což činí nárůst 17 až 34 %. Souhrnně je možné konstatovat, že nejvíce se mez únavy zvýšila po plazmové nitridaci II a cementaci. Ostatními způsoby plazmové nitridace (I, III, IV) a nitridací v plynu bylo dosaženo přibližně srovnatelných výsledků. Vynesené křivky životnosti na obr. 2 korespondují s průběhy mikrotvrdosti HV 0,05, které jsou v tabulce 2 a vyneseny v podobě křivek v grafu na obr. 3. Na základě tohoto srovnání je patrné, že čím je větší mikrotvrdost, tím je při zachování stejné tloušťky nitridační vrstvy menší mez únavy. Tuto závislost je možné zdůvodnit tím, že vrstvy s vysokou mikrotvrdostí jsou křehké, málo tvárné a snadněji u nich dochází k porušení. Naopak vrstvy s menší mikrotvrdostí snáší ohyb za rotace lépe. Dále se ukazuje, že mnohem příznivější vliv na zvýšení meze únavy u plazmové nitridace mají hlubší vrstvy, což potvrzuje případ cementace na obr. 2. Obr. 2 Wöhlerův diagram oceli Fig. 2 Wöhler`s diagram of the steel

35 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Materiálové inženýrství Material Engineering Tab. 2 Průběhy mikrotvrdosti v závislosti na hloubce od povrchu Tab. 2 Microhardness stages depending on the depth from the surface Způsob chemicko - tepelného zpracování Mikrotvrdost vrstvy HV 0,05 v závislosti na hloubce vrstvy [mm] 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 Plazmová nitridace Plazmová nitridace Plazmová nitridace Plazmová nitridace Nitridace v plynu Cementováno Zvýšení únavových vlastností plazmově nitridovaných tyčí, ale i tyčí nitridovaných v plynu a cementovaných, je možné přisoudit dvěma hlavním činitelům: 1. Vysoká mez kluzu plazmově nitridované vrstvy. 2. Příznivý účinek tlakových vnitřních pnutí ve vrstvě, což je v souladu s prací [5]. Názor, že zvýšená únavová pevnost vrstvy souvisí s velkou pevností a vysokou mezí kluzu se opírá o známou experimentální zkušenost, že mez únavy roste se vzrůstající pevností, případně mezí kluzu materiálu. Převažující účinek tlakových pnutí se velmi dobře daří vysvětlit na vrubovaných tyčích. Při cyklickém namáhání v ohybu působením tlakových napětí na tyčích se snižuje na tahové straně maximum tahového napětí. Přípustná amplituda cyklu se tím nezvětšuje. Zvětšení přípustné amplitudy cyklu je doprovázeno vzrůstem únavové pevnosti. Maximum tahového napětí nemusí být na povrchu vrstvy, ale v přechodové oblasti. To vysvětluje, proč u plazmově nitridovaných tyčí vzniká zárodek lomu těsně pod vrstvou, a nikoli bezprostředně na povrchu. Následujícím směrem výzkumu únavových zkoušek plazmově nitridovaných tyčí za rotace je změna únavové pevnosti nebo životnosti po jemném odbroušení křehké velmi tenké bílé vrstvy vznikající na povrchu plazmově nitridovaných součástí. Obr. 3 Průběhy mikrotvrdosti u tyčí pro únavové zkoušky Fig. 3 Evolution of microhardness in rods for fatigue tests Závěr Na základě únavových zkoušek v ohybu za rotace za normálních podmínek byl prokázán příznivý vliv procesu plazmové nitridace. Bylo prokázáno, že u oceli ČSN (29CrV9) zušlechtěné na mez únavy 460 MPa došlo po iontové nitridaci ke zvýšení na 530 až 600 MPa, což představuje nárůst o 15 až 30 %. Vzrůst meze únavy je přímo závislý na tloušťce vrstvy a nepřímo závislý na mikrotvrdosti vrstvy. Zvýšení meze únavy je zdůvodněno vysokou mezí kluzu plazmově nitridované vrstvy a příznivým účinkem tlakových vnitřních pnutí ve vrstvě. Zvyšování únavových vlastností ocelí je stále významné v technické praxi, včetně použití progresivní plazmové nitridace. 33

36 Materiálové inženýrství Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Material Engineering ISSN Poděkování Článek vznikl za finanční podpory projektu pro rozvoj organizace Podpora výuky a vědy v oblasti strojírenství a Specifického výzkumu na katedře strojírenství, Fakulty vojenských technologií, Univerzity obrany v Brně Literatura [1] NIKOLUSSI, M., LEINWEBER, A. et al. Examination of phase transformations in the system Fe-N-C by means of nitrocarburising reactions and secondary annealing experiments, the α+ε two-phase equilibrium. Material Research, 98 (2007) 11, pp , ISSN [2] PYE, D. Practical nitriding and ferritic nitrocarburizing. USA, 2003, ISBN [3] HOLEMÁŘ, A., HRUBÝ, V. Plazmová nitridace v praxi, Praha: SNTL, 1989, ISBN [4] HRUBÝ, V. Studium nitridace doutnavým výbojem i ionizovaném prostředí. VAAZ, Brno 1984 [5] PŘENOSIL, B. Nitrocementace. Praha: SNTL, 1964 p.9 Recenze: prof. Ing. Zdeněk Jonšta, CSc. doc. Ing. Stanislav Lasek, Ph.D. Prvá těžká profilová trať na Středním východě GORI, L., Maestrutti, L.: First heavy sections produced in the Middle East. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 62 až 68 Emirates Steel je jedna ze společností, která se ve Spojených arabských emirátech zabývá hutnictvím. V listopadu 2009 objednala u firmy Danielli těžkou profilovou trať, která představuje druhou fázi výstavby minihutě v průmyslovém areálu Mussaffah v Abu Dhábí. Válcovna byla dokončena na podzim Celou minihuť tvoří ještě zařízení pro přímou redukci o výkonu 1,6 mil. t/r, elektroocelárna s výkonem 1,4 mil. t/r a zařízení pro plynulé odlévání s pěti proudy. Válcovací trať má kompaktní uspořádání U. Na vstupní úsek pecí přichází teplé bramy od kontilití nebo studené bramy ze skladu. Pro teplé bramy je zřízena komora, která vyrovnává rozdíly mezi tempem kontilití a válcovny. Na vstupním úseku je identifikační kamera, která zaznamenává označení přicházejících bram. Kroková ohřívací pec má výkon 250 t bram za hodinu. Je vybavena hořáky na zemní plyn, které zajišťují velmi nízký obsah NO x ve spalinách, méně než 150 ppm. Za ohřívací pecí je hydraulický odokujovač s tlakem 250 bar. Přípravné pořadí tvoří vratná stolice duo o průměru válců 1150 mm. Výměna válců u této stolice je automatizovaná a trvá méně než 30 minut. Za touto stolicí je kotoučová pila, odděluje přední a zadní konec. Hotovní pořadí je tvořeno třemi stolicemi. Dvě z nich mají průměr válců 1440 mm a jsou univerzální. Vstupní a výstupní valník u hotovního pořadí je výškově stavitelný, protože výška válcovaných profilů je rozdílná. I u tohoto pořadí je automatizovaná výměna válců, která zajišťuje výměnu v čase kratším než 30 minut. Hotový vývalek se měří laserovým měřidlem. Za tímto měřidlem se nachází kotoučová pila, která má několik funkcí: odděluje konce, dělí na potřebné délky a odřezává vzorky. Vzorky je možné vychlazovat volně na vzduchu nebo ve vodě. Vychlazovací lože je dlouhé 96 m a je možné na něm chladit přirozenou rychlostí nebo zrychleně s využitím sprch. Dále následuje válečková rovnačka. I ta je vybavena zařízením pro výměnu válců, která má rovněž pracovní cyklus menší než 30 minut. Dále následuje značení nosníků na stojině automatickou popisovačkou. Pak následují tři pily, které dělí nosníky na komerční délky, a dvě svazkovací zařízení, jedno pro délky 18 mm druhé pro délky 30 m. Každý svazek se zváží a vyhotoví se k němu identifikační lístek. Svazky pak odváží jeřáb do skladu. Kromě této hlavní linie je ještě pracoviště, na kterém se zužitkovávají koncové odstřihy a krátké délky. Dále je zde i rovnací hydraulický lis vybavený laserovým měřidlem pro kontrolu přímosti, na kterém se rovnají největší profily. Celá trať má dvoustupňový řídicí systém. Systém řízení procesu zajišťuje optimální teplotní režim v peci, správné nastavení a seřizování válcovacích stolic a dalších zařízení a mnoho dalších funkcí. Na trati se válcují nosníky s paralelními přírubami a výškou stojiny 197 až 1030 mm při šířce přes příruby 99 až 419 mm. Dále se zde válcují profily U s paralelními přírubami s výškou stojiny 200 až 430 mm. Válcují se i rovnoramenné a nerovnoramenné úhelníky a další profily. Výstavba válcovny začala v lednu 2010 a byly prvé profily dodány zákazníkům. LJ 34

37 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Neželezné kovy a slitiny Non-ferrous Metals and Alloys neželezné kovy a slitiny Centrifugally Cast Alloy Based on Ni3Al - Structure Characteristics Odstředivě litá slitina Ni3Al - strukturní charakteristiky Ing. Jitka Malcharcziková, Ph.D., prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc., VŠB-Technical University of Ostrava, Faculty of Metallurgy and Materials Engineering, Ing. David Kaňák, VÚHŽ a.s., Dobrá, Ing. Martin Pohludka, VŠB-Technical University of Ostrava, Faculty of Metallurgy and Materials Engineering, Ing. René Fridrich, VÚHŽ a.s., Dobrá Melting was performed in zirconium crucible and the melt was cast into graphite or metallic mould. The samples prepared in this manner had shape of bars, cylinders or tubes. Selected castings were used for determination of structure characteristics.ni3al based alloys were prepared by method of gravity or centrifugal casting on different machines. Part of alloys was prepared by method of vacuum induction casting in various atmospheres. Method of centrifugal casting was verified for this type of alloys on two different machines. Material structure was investigated in cross and longitudinal sections, phase composition, micro-hardness and material porosity were determined. The values of micro-hardness in the samples that were so far tested do not show any significant differences. No substantial influence of microhardness occurred in gravity cast samples melted on air, either. This is a favourable finding, since effect of air atmosphere will probably not impair quality of the cast pieces.the alloys have very different contents of gases oxygen and nitrogen. Higher contents of air oxygen were determined in all types of alloys melted and cast on air. It follows form results that material is highly susceptible, in contact with air, to absorb air oxygen. Properties of castings must be verified by mechanical tests also at increased temperatures. Chemical composition was verified by method of optical emission spectrometry. Method of centrifugal casting of products from Ni3Al based alloys is highly demanding and it is limited by numerous adverse effects. Tavení proběhlo v zirkonovém kelímku a tavenina byla odlita do grafitové nebo kovové kokily. Takto připravené vzorky měly tvar tyčí, válečků nebo trubek. Vybrané odlitky byly použity pro stanovení strukturních charakteristik. Slitiny na bázi Ni3Al byly připraveny metodou gravitačního nebo odstředivého lití na různých zařízeních. Část slitin byla připravena metodou vakuového indukčního lití v různých atmosférách. Metoda odstředivého lití pro tento typ slitin byla ověřována na dvou různých z ařízeních. Struktura materiálu byla sledována v příčných i podélných řezech, bylo určeno fázové složení, mikrotvrdost a pórovitost materiálu. Ze vzájemného porovnání mediánů tvarových faktorů pórů z oblastí s minimální a maximální pórovitostí vyplývá, že oblasti s minimální pórovitostí obsahovaly převážně malé póry, které byly většinou kulaté a měly hladký povrch. Morfologie pórů v oblastech s maximální pórovitostí byla ovlivněna přítomností velkých dutin a staženin, které měly nepravidelné tvary. Hodnoty mikrotvrdosti pro dosud prověřené vzorky nevykazují výrazné rozdíly. Ani u gravitačně litých vzorků tavených na vzduchu nedošlo k výraznému ovlivnění mikrotvrdosti. Toto zjištění je příznivé, neboť působení vzdušné atmosféry pravděpodobně významně nezhorší kvalitu odlitku. Slitiny mají velmi rozdílné obsahy plynů - kyslíku a dusíku. Vyšší obsahy vzdušného kyslíku a dusíku byly zjištěny u všech typů slitin tavených a odlévaných na vzduchu. Z výsledků vyplývá, že materiál je vysoce náchylný, při styku se vzduchem, pohlcovat vzdušný kyslík. Vlastnosti odlitků je nutno ověřit mechanickými zkouškami a to i za zvýšených teplot. Chemické složení bylo ověřeno metodou optické emisní spektrometrie. Metoda odstředivého lití výrobků ze slitin na bázi Ni3Al je velmi náročná a omezena mnoha nepříznivými efekty. 35

38 Neželezné kovy a slitiny Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Non-ferrous Metals and Alloys ISSN Inter-metallic alloys form an extensive class of materials, which is highly interesting from the perspective of physical metallurgy, while possibility off their application in demanding environments, namely in the areas with increased and high temperatures under action of oxidation atmosphere [1, 2], is also gaining importance. Big interest in these materials is caused by unique combination of their properties, such as good resistance to oxidation and corrosion accompanied by their comparatively low density. At present the interest of industry in high-temperature materials, based on inter-metallic alloys from the system Ni-Al, is really big. It is due to excellent properties of these alloys, particularly to high tensile strength, including strength at high temperatures, good resistance of corrosion at these temperatures, and also to comparatively low density in comparison to classical nickel based super-alloys [3]. These alloys may be used also as components of furnaces for heat treatment of car components. In this case the main role is played by the fact that Ni 3 Al based alloys are resistant to the carburising atmosphere. They are furthermore used also as rollers in reheating furnaces for heating of steel slabs, because thanks to their high resistance to high-temperature oxidation it is not necessary to cool the rollers, which saves energy and makes it possible to extend the service life to a quadruple of the original service life. They are used also for components of diesel engines, such as pistons, valves and turbo-compressors, which may be manufactured from the alloy IC-221M. This alloy is used also for manufacture of centrifugally cast tubes for various applications. This material has longer service life and lower production costs [4, 5]. Fig. 1 Various types of castings: a) bars, b) tube Obr. 1 Různé typy odlitků: a) tyče, b) trubka A B 1. Experimental part Ni 3 Al based alloys were prepared by method of vacuum induction casting, with aluminium content of 24 and 22 at.% al (tab. 1). Chemical composition was verified by method of optical emission spectrometry. Ni 3 Al based alloys were prepared by method of gravity or centrifugal casting on different machines. Part of alloys was prepared by method of vacuum induction casting (VIC) in various atmospheres. Method of centrifugal casting (CC) was verified for this type of alloys on two different machines. Melting was performed in zirconium crucible and the melt was cast into graphite or metallic mould. The samples prepared in this manner had shape of bars, cylinders or tubes (fig. 1). The cylinders were prepared by vacuum centrifugal casting (VCC) and the tubes by horizontal centrifugal casting (HCC). Nickel with purity of at least 3N and aluminium with purity of at least 2N were used as initial materials. Melting was performed in zirconium crucible and the melt was cast into graphite or metallic ingot-mould. 2. Evaluation of structural and mechanical characteristics The obtained samples were subjected to detailed structural analysis comprising determination of average width and length of grains, their orientation, and also micro-hardness and porosity of castings. Special attention was paid to the influence of atmosphere at melting and casting. Contents of oxygen and nitrogen in castings were also determined. Table 1 presents composition of experimental alloys, configurations of preparation and determined contents of gases. Table 2 shows average values of length and width of grain, average micro-hardness and porosity of castings in cross-sections. It follows from the determined contents of gases (oxygen and nitrogen) that this material in contact with air is susceptible to absorb the air oxygen. Higher contents of air oxygen and nitrogen were determined in all types of alloys that were melted and cast on air. 36

39 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Neželezné kovy a slitiny Non-ferrous Metals and Alloys Tab. 1 Composition of experimental alloys, conditions of preparation, determined contents of gases Tab. 1 Složení experimentálních slitin, podmínky přípravy, stanovené obsahy plynů Alloy Mould No. of samples Method of prepare Melting atmosphere Casting atmosphere Content of oxygen [ppm] Content of nitrogen [ppm] A01/02 Ni24Al VIC vacuum argon graphite 67 4 A03/04 Ni22Al VIC vacuum argon graphite 94 7 A05/06 Ni24Al VIC air+ar argon graphite A07/08 Ni22Al VIC air+ar argon graphite A09/10 Ni24Al VIC air air metal+coat A11/12 Ni22Al VIC air+ar argon metal+coat A13/14 Ni24Al VIC vacuum argon metal - - A15/16 Ni22Al VIC vacuum argon metal - - A51 Ni24Al VCC vacuum argon graphite - - A52 Ni24Al VCC vacuum argon graphite - - A101/102 Ni24Al HCC air+ar air metal A103/104 Ni24Al HCC air+ar air metal A105/106 Ni24Al HCC air+ar air metal Tab. 2 Structural and mechanical characteristics Tab. 2 Strukturní a mechanické charakteristiky No. of samples Alloy Method of prepare Width of grain [mm] Length of grain [mm] Microhardness HV0.05 Porosity [%] A01/02 Ni24Al VIC 1.22 ± ± A03/04 Ni22Al VIC 0.51 ± ± A05/06 Ni24Al VIC 1.82 ± ± A07/08 Ni22Al VIC 0.64 ± ± A09/10 Ni24Al VIC 0.83 ± ± A11/12 Ni22Al VIC 0.49 ± ± A13/14 Ni24Al VIC 1.43 ± ± A15/16 Ni22Al VIC 0.72 ± ± A51 Ni24Al VCC A52 Ni24Al VCC A105/106 Ni24Al HCC 1.41 ± ± ± ± Samples in polished state were used for measurement. Cross-section and longitudinal section of each barshaped sample were always used for measurement of porosity. From the rings cut from centrifugally cast tubes two side cuts were made, as well as cuts from the outer and inner part of the casting. Cross-sections and side cuts were taken for centrifugally cast cylinders. Average values of porosity show big standard deviations. Measurements of porosity and microhardness for castings prepared by different methods do not show significant differences. The castings contained large pores, i.e. cavities and shrinks, which distorted porosity values. This is proved by the standard deviations which are greater than the arithmetic means. It is better to plot a functional dependence of porosity change depending on sample surface and to draw the conclusions from it. Fig. 2 shows the curve. Sample surface is represented by the direction of porosity measurement which is described in the preceding paragraph. There are two conclusions resulted from the graph. Porosity of the tube increases in direction to the inner wall of the ring and porosity of the samples. The maximum is in axis of the rods. Fig. 3 shows a dependence of medians of shape factors for pores in the areas with the maximum and the minimum porosity (Fig. 7). The areas with the minimal porosity mainly contained small pores. These pores were not so elliptic and had smoother surface than the pores from the areas with the maximum porosity. Morphology of pores from the areas with the maximum porosity was affected by presence of large cavities and shrinks which had irregular shapes. 37

40 Neželezné kovy a slitiny Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Non-ferrous Metals and Alloys ISSN the casting (Figs. 6 and 7), but they contain also place with uniaxial grains. This means that for homogenisation of the cast structure it will be probably necessary to use appropriate heat treatment. Fig. 2 Porosity change of the tube (sample No. 2, principal axis) and the rods (samples Nos. 1a-1d, secondary axis) on the sample surfaces Obr. 2 Změna pórovitosti trubky (vzorekč. 2, hlavní osa) a tyčí (vzorky č. 1a-1d, vedlejší osa) naploše vzorku Fig. 4 Sample No. A11/12, macrostructure Obr. 4 Vzorek č. A11/12, makrostruktura 5 mm 200 μm Fig. 5 Sample No. A11/12, microstructure Obr. 5 Vzorek č. A11/12, mikrostruktura Fig. 3 Pore morphology in the areas with the maximum and the minimum porosity (medians), 1-rods, 2-tube Obr. 3 Morfologie pórů v místech s maximálním a minimálním výskytem (mediány),1-tyče, 2-trubka The samples with the shape of fingers melted on air also did not show any significant increase in porosity or significant difference of micro-hardness. This is very favourable finding, as it means that influence of air atmosphere does not impair the casting quality in any significant manner. Fig. 6 Sample No. A105/106, macrostructure Obr. 6 Vzorek č. A105/106, makrostruktura 5 mm 3. Structural analysis of samples Cross-sections and longitudinal sections were taken from the samples for evaluation of structural and micro-structural characteristics of the alloys. Grains in bars are unequivocally oriented in direction of heat removal and they often grow up to the half of the casting. Grain size then corresponds approximately to the diameter of the cast sample (Figs. 4 and 5). Average length of grains is 3-4 mm (tab. 2). The tubes contain places with significant grain orientation in direction of heat removal, in this case the grains grow through the whole thickness of 38 Fig. 7 Sample No. A105/106, microstructure Obr. 7 Vzorek č. A105/106, mikrostruktura 200 μm

41 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Evaluation of phase composition was performed on analytical scanning microscope QUANTA 450 FEG at the working site of Technical University of Mining and Metallurgy in Ostrava (VŠB-TUO), Regional Materials Science and Technology Centre (RMSTC). Considering demandingness only some samples were chosen for these analyses. Always 3 analyses of phase composition in the grain and network were performed. Analyses in the network may be significantly influenced by composition of surrounding phase due to the small thickness of spray of the network. A detailed analysis of composition of inclusions and their distribution was made. Neželezné kovy a slitiny Non-ferrous Metals and Alloys It was determined that cast structure with composition of approximately Ni24Al is formed by the phase Ni 3 Al, where dark areas represent eutectics of segregated phases of Ni 3 Al and solid solution of nickel (Ni). Structure of tubes contains shrinkage cavitiesand inclusions, which are more frequent near the inner edge of the tubes. The analysed inclusions contain always nickel and mostly also aluminium and sulphur. Some particles contained zirconium, oxygen and magnesium. Dimensions of inclusions are very small and they must be analysed by SEM at magnification x and higher. Fig. 8 shows micro-structure of the sample A105/106. Fig. 9 shows inclusions. Fig. 8 Sample No. A105/106, microstructure Obr. 8 Vzorek č. A105/106, mikrostruktura A B C Conclusions Fig. 9 Sample No. A105/106, microstructure of inclusions Obr. 9 Vzorekč. A105/106, mikrostruktura vměstků diameter was larger than 12 μm. The small pores were mainly in the centres of the grains whereas the Higher contents of air oxygen and nitrogen were large ones together with cavities and shrinks were determined in all types of alloys melted and cast on along grain boundaries.grains in bars are air. Conditions of alloy preparation strongly unequivocally oriented in direction of heat removal affected porosity and pore morphology. Pore and they often grow up to the half of the casting. distribution on surface of transversal and The tubes contain places with a distinct grain longitudinal sections of alloys was not same. There orientation in direction of heat removal, in this case was a higher pore concentration in the centre of the the grains grow through the whole thickness of the sections of rods and in the area of inner wall of casting, but they contain also places with uniaxial ring.statistical evaluation of alloy porosity has grains. This means that for homogenisation of the confirmed a presence of small pores whose diameter cast structure it will be probably necessary to use was from 1.5 to 11.5 μm and large pores whose appropriate heat treatment. Selected samples of 39

42 Neželezné kovy a slitiny Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Non-ferrous Metals and Alloys ISSN tubes were analysed by scanning electron microscope. It was found that cast structure of the alloys with composition of approximately Ni24Al is formed by the phase Ni 3 Aland solid solution of nickel (Ni).The structure contains shrinkage cavities and inclusions, which are more frequent near the inner edge of the tubes. The analysed inclusions contained always nickel and mostly also aluminium and sulphur. Some particles contained zirconium, oxygen and magnesium. Method of centrifugal casting of products from Ni 3 Al based alloys is highly demanding and it is limited by numerous adverse effects. Acknowledgement The presented results were obtained within the frame of solution of the research project research project TA Research and development of centrifugal casting technology of the Ni-based intermetallic compounds and the project CZ.1.05/2.1.00/ Regional materials science and technology centre. Literature [1] DEEVI, S. C., SIKKA, V. K. Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing and aplications. Intermetallics. 1996, Vol. 4, No. 5, pp [2] SIKKA, V. K et al. Processing of nickel aluminides and their industrial applications. Materials Science and Engineering A, 1992, Vol. 153, No. 1-2, pp [3] SIKKA, V. K et al. Advances in processing of Ni3Albased intermetallics and applications. Intermetallics, 2000, Vol. 8, No. 9-11, pp [4] WESSEL J. K. Handbook of Advanced Materials: Enabling New Designs. USA, A JOHN WILEY & SONS, INC., 2004, p [5] SURHONE, M., L., et. al. Nickel Aluminide: Intermetallic, Aluminium. Mauricius, Beau Bassin, 2010, p The paper was presented at the 21 st International Conference on Metallurgy and Materials METAL 2012, May 23 rd 25 th, Review of the paper was elaborated as a part of preparation of the conference. Review: Ing. Ivo Szurman, Ph.D. 40

43 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Koroze Corrosion koroze Comparison of Corrosion Resistance of NdFeB Magnet Type with Protective ZnAl Coating and Related Metals in Selected Environments Porovnání korozní odolnosti magnetu typu NdFeB s ochranným povlakem ZnAla daných kovů ve vybraných prostředích doc. Ing. Stanislav Lasek, Ph.D., Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D., prof. Ing. Miroslav Kursa, CSc., VŠB- Technical University of Ostrava, Faculty of Metallurgy and Materials Engineering The problem of effective and powerful NdFeB type magnets is a lower corrosion resistance in many environments, a lower thermal stability of magnetic parameters in comparison with related permanent magnets and usually their brittleness. The results of corrosion tests and protective properties of coating ZnAl(prepared by cold gas-dynamic sputtering)on NdFeB magnetic material (produced by powder metallurgy) are compared and evaluated in this contribution. The samples of as-received magnetic material NdFeB mean compositionfe69nd25dy4co2alb) with special ZnAl coating and related reference materials (Al, Fe, Zn, Zn/Fe) were exposed in humid air (at temperature 65 C, humidity 100%, during time 1200 hours) and in salt spray (35 C, 240 h.). By means of the gravimetric method the time dependences of mass changes were found out. The corrosion resistance of ZnAl layer was much higher in comparison with Zn/Fe commercial one. Chemical composition of layers and materials (ZnAl/NdFeB) was determined by microanalysis, their structures and corrosion were studied by light microscopy. The non-uniform thickness and corrosion of layers with two phase structure was observed in metallographic sections. On the basis of exposition tests the corrosion parameters of stated materials were determined and compared, especially with respect to uniform and pitting corrosion in humid environments. Efektivních a výkonné magnety typu NdFeB mají nízkou korozní odolnost v mnoha prostředích, nižší teplotní stabilitu určitých magnetických vlastností ve srovnání s obdobnými permanentními magnety a obvykle bývají křehčí. Poměrně malé a silné magnety typu NdFeB jsou používány v mnoha oblastech techniky s ochrannými povlaky. V příspěvku jsou porovnány a hodnoceny výsledky korozních zkoušek ochranných vlastností povlaku ZnAl, naneseného pomocí dynamického naprašování se studeným plynem, (ultrazvukové plátování) na magnetickém materiálu NdFe vyrobené technologií práškové metalurgie. Vzorky dodaného materiálu typu NdFeB (přesněji typu Nd 2 Fe 14 Bresp. s průměrným složením Fe69Nd25Dy4Co2AlB, hm. %) se speciálním povlakem ZnAl a související referenční materiály (Fe, Al, Zn, Zn/Fe) byly exponovány ve vlhkém vzduchu (při teplotě 65 C, vlhkosti 100%, během doby 1200 hodin) a v solné mlze za standardních podmínek (35 C, 240 hod.). Pomocí gravimetrické metody byly zjištěny časové závislosti změn hmotnosti vzorků. Chemické složení povlaků a materiálů (ZnAl/NdFeB) bylo kontrolováno, resp. upřesněno pomocí mikroanalýzy, jejich struktury a povlaky byly sledovány na metalografických výbrusech. Na základě expozičních zkoušek byly stanoveny a porovnány parametry koroze uvedených materiálů, zejména se zřetelem k rovnoměrné a bodové korozi ve vlhkých prostředích. Mnohem vyšší korozní rychlosti byly zjištěny na magnetickém materiálu NdFeB bez povlaku ve srovnání s ostatními zkoušenými kovy anebo povlaky. Korozní odolnost povlaku ZnA byla značně vyšší ve srovnání s komerčním povlakem Zn na Fe, resp. zinku na nelegované oceli. Rovněž byl prokázán pozitivní vliv Al na korozní odolnost povlaku ZnAla na technicky čistém hliníku byla zaznamenána velmi nízká koroze ve srovnání s dalšími materiály. Metalografická pozorování prokázala uzavřenou porozitu povlaku ZnAl na základním materiálu NdFeB, nerovnoměrnou korozi a rezavě skvrny po delší době expozice. The effective, small and powerful magnets of type NdFeB can be applied in many devices (electric motors, computers, sensors) [1]. Their complex microstructure 41 contains reactive components, like neodymium-rich phases, and this magnets exhibit a low corrosion resistance in humid atmospheres and water

44 Koroze Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Corrosion ISSN environments. Neodymium is an active metal with a standard electrochemical potential Eo = -2.4 V [2]. It has been also proved that Nd-rich phases and Nd2Fe14B matrix absorb hydrogen in humid environments leading to its degradation (decrepitation). In aqueous solutions, a preferential dissolution of the highly reactive intergranular Nd-rich phase occurs, which is strongly enhanced by the galvanic coupling of the Nd-rich phase to the much more noble ferromagnetic grains. The ferromagnetic grains on the bulk magnet surface loose adhesion and finally detach from the surface [3]. Thus, the Nd-Fe-B-based magnets cannot operate in technical devices with the absence of special anticorrosive coatings. and 0.5% Fe. The closed porosity was estimated by linear method and has the value around 25-30%. Metallographic section of base material with the protective Al-Zn coating is shown in Fig. 1. A relatively large dispersion of the coating thickness was identified, in the range of m. The dark spots in Fig 1 are pores and/or secondary phases rich in Nd that partly dissolved during wet preparation of polished surface section. There is possibility of micro-galvanic action between Fe and Nd rich phases in water environment. The relatively homogeneous protective Zn coating on low carbon steel has a thickness between m, see Fig. 2. Secondary intergranular phases in new types of NdMeFeB (Me = Dy, Co) magnets are composed of intermetallic compounds with better corrosion resistance than Nd rich phase. Corrosion resistance is enhanced for magnets with polymer (EP) binding of powder, but their magnetic properties and working temperatures are lowered. The aim of the present work is to study the corrosion resistance of sintered NdFeB-based magnet material with the special protective coating (ZnAl) and to perform comparative investigations of corrosion resistance using reference metals and coatings. 1. Materials and corrosion tests The powder mixture Al and Zn was applied on the magnet material NdFeB of dimensions 26x10x4.5 mm (before magnetization) by cold gas-dynamic sputtering (i.e. cold supersonic plating). The essence of the procedure consists in the fact that an applied material, which is present in the form of a powder and moves with inert gas flow, is accelerated to a supersonic speed, and fed to the deposition surface. Anticorrosive material particles are heated in striking against the material surface under the action of kinetic energy and then they fix firmly on the surface [4]. From selected sample the coating Al-Zn was removed by fine grinding in order to obtain base material (NdFeB) for testing. For comparative corrosion tests were used thin sheets of Al, Zn, Fe (as low carbon steel with 0.2%C, according to ČSN ) and commercially deposited layer of Zn on this steel (Zn/Fe). The thickness of metal sheets was in the range mm. Chemical microanalysis have revealed [4,5] that tested magnet NdFeB type consists of matrix of mean composition Fe69Nd25Dy4Co2AlB,corresponding to (Nd,Dy) 2 (Fe,Co) 14 B type magnet(for simplicity these materials are written as NdFeB in this article) and secondary minor intergranular phase composed of Nd80Co9O8Fe2Dy1Si, in wt. %.). Heterogeneous layer contains two phases rich in Zn and Al (Zn96Al2O2 and Al92Zn4O3Fe), surface analysis has revealed the average composition (wt. %): 60% Al, 32% Zn, 8% O Fig. 1 As-received coating ZnAl on NdFeB. Markers show the examples of thickness measuring (polished section) Obr. 1 Dodaný povlak ZnAl na NdFeB. Značky ukazují příklady měření tloušťky povlaku (leštěný výbrus) Fig. 2 Reference sample Zn/Fe. Small inclusions or defects were found out(polished) Obr. 2 Referenční vzorek Zn/Fe, malé defekty nebo vměstky v povlaku(leštěno) Two corrosion tests were performed on these metals and coatings. The first group of samples were exposed in 42

45 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN humid air at 65 C (with 100% relative humidity) during 1200 hours, with shutdowns for proper stereomicroscopy observation, photography and application of gravimetric method [6]. Second set of samples were exposed in neutral salt spray at 35 C according to standard [7]. Samples were tested in the vertical position or at the angle to the vertical direction. The small glass bowls were below the samples to capture some corrosion products (for more accurate weighting after water evaporation). After exposition from some tested samples were taken off smaller samples for metallography studies. Koroze Corrosion influence of aluminium. The thick brown corrosion products (Nd(OH) 3, Fe(OH) 2, Fe(OH) 3 ) were formed of NdFe sample. The corrosion trend of pure Zn for longer time includes some corrosion losses. NdFeB Fe 2. Results and discussion 2.1 Corrosion tests The mass gains of samples after certain time intervals were measured and average uniform corrosion was estimated. The corresponding time dependences of corrosion for tested metals and coatings are compared in Fig. 3 and 4. In humid air, the highest corrosion rates was confirmed on magnet material NdFeB, without coating, many times higher than in case of this magnet covered by special coating ZnAl. On the other hand, the lowest corrosion rate was measured on Al reference sheet in passive state. The ZnAl coating has a better corrosion resistance in both environment, but relative differences or ratios are smaller for longer time of exposition. Different corrosion behaviour were registered for iron, relatively small corrosion rate in clean humid air in comparison with high corrosion in salt spray with catalytic effect of chloride ions on iron. NdFeB (Zn) Zn/Fe ZnAl Fig. 3 Trends of corrosion mass gains on tested materials and coatings after exposition in humid air at 65 C Obr. 3 Trendy korozních hmotnostních přírůstků na zkoušených materiálech ve vlhkém vzduchu při 65 C Al Fe Zn Fig. 4 Comparison of corrosion trends on tested materials and coatings after neutral salt spray test Obr. 4 Porovnání časových průběhu koroze zkoušených materiálů a povlaků při zkoušce v solné mlze Zinc coatings can protect NdFeB magnets in similar way as low carbon steel, mainly by barriers effect and partly as sacrificial anode. Its protective properties determined by the difference of corrosion or equilibrium potentials between Zn and Nd rich phases. The life-time of zinc coatings is linear proportional to their mean thickness or weight per square meter and degree of the aggressiveness of atmosphere (C1 C5) [8]. 2.2 Microscopy observations In Fig. 5 are compared the surfaces of samples after exposition 800 hours in air at temperature 65 C and 100% relative humidity. The selected samples are placed from left to right ZnAl/NdFe, NdFe, Zn/Fe, Zn and Fe (down). On the sample of aluminium the surface changes has not been observed and mass gain was negligible, approximately 0.3 g/m 2 after 1200 hours. A few spots (so called red rust ) were formed on the Zn/Fe sheet and no dark spots on AlZn/FeNf samples, only light grey corrosion products, mainly Zn(OH) 2, in humid air at 65 C, Fig. 5. Dark small spots were found out on surface ZnAl/NdFe after 240 hours exposition in salt spray, many rust spots were formed on Zn/Fe sample under the same conditions (Fig. 6). On sample Zn/Fe approximately 5% of spots (of the total surface) were observed at 120 hours exposition in salt spray. Al Zn/Fe ZnAl The higher corrosion resistance of ZnAl layer in comparison with Zn can be explained by the positive 43

46 Koroze Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Corrosion ISSN ZnAl/FeNdB Zn/Fe Al Zn Fe Fig. 5 Comparison of samples after exposition in humid air (65 C, 800 hours, 100% r.h.). From left: ZnAl/NdFeB, NdFeB, Zn/Fe, Zn and Fe (down) Obr. 5 Porovnání vzorků po expozici ve vlhkém vzduchu (65 C, 800 hod., 100% vlhkost). Zleva: ZnAl/NdFeB, NdFeB, Zn/Fe, Zn and Fe (dole) Note: On pure neodymium the light grey corrosion products were formed in laboratory air similar as on zinc. Fig. 7 Corrosion of selected samples after exposition h. in humid air at 65 C Obr. 7 Koroze vybraných vzorků po expozici 1200 hod. ve vlhkém vzduchu při 65 C The example of corrosion attack of ZnAl/NdFeB system is documented in Fig. 8, where probably zinc corrosion products have grey shade (as islands on layer). The shallow pit on surface was also found out, mainly in the damaged coating, with disruption of cohesion at interface, Fig. 9. Porosity of coating may reduce its corrosion resistance and protection of base material. ZnAl NdFeB Fig. 6 Samplessurfaces ZnAl/NdFeB and Zn/Fe (from left) after exposition in salt spray (35 C, 240 h) Obr. 6 Povrchy vzorků ZnAl/NdFeB azn/fe (zleva) po expozici v solné mlze (35 C, 240 h) After 1200 hours exposure in humid air, the brown spots appeared on sample ZnAl/NdFe, preferably on edges in crevices between the sample and the pad and coating began lifting, Fig. 7. The tests of ZnAl/FeAl in humid air at elevated temperature would continue up to time, when 5% rust spots will cover surface. Fig. 8 SampleZnAln/NdFeBafter salt spray test, 240 h. Corrosion products - grey spots on ZnAl coating Obr. 8 Vzorek ZnAl/NdFeB po testu v solné mlze 240 hod. Korozní produkty šedé skvrny u povlaku ZnAl The metallographic section of Zn layer on steel (Zn/Fe) after longer time exposition in humid air is completed and documented in Fig. 10.The possibility of corrosion under-mining of protective coating and deadhesion (or decohesion) of corrosion products is shown in Fig

47 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN NdFeB ZnAl Fig. 9 Sample ZnAl/NdFeB after exposure in humid air, 800 hours at 65 C. The area with the local corrosion Obr. 9 Vzorek ZnAl/NdFeB po expozici ve vlhkém vzduchu 800 hodin při 65 C. Oblast s lokální korozí Capturing all corrosion products and non-stick layers is difficult to metallographic sections. steel (Fe) (Zn) cor. products Conclusions Koroze Corrosion Effective permanent NdFeB type magnets must be used in many fields of technology and equipment with protective coatings. Comparative corrosion tests (in humid air at 65 C for 1200 hours and standard salt spray test, 240 h.) were performed with special coating ZnAl on magnetic material of NdFeB type, produced by powder metallurgy. For comparison the sheets of Al, Fe, Zn and Zn/Fe were used. Much higher corrosion rate was measured by gravimetric method on magnet NdFeB without coating in comparison with other tested metals and coatings. The corrosion resistance of special ZnAl layer was higher comparing with Zn/Fe commercial one. The positive affect of Al on corrosion resistance of ZnAl coating has been proved. Metallography showed closed porosity of ZnAl coating and NdFeB, nonuniform corrosion and rust spots after exposure time. Acknowledgements This paper was created in the project No. CZ.1.05/2.1.00/ "Regional Materials Science and Technology Centre" within the frame of the operation programme "Research and Development for Innovations" financed by the Structural Funds and from the state budget of the Czech Republic. Literature molding compounds Fig. 10 Sample Zn/Fe after exposition in humid air, at 65 C, 800 h. Uneven corrosion products on coating Obr. 10 Vzorek Zn/Fe po expozici ve vlhkém vzduchu,65 C, 800 h. Nerovnoměrná koroze na povlaku (Fe) (Zn) molding compounds Fig. 11 Sample Zn/Fe after salt spray test, 240 h., 35 C. Small cracks in coating and corrosion products Obr. 11 Vzorek Zn/Fe po zkoušce v solné mlze, 240 h. 35 C. Menší trhliny a korozní produkty Comparative results can be used for evaluation of galvanic coating of zinc or zinc base coatings (ZnAl, ZnNi) for protection of magnetic materials of NdFeB type. The creation of two or three layers of different metals (Ni, Cu) in coating is another trend of protection of these magnets, as required for function and corrosion resistance of magnets [9]. [1] GUTFLEISCH, H O., WILLARD, M. A., BRUCK, E. et.al. Magnetic Materials and Devices for the 21st Century: Stronger, Lighter, and More Energy Efficient. Advanced Materials, 2010, vol. 20, p [2] ARENAS, M., WARREN, G. W., Aqueous Corrosion Study of Melt-Spun NdFeB Ribbons with TiC Additions. TMS, Alabama, 1999, 10 p. [3] El-MONEIM, A. A., GEBERT, A., UHLEMANN, M. et. al., The influence of Co and Ga on the corrosion behaviour of nanocrystalline NdFeB magnets. Corrosion Science, 2002, vol. 44, p [4] BELYAEV, I., KOLCHUGINA, N. SPRYGIN, G. KURSA M., LASEK S., KONEČNÁ K., Structural and Corrosion Properties of Al-Zn Protective Coating for Nd-Fe-B Permanent Magnets. Metallurgical Journal.3 (64), p , ISSN [5] LASEK, S. KURSA, M. KONEČNÁ, K. Composition, structure and some corrosion properties of as-received NdFeB magnetic material and protective znal coating, In Inter. Conference Metal 2011, TANGER, Brno,2011, 5 p.cd. [6] ISO 10289:1999 (ČSN EN ISO 10289) Methods for corrosion testing of metallic and other inorganic coatings on metallic substrates Rating of the test specimens and manufactured articles subjected to corrosion tests. [7] ČSN ISO 9227: Corrosion tests in artificial atmospheres. Salt spray tests. 1994,14 p. [8] KREIBICH, V., BENEŠOVÁ, D. Metals and surface treatment Zinc (In Czech), www,povrchari.cz, no. 4, 2010, p.3-6. [9] DOBROVODSKÁ, N. Anticorrosion coatings for NdFeB type magnets (In Czech). Thesis,VŠB-TU Ostrava, 2012, 59 p. The paper was presented at the 21 st International Conference on Metallurgy and Materials METAL 2012, May 23 rd 25 th, Review of the paper was elaborated as a part of preparation of the conference. Review: prof. Ing. Vladimír Číhal, DrSc. 45

48 Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing ISSN Distribuce As a Hg při spalování uhlí ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Distribution of As and Hg during the Coal Combustion A. Laboratorní a provozní experimenty A. Laboratory and process experiments prof. Ing. Zdeněk Klika, CSc, Ing. Ondřej Němček, Ing. Michal Cagala, doc. RNDr. Lucie Bartoňová, PhD., Ing. Zbyszek Szeliga, Ph.D., Ing. Jana Serenčíšová, Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Tato práce se zabývá studiem distribuce As a Hg při laboratorním spalování uhlí v trubkové laboratorní peci, ve fluidním laboratorním zařízení a v provozních fluidních kotlích. Cílem této experimentální práce bylo sestavení laboratorních spalovacích zařízení, provedení spalovacích pokusů v různých režimech spalování a vyhodnocení těkavostí As a Hg na základě bilančních výpočtů. K laboratornímu spalování (v trubkové peci a fluidním spalovacím zařízení) bylo použito hnědé uhlí, v provozních pokusech bylo použito jak hnědé tak černé uhlí. V laboratorních pokusech byl, vyjma běžného spalování v trubkové peci, ověřován i vliv zvýšeného obsahu chlóru na těkavost As a Hg. Ve fluidním laboratorním zařízení byla testována možnost použití 3 různých relativně levných sorbentů (aktivní uhlí, pyrolýzní uhlík a bentonit) k záchytu As a Hg ze spalin. Provozní pokusy s použitím hnědého a černého uhlí byly provedeny při dvou různých režimech fluidních kotlů (40 a 100 %). Protože výsledky vypočtených emisí As a Hg z jednotlivých pokusů ukazovaly poměrně větší rozptyly naměřených emisí, bylo v práci provedeno i kritické vyhodnocení jejich možných maximálních chyb. This work deals with the study of As and Hg distribution during coal combustion in tube laboratory furnace, in fluidized laboratory unit and in full-scale fluidized boilers. The goal of this work was to construct laboratory combustion unit, to carry out combustion experiments for various combustion regimes and to evaluate As and Hg volatility based on the mass balance calculations. Both lignite and bituminous coal were used for the combustion in industrial FBB, while for the laboratory tests (tube furnace and fluidized laboratory equipment) only lignite was used. The experiments performed in laboratory tube furnace at 1150 o C showed that the maximal amount of As in emissions was 20%, while maximal amount of Hg in emissions reached almost 90% (both based on their total content in lignite). Except for the current lignite combustion the influence of the increased content of Cl on volatility of As and Hg was also tested in laboratory tube furnace. If the content of Cl in lignite was increased (by addition of NaCl and/or PVC,) the amounts of As in emissions were somewhat higher at temperatures up to 500 o C in comparison with the current lignite combustion, but at 1150 o C no differences were found between both combustion regimes. The amount of volatilized Hg from Cl-enriched lignite was somewhat higher on all temperature scale. As and Hg emissions in laboratory fluidized combustion equipment performed under different combustion (in DFV) and sorption (in HFV) temperatures did not show any significant differences. The same conclusion is valid for capture of As and Hg from flue gas, where the cheap sorbents (activated carbon, carbon from pyrolysis and bentonite) in HFV were used. 46

49 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing Full-scale experiments with lignite (power plant Tisová) and bituminous coal (power plant Poříčí) combustion were performed in two industrial FBB at 40 and 100 % boilers outputs. Obtained results validated the much higher Hg volatility in comparison with As volatility, but different results for 40 and 100 % boilers outputs are rather problematic to explain. The maximal errors for As and Hg volatilities were calculated using the errors in chemical analyses of As and Hg. These data show that volatility of both elements calculated as a difference from input and output mass streams balances are burdened by relatively very high errors. This conclusion is generally valid for any emission of trace elements calculated from mass balance. V současné době patří uhlí celosvětově k dominantním zdrojům pro výrobu elektrické energie a tepla. Také v České republice je uhlí považováno stále za rozhodující položku ve výrobě elektrické energie, a to i přes mírný pokles v těžbě této suroviny. Asi 60% celkové tuzemské produkce energie je získáváno právě spalováním pevných paliv [1,2]. provozních fluidních kotlích (c). Cílem toho studia je přispět k poznání o těkavosti Hg a As při spalování uhlí. 1. Materiály, laboratorní a provozní zařízení a použité metody 1.1 Použité materiály I přes zavádění nových a moderních spalovacích technologií je využívání uhlí jako zdroje energie stále spojeno s řadou problémů, z nichž největší se týká popelovin v něm obsažených. Tento anorganický podíl pevných paliv je obvykle hlavním zdrojem stopových prvků, které se při spalování uvolňují a následně z části unikají do ovzduší [3]. I když jsou koncentrace stopových prvků v uhlí poměrně nízké (nejčastěji v rozmezí desetin až desítek ppm) [4], vzhledem k obrovskému množství spáleného paliva je nezbytné věnovat tomuto problému náležitou pozornost [5]. Jelikož pevné částice jsou poměrně efektivně zachytávány v odlučovacím zařízení, největší riziko pro životní prostředí představují nejtěkavější prvky, které v plynné formě procházejí tkaninovým filtrem či jiným odlučovacím zařízením. Mezi tyto prvky náleží především rtuť a její sloučeniny, které jsou vzhledem k jejich vysoké těkavosti a toxicitě v literatuře hojně studovány [6,7]. Germani a Zoller [8] uvádějí únik rtuti dosahující asi 98% jejího vstupního množství, přičemž předpokládají výskyt především v elementární formě. K podobnému závěru došli rovněž Boron a Wan [9], kteří zjistili až 97% celkové vstupní hmotnosti rtuti uvolněné do ovzduší v plynné fázi, rovněž většinou v podobě elementární rtuti. V literatuře lze najít také zmínky o dalších prvcích, u kterých se předpokládá možnost alespoň částečného úniku v parní fázi, jsou to především Cl, I, Br, As, Se nebo B [6]. Proto je velká pozornost v posledních letech zaměřena na snahu zachytit tyto těkavé prvky na pevný sorbent. Kvůli vysoké toxicitě i těkavosti je pozornost v posledních letech zaměřena především na Hg. V tomto směru je nejčastěji studována sorpce Hg na aktivní uhlí [10-12]. Práce zabývající se dalšími těkavými prvky jsou však poměrně vzácné [13-15] a nejsou často podloženy úplnými experimentálními daty. V této práce se zabýváme studiem distribuce As a Hg při laboratorním spalování uhlí v trubkové laboratorní peci (a), ve fluidním laboratorním zařízení (b) a v 47 V experimentální části této práce byly použity tyto materiály: Černé uhlí spalované v elektrárně Poříčí (CU- Poříčí): Hnědé uhlí spalované v elektrárně Tisová (HU- Tisová) Hnědé uhlí spalované v laboratoři (HU-lab), připravená velikost zrna 0,6-2,0 mm Sklopísek, lokalita Střeleč, SiO 2 > 99,2%, velikost zrna 0,23 mm Sklopísek obohacený o As (100 ppm) a Hg (0,550 ppm) Jako sorbenty byly použity směsi sklopísku s aktivním uhlím, sklopísku s pyrolýzním uhlíkem vyrobeným na VŠB o zrnitosti 0,09 2 mm a sklopísku s Ca/Mg-bentonitem z lokality Obrnice. NaCl, p.a PVC - Neralit Laboratorní a provozní zařízení Laboratorní trubková pec Spalování bylo provedeno v peci P330 s vloženou trubicí do které byl na lodičce umístěn vzorek ke spalování. Trubková pec je vybavena programovatelnou jednotkou, která umožňuje nastavit požadovaný průběh nárůstu teploty s časem. Vnitřní trubice pece se vzorkem byla na vstupní straně napojena přes regulační ventil a rotametr na přívod vzduchu z tlakové láhve, na výstupní straně byly spaliny odvedeny do digestoře Laboratorní fluidní zařízení Zařízení pro studium těkavosti prvků a jejich adsorpci bylo konstrukčně navrženo jako stacionární systém dvou za sebou sériově řazených fluidních vrstev (obr. 1). Fluidizační médium (v našem případě stlačený vzduch ze vzdušníku kompresoru) protéká postupně přes regulovatelný rotametr se stupnicí a dále pak oběma fluidními vrstvami. První fluidní vrstva (spodní)

50 Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing ISSN slouží ke spalování požadovaného paliva, druhá pak k adsorpci těkavých látek (produkty spalování), které přes ni procházejí ze spodní fluidní vrstvy. V horní fluidní vrstvě je pak lóžový materiál obohacen těkavými složkami, které mohou být zčásti zachyceny na adsorbentech. Ty, které se nezachytí na adsorbentu jsou odvedeny nad horní fluidní vrstvou do průmyslové digestoře. Fluidizace samotná zaručuje homogenní rozložení vzorku v materiálu fluidní vrstvy a také konstantní teplotu v profilu fluidní vrstvy. Tato vrstva je vytvořena přívodem fluidizačního média přes fritu, na které je nasypán adsorbent v odpovídajícím množství. Průměr obou komor je 40 mm. Fluidizační médium je před vstupem do komory první fluidní vrstvy předehříváno na požadovanou teplotu. Spodní fluidní vrstvu je možno, dle požadavku, nahřívat vnějším topným modulem. Stěny komor spodní i horní fluidní vrstvy jsou z křemenného skla, lze tedy kontrolovat stabilitu fluidní vrstvy ve vznosu vizuálně a případně provádět korekci škrcením fluidizačního média na rotametru. Celé zařízení je tepelně izolováno odnímatelnou izolací a to jak z bezpečnostních důvodů, tak z důvodů zamezení tepelným ztrátám a výkyvům. Po jeho vychladnutí je možno odebrat materiál z horní i spodní fluidní vrstvy pro příslušné analýzy. Zařízení umožňuje dosažení teploty ve spodní fluidní vrstvě cca 900 C, v horní fluidní vrstvě teploty cca 250 C. Horní fluidní vrstva má navíc sekundární vzduchové chlazení z důvodu zamezení případného přehřátí. Zařízení je vybaveno systémem měření a regulace teploty a měřením průtoku fluidizačního média. Teploty ve fluidních vrstvách lze regulovat za pomoci programovatelných PID regulátorů skrze příkon topných těles a přívodem chladného fluidizačního média pod fritu horní fluidní vrstvy. Obr. 1 Laboratorní fluidní spalovací zařízení bez tepelné izolace 1 Stlačený vzduch z kompresoru 2 Rotametr s regulací průtoku 3 Regulace chlazení horní fluidní vrstvy 4 Topná tělesa 5 Předehřívací armatura 6 Frity 7 Dolní fluidní vrstva (DFV) 8 PID regulátory 9 Vstupy pro termočlánky 10 Vstup paliva přes svodku s plynotěsnými uzávěry (V) 11 Horní fluidní vrstva (HFV) Filtr Průmyslová digestoř na odvod emisí (E) Fig. 1 Laboratory fluidized combustion facility free of thermal insulation 1... Compressed air from the compressor 2... Rotameter with flow control 3... Cooling control of the upper fluidized layer 4... Heaters 5... Pre-heating armature 6... Frits 7... Lower fluidized layer (DFV) 8... PID Regulators 9... Inputs for thermocouples 10...Entry of the fuel through downspout with the gas-tight caps (V) 11...Upper fluidized layer (HFV) 12...Filter 13...Industrial fume chamber for exhaustion of the emission (E) Provozní spalovací zařízení s cirkulující fluidní vrstvou Měření byla provedena na kotlích s cirkulující fluidní vrstvou. Elektrárna Poříčí dvěma fluidními kotli o instalovaném výkonu 2 x 55 MW. Palivem je zde černé uhlí s nízkým obsahem síry. Elektrárna Tisová I s dvěma fluidními kotli o celkovém instalovaném výkonu 183,8 MW. Palivem je zde Sokolovské hnědé uhlí. Na obou kotlích se k desulfurizaci používá pevný vápenec. Úletový popel se odstraňuje v elektrárně Poříčí elektrostatickými odlučovači, v elektrárně Tisová rukávovými filtry. Průměrná teplota spalování v obou kotlích je cca 850 o C. Detailnější popis obou spalovacích zařízení byl popsán již dříve [16]. Zjednodušené obecné schéma obou kotlů s cirkulující fluidní vrstvou je znázorněno na obr

51 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing Obr. 2 Zjednodušené schéma kotlů s cirkulující fluidní vrstvou Fig. 2 Simplified scheme of fluidized-bed boiler 1.3 Použité metody Ke spalování hnědého uhlí (HU-lab) v trubkové laboratorní peci P330 byla použita směs 1,50 g vysušeného uhlí (105 o C) o zrnitosti 0,6 2 mm, které bylo smíseno s 6,00 g vysušeného sklopísku (105 o C). Spalování se sklopískem bylo zvoleno z důvodu zajištění srovnatelných podmínek při laboratorním spalování v trubkové peci (odst. 3.1) a laboratorním fluidním spalování (odst. 3.2). Při měření v laboratorním fluidním topeništi musel být nehořlavý materiál (sklopísek) přidáván proto, aby spalování probíhalo plynule. K tomuto účelu byl po předchozích experimentech vybrán hmotnostní poměr uhlí a sklopísku 1,5 : 6 (g/g). Do vnitřní trubky pece se vložil odvážený vzorek v porcelánové lodičce a po připojení na zdroj vzduchu a odvod spalin se nastavil vhodný průtok a zvolil vhodný teplotní program ohřevu. Při našich experimentech například záhřev na teplotu 450 o C probíhal po dobu 2 h 15 min, na teplotu 750 o C 3h 45 min. a na teplotu 1150 o C se vzorek zahřál během cca 5 h 45 min. Po dosažení požadované teploty byl vzorek udržován na dosažené teplotě ještě 20 min. Poté se pec vypnula, a po jejím ochlazení na laboratorní teplotu byl vzorek vyjmut a zvážen. Před vlastním započetím spalovacích zkoušek v laboratorním fluidním zařízení bylo provedeno několik předběžných pokusů, při kterých byla ověřována zrnitost materiálu v závislosti na průtoku vzduchu. Cílem těchto zkoušek bylo udržet materiál ve fluidním loži (spalované uhlí v dolní fluidní vrstvě DFV a sklopísek nebo jeho směs se sorbentem v horní fluidní vrstvě - HFV). Byla také testována časová sekvence a množství přídavku spalovaného materiálu do dolní fluidní vrstvy (DFV), jakož i množství a velikost zrna sorbentu v horní fluidní vrstvě (HFV). Taktéž byla ověřována možnost dosažení teploty a její stabilita jak v DFV tak i v HFV. V neposlední řadě byly ověřovány analytické metody použitelné ke stanovení As i Hg v předpokládaných rozsazích. Z výsledků těchto měření vyplynul následující pracovní postup. fluidní vrstva sklopískem (cca 90 g) o známé granulometrii a složení. Obě vrstvy se zahřejí na provozní teplotu za současného průtoku fluidizačního media (vzduchu). Dávkování vzorku (paliva) se realizuje cca 5-ti 5g přídavky v 5-ti minutových intervalech do spodní fluidní vrstvy (k předem přidanému sklopísku) přes dvojitý, plynotěsný, dávkovací uzávěr o celkové hmotnosti cca 25 g. Tento způsob dávkování byl zvolen z důvodu, aby bylo zajištěno postupné uvolňování těkavých prvků a klidný průběh hoření. Po ukončení spalování na požadovaných teplotách ve DFV a HFV se vypne ohřev a za procházejícího fluidizačního media se zařízení uvede na laboratorní teplotu a následně se odeberou vzorky k analýzám (obr. 1). Při provozních experimentech byly vzorky uhlí (U), vápence (V), lóžového (LP) a úletového popela (UP) odebírány po cca 6 hodinách provozu, kdy fluidní kotle dosáhly ustáleného stavu. Na těchto zařízeních byly současně prováděny zkoušky spalování při výkonech kotlů 40 a 100 %, při kterých byla měřena celá řada dalších parametrů. Vzorky byly po celou dobu měření (cca 8 hod) odebírány v časových intervalech 30 min, pak byly smíchány, nadrceny, namlety a vysušeny při laboratorní teplotě. Po homogenizaci byly připraveny laboratorní vzorky k analýzám. Obsah vlhkosti, popela a prchavé hořlaviny byl stanoven běžně používanými metodami. Analýza stopových prvků (As, Cla celkové S) byla provedena rtg-fluorescenční analýzou na energiově-disperzním spektrometru (Spectro X-Lab). Vzhledem k velmi nízkým koncentracím bylo stanovení Hg provedeno metodou studených par AAS metodou (AMA systém). Obsah popela A d byl stanoven podle ČSN ISO 1171 a obsah prchavé hořlaviny V daf podle ČSN ISO 562. Obsah popela je vztažen k vysušenému uhlí (A d ) a obsah prchavé hořlaviny k celkové hořlavině obsažené v uhlí (V daf ). 2. Výsledky a diskuze Horní fluidní vrstva se před zahájením experimentu naplní adsorpčním mediem (cca 33 až 36g) a spodní 49 K laboratorním experimentům prezentovaným v této práci (odst. 3.1 a 3.2) bylo použito hnědé uhlí (HU-lab),

52 Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing ISSN zatímco černé uhlí (označené jako CU) bylo spalováno v elektrárně Poříčí a hnědé uhlí (označené jako HU) v elektrárně Tisová (viz odst. 3.3). Všechny experimenty byly vyhodnoceny s použitím materiálových bilancí s cílem zjistit z rozdílu mezi množstvím vstupujícího a vystupujícího množství prvku (As a Hg) procentuální podíl jejich úbytků (E), který odpovídá jejich přítomnosti v emisích. Tento výpočet byl proveden na základě obecné rovnice (1): mi. wi m j. wj m j. wj 2 i j 2 j E mi. w i mi. w i i i (1) kde m vyjadřuje hmotnostní tok za časovou jednotku a w hmotnostní zlomek daného prvku v daném toku. Index i odpovídá jednotlivým vstupním tokům (např. uhlí nebo vápenci), index j jednotlivým výstupním proudům (např. lóžovému a úletovému popelu). V následující tabulce 1 jsou uvedeny základní charakteristiky použitých vzorků uhlí. Tab. 1 Základní charakteristiky černého a hnědého uhlí Tab. 1 Basic characteristics of bituminous coal and lignite CU-Poříčí HU-Tisová HU-lab (%) Vlhkost (W a ) 9,6 10,2 11,2 Obsah popela (A d ) 31,66 29,8 23,4 Prchavá hořlavina (V daf ) 36,7 58,7 59,2 S celk 0,5 1,3 1,4 (ppm) As 7,1 14,0-15,4 73,5-80 Hg 0,130 0,714 0,31 Cl Poznámky:Vlhkost (W a )-vztažená k původnímu uhlí; obsah popela (A d ) vztažený k vysušenému uhlí při o C; prchavá hořlavina (V daf ) vztažená k hořlavině přítomné ve vysušeném vzorku uhlí, celková síra (S celk) vztažená k vysušenému uhlí při o C; Další charakteristiky (složení uhelných macerálů, mineralogického složení, chemické složení, apod.) týkající se vzorků uhlí CU-Poříčí a HU-Tisová [16]. 2.1 Laboratorní spalování v trubkové peci Naměřené a vypočtené výsledky jsou uvedeny v tab. 2. U názvu vzorku je označena i teplota záhřevu. Např. pro vzorek 1-20 se jedná o původní, referentní vzorek, u vzorku je teplota záhřevu 300 o C, atd. Ke všem laboratorním testům bylo použito hnědé uhlí (HU-lab) jehož charakteristiky jsou uvedeny výše. Tab. 2 Data k výpočtu emisí E(As) a E(Hg) za různých teplot Tab. 2 Data for calculation of E(As) and E(Hg) in emissions at various temperatures Vzorek m P m VZ m C/A w VZ (As) w VZ (HJg) E(As) E(Hg) (g) (µg/g) (%) ,002 7,502 1,500 14,7 0, ,003 7,503 1,500 15,1 0, , ,001 7,465 1,464 14,3 0, , ,002 7,370 1,368 14,9 0,043 0, ,010 1,012 14,9 0, , ,003 6,998 0,995 14,3 0,015 9,3 77, ,997 6,395 0,398 14,4 0,012 16,5 83, ,003 6,351 0,348 14,9 0,017 14,2 77, ,002 6,338 0,336 13,5 0,026 22,4 65, ,000 6,403 0,403 14,0 0,008 18,7 89, ,999 6,345 0,346 13,1 0,014 24,6 81,2 Poznámky: m P hmotnost písku; m VZ hmotnost vzorku uhlí s pískem po zahřátí na teplotu t; m C/A hmotnostvzorku uhlí po zahřátí na teplotu t (m C/A = m VZ-m P); w VZ(As) - hmotnostní zlomek As ve vzorku m VZ; w VZ(Hg) hmotnostní zlomek Hg ve vzorku m VZ; E(As)- procentuální úbytek As při teplotě t; E(Hg)- procentuální úbytek Hg při teplotě t. Procentuální úbytek As (E(As)) a Hg (E(Hg)) při teplotě t byl vypočten z rovnice (2), která je uvedena pro podmínky tohoto experimentu a byla vytvořena s použitím obecného vztahu uvedeného rovnicí (1). 50 Hodnota w VZ,o odpovídá hmotnostním zlomkům As a Hg v tepelně neošetřenému vzorku uhlí s pískem (vzorek 1-20),w VZ odpovídá hmotnostním zlomkům As a Hg v tepelně ošetřených vzorcích uhlí s pískem (vzorky 1-

53 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing 100 až ). V závorce u hodnot w a E jsou uvedeny prvky As a Hg pro které byla tato data naměřena nebo vypočtena. Výsledky měření jsou znázorněny na obr. 3. m. w m. w m. w E m. w m. w 2 VZ, o VZ, o VZ VZ 2 VZ VZ VZ, o VZ, o VZ, o VZ, o (2) Cílem této práce bylo rovněž otestovat vliv přítomného chloru na těkavost As a Hg, neboť jejich intensivnější přechod do emisí je často spojován s větším zastoupením Cl v palivech. Studium závislostí obsahu chloru na těkavost As a Hg bylo sledováno na nově připravených vzorcích, ve kterých byl obsah anorganického Cl navýšen přídavkem NaCl a organického Cl přídavkem PVC. K těmto laboratorním testům bylo rovněž použito hnědé uhlí (HU-lab) jehož charakteristiky jsou uvedeny výše (tabulka 1). Aby byla zajištěna homogenita přidávaného Cl, bylo jeho navýšení ve vzorcích uhlí provedeno ve dvou krocích. Nejprve bylo připraveno uhlí s navýšením o ppm Cl (základní uhelná směs). Přídavek anorganicky vázaného Cl k uhlí byl realizován přídavkem potřebného množství NaCl k HU-lab tak, aby jeho celková hmotnost byla 15,00 g. Analogicky přídavek organicky vázaného Cl k uhlí byl realizován s použitím 0,264 g PVC - Neralit 652 k 14,736 g uhlí HU-lab. Každá z těchto směsí pak byla důkladně homogenizována. Ve druhém kroku bylo připraveno uhlí s navýšením Cl o 1000 ppm (pracovní uhelné směsi) ředěním s HU-lab v poměru 1:9. Po důkladné homogenizaci byly připraveny finální vzorky uhlí zjednodušeně označené NaCl-t a PVC-t podle typu přidaného Cl (t označuje teplotu, při které se pak vzorky uhlí s navýšeným obsahem Cl o 1000 ppm spalovaly). Analogicky jako v předchozím případě, se pro každý experiment odvážilo 1,500 g vzorku uhlí, který byl opět smíchán s 6 g písku a spalován podle postupu použitého již v předchozím odstavci. Tyto vzorky se zahřívaly (spalovaly) v proudu vzduchu při teplotách 100, 150, 225, 300, 450 a 900 C. Po ukončeném spalování byl vzorek vyjmut z pece, ochlazen v exsikátoru na laboratorní teplotu, vypočten obsah nespáleného zbytku a podroben chemické analýze. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3. Použité symboly jsou shodné s těmi, které jsou uvedeny v poznámkách pod tabulkou 2. Tab. 3 Data k výpočtu emisí As a Hg za různých teplot v prostředí zvýšeného obsahu Cl. Tab. 3 Data for calculation of As and Hg emissions at various temperatures in presence of increased Cl content Vzorek m P m VZ m C/A w VZ (As) w VZ (Hg) w VZ (Cl) E(As) E(Hg) (g) (µg/g) (%) ,002 7,510 1,500 14,4 0, NaCl-100 6,003 7,510 1,500 13,4 0, ,9 1,83 NaCl-150 6,001 7,516 1,515 13,4 0, ,6 34,6 NaCl-225 6,002 7,470 1,468 12,7 < 0, ,2 >90,9 NaCl ,008 1,010 13,8 < 0, ,5 >91,5 NaCl-450 6,003 6,424 0,995 13,7 < 0, ,6 >92,2 NaCl-900 5,997 6,390 0,398 14,6 < 0, ,7 >92,2 PVC-100 5,998 7,501 1,503 12,2 0, ,4 40,1 PVC-150 5,985 7,462 1,477 12,6 0, ,0 54,8 PVC-225 6,005 7,374 1,369 13,4 < 0, ,6 >91,0 PVC-300 6,002 7,002 1,000 14,0 0, ,3 86,4 PVC-450 5,987 6,405 0,418 13,6 0, ,5 87,6 PVC-900 5,999 6,400 0,401 13,7 0, , Procentuální úbytek As (E(As)) a Hg As (E(Hg)) při teplotě t byl vypočten z rovnice (2). Hodnota w VZ,o odpovídá hmotnostním zlomkům As a Hg v tepelně neošetřenému vzorku uhlí s pískem (vzorek 1-20), w VZ odpovídají hmotnostním zlomkům As a Hg v tepelně ošetřených vzorcích uhlí s pískem (vzorky až 1-900); V závorkách v hlavičce tabulky 3 jsou uvedeny i prvky As a Hg kterým tyto hodnoty w a E odpovídají. Výsledky získané ze všech laboratorních měření jsou znázorněny na obr. 3A pro As a na obr. 3B pro Hg. Křivky (1) odpovídají spalování bez přídavku Cl, křivky (2) spalování s přídavkem anorganického Cl (NaCl) a křivky (3) spalování s přídavkem organicky vázaného Cl (PVC). Porovnání emisí E(As) na obr. 3A mezi daty 51 ze spalování HU-lab bez přídavku Cl (křivka 1), daty s přídavky 1000 ppm Cl formou NaCl (křivka 2) a formou PVC (křivka 3) ukazuje, že přídavek Cl má za následek větší těkavost As již při nižších teplotách. Vliv přidaného organicky vázaného chloru (křivka 3) zvýšenou těkavost As nejvíce. Lze se domnívat, že při teplotě 900 o C již není v celkové těkavosti As signifikantní rozdíl (křivky 1, 2 a 3). Porovnání emisí E(Hg) na obr. 3B mezi daty ze spalování HU-lab bez přídavku Cl (křivka 1), daty s přídavky 1000 ppm Cl formou NaCl (křivka 2) a formou PVC (křivka 3) ukazuje, že výsledky těkavosti Hg lze interpretovat zcela analogicky, jak tomu bylo u As.

54 Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing ISSN Z obou uvedených závislostí je zřejmé, že se zvyšující se teplotou záhřevu dochází k pozorovatelnému nárůstu obou prvků v emisích, který při teplotě cca 900 o C činí cca 20 % As a cca 90 % Hg. Tyto hodnoty jsou v souladu s pracemi některých autorů [6-9], které se při spalování uhlí zabývají těkavostí těchto prvků. Obr. 3 Procentuální závislost odpařeného E(As) a E(Hg) na teplotě záhřevu, 1 původní data, 2- data s NaCl, 3- data s PVC Fig. 3 Percentages of evaporated E (As) and E(Hg) plotted against heating temperature t, 1 original data, 2- data with NaCl, 3- data with PVC 2.2 Spalování ve fluidním laboratorním zařízení Série I (experimenty se sklopískem) Do DFV bylo vloženo cca 90 g sklopísku, do HFV 33g sklopísku s 3g sorbentu a fluidní zařízení bylo uvedeno na provozní teplotu. Po té se do DFV postupně přidával sklopísek (m V ) obohacený o As (cca 100 ppm As) a Hg (cca 0,500 ppm). (Obohacení sklopísku oběma prvky bylo realizováno přídavkem vhodného množství roztoku obsahujícího As (AsCl 3 ) a Hg (Hg(NO 3 ) 2 a jeho odpařením na povrchu sklopísku). Po ukončení experimentu bylo v DFV cca 115 g vzorku. HFV obsahovala 33g sklopísku (testy 1 a 2) a v testech 3 a 4 navíc ještě 3g aktivního uhlí jako sorbentu. Celková doba záhřevu při provozní teplotě byla cca 30 min. Teplota v DFV byla regulována v rozmezí o C (testy 1 a 2) a o C (testy 3 a 4). Teplota v HFV byla pro jednotlivá měření regulována v rozmezí o C (testy 1 a 2) a o C (testy 3 a 4), průtok vzduchu byl nastaven s použitím rotametru dle potřeby a zajištění stability fluidace vrstvy v rozmezí 1,5 2,5 m 3 /hod. Série II (experimenty s uhlím) Do DFV bylo vloženo cca 70 g sklopísku. V průběhu měření se do DFV ve všech testech 5 14 postupně přidávalo 5 x 5 g paliva (HU-lab) v pětiminutových intervalech. V testech 5 6 byl jako náplň do HFV zvolen sklopísek (33 g) a v testech 7 14 sklopísek (33 g) se sorbentem (3g). Jako sorbenty byly vybrány: pro testy 7 10 aktivní uhlí, testy sklopísek s pyrolýzním uhlíkem a pro testy bentonit. Pyrolýzní uhlík, testovaný jako sorbent, byl získán z drcených pneumatik, které prošly pyrolýzním procesem za teploty 550 C. Zrnitost (0,09 2 mm), prvkové složení a měrný povrch (BET s dusíkem; 40 m 2 /g) tohoto polokoksu byly stanoveny laboratorně [17,18]. Po ukončení experimentu bylo v DFV cca 95 g vzorku a HFV obsahovala cca 36g sklopísku. Cílem použití těchto sorbentů bylo ověřit zvýšení záchytu As a Hg z emisí. Celková doba záhřevu při provozní teplotě byla 30 min., teplota v DFV byla regulována v rozmezí o C (testy 5, 7 8, 11 a 13) a o C (testy 6, 9 10, 12 a 14). Teplota v HFV byla pro jednotlivá měření regulována v rozmezí (testy 5, 7 8, 11 a 13) a o C (testy 6, 9 10, 12 a 14), průtok vzduchu byl regulován s použitím rotametru v rozmezí 1,5 2,5 m 3 /hod za účelem zajištění stability fluidace vrstvy. Základní parametry experimentů jsou uvedeny v tabulce 4; v tabulce 5 jsou pak prezentovány výsledky bilancí As a Hg, včetně procentuálních úbytků As (E(As)) a Hg (E(Hg)) v emisích, které byly vypočteny z rovnice (3), Tato rovnice byla odvozena z obecné rovnice (1) a aplikovaná na laboratorní fluidní spalování. Symboly uvedené v této rovnici jsou vysvětleny v poznámkách pod tabulkou 4. m. w m. w m. w m. w m. w E mv. wv mv. wv 2 V V DFV DFV HFV HFV 2 DFV DFV HFV HFV (3) 52

55 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing Tab. 4 Základní data pro měření v sériích I a II. Tab. 4 Basic data for experiments I a II. Série Test VSTUP DFV HFV m V w V (As) w V (Hg) m DFV w DFV (As) w DFV (Hg) m HFV w HFV (As) w HFV (Hg) (g) (µg/g) (g) (µg/g) (g) (µg/g) I , ,7 0, ,2 0, , ,1 0, ,9 0, , ,5 0, ,4 0, , ,6 0, ,2 0,040 II ,26 95,8 17,8 0, <1,0 0, ,32 95,4 16,2 0, <1,0 0, ,28 96,3 20,6 0, ,0 0, ,31 95,7 19,6 0, ,2 0, ,35 95,6 17,6 0, ,3 0, ,30 95,8 20,1 <0, <1,5 <0, ,29 95,6 19,2 <0, <1,5 <0, ,34 95,7 18, ,0 0, ,27 95,8 18, ,0 0, ,30 95,5 19,9 0, ,2 0,057 Poznámky: m V hmotnost sklopísku v sérii I a hnědého uhlí v sérii II; m DFV hmotnost vzorku uhlí s pískem po zahřátí na teplotu t z DFV; m HFV hmotnost vzorku po zahřátí na teplotu a z HFV; w V(As) a w V(Hg) - hmotnostní zlomky As a Hg ve vzorcích s hmotou m V; w DFV(As) a w DFV(Hg) - hmotnostní zlomky As a Hg ve vzorcích s hmotou m DFV; w HFV(As) a w HFV (Hg) - hmotnostní zlomky As a Hg ve vzorcích s hmotou m HFV; Tab. 5 Bilanční výpočty v sériích I a II Tab. 5 Balance calculations for experiments of series I a II Série Test VSTUP DFV HFV E m V (As) m V (Hg) m DFV (As) m DFV (Hg) m HFV (As) m HFV (Hg) E(As) E(Hg) (µg) (%) I , , , , ,7 96 2, , , , , , , II , ,9 <33 0,83 < , ,4 <33 0,59 <18 73, , ,9 36 1, , , ,1 43 2, , , ,2 47 0, , , <0,6 <54 <0,18 <4 <100, , <0,6 <54 <0,18 <-2 <100, , ,4 36 0, , , ,6 36 2, , ,3 43 2, Poznámky:E(As)a E(Hg) - procentuální úbytek emisí As a Hg. Procentuální podíly emisí E(As) a E(Hg) (viz tabulka 5) jsou v poměrné shodě s výsledky obdrženými z laboratorních testů (tabulka 2). Určité rozdíly v těchto hodnotách lze pozorovat jak mezi výsledky obdrženými z režimu I a II, tak i mezi režimy nastavenými na nižší (530 o C) a vyšší (690 o C) teplotu spalování v DFV a při použití bentonitu jako adsorbentu v testech 13 a 14. Skutečností zůstává, že tyto rozdíly v hodnotách emisí E(As) a E(Hg) nelze jednoznačně přiřadit vlivu teploty spalování v DFV či typu adsorbentu anebo teplotě adsorpce. Důvodem může být malá reprodukovatelnost shodných měření (viz testy 1 2 a 3 4 v režimu I), nízký počet měření a také chyby způsobené stanovením obsahů As a nebo Hg, kterými je výpočet hodnot E(As) a E(Hg) zatížen. 2.3 Spalování ve fluidních provozních zařízeních V elektrárně Poříčí se spaluje černé uhlí (CU-Poříčí), v elektrárně Tisová hnědé uhlí (HU-Tisová). Jejich stručné charakteristiky jsou uvedeny výše (tabulka 1). V tabulce 6 jsou uvedeny hmotnostní toky jednotlivých materiálových proudů (uhlí-u, vápence-v, LP a UP) a hmotnostní zlomky prvků As a Hg v nich obsažených. Z uvedených dat je zřejmé, že množství As a Hg vnesené do spalování vápencem je zanedbatelné a proto byl vápenec z bilance obou prvků eliminován. Analogicky, jako v odst. 2.1 a 2.2 procentuální úbytky E(As) a E(Hg) odpovídající vypočteným emisím těchto prvků byly vypočteny z rovnice (4), která je aplikací obecné rovnice (1) na provozní fluidní spalování. 53

56 Ekologie, recyklace, druhotné zpracování materiálu Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Environmental Protection, Recycling, Secondary Material Processing ISSN m. w m. w E 10 1 mu. wu LP LP UP UP (4) Pokus CU- Poříčí(40) CU- Poříčí(100) HU- Tisová(40) HU- Tisová(100) Tab. 6 Základní parametry měření v obou elektrárnách Tab. 6 Basic data of experiments for both electric power stations. Uhlí Vápenec LP UP m U w U (As) w U (Hg) m V w V (As) w V (Hg) m LP w LP (As) w LP (Hg) m UP w UP (As) w UP (Hg) (kg/hod) (mg/kg) (kg/hod) (mg/kg) (kg/hod) (mg/kg) (kg/hod) (mg/kg) ,1 0, ,9 0, ,4 0, ,0 1, ,1 0, ,9 0, ,4 0, ,0 0, ,4 0, < 0,3 0, ,7 0, ,2 1, ,0 0, < 0,3 0, ,1 0, , Poznámky:m - hmotnostní tok materiálu identifikovaného indexem; w(as) - hmotnostní zlomek As v materiálu identifikovaném indexem; w(hg) - hmotnostní zlomek Hg v materiálu identifikovaném indexem; Indexy: U uhlí; V vápence; LP lóžový popel, UP úletový popel V tabulce 7 jsou pak uvedeny výsledky bilančních výpočtů pro As a Hg a také hodnoty E(As) a E(Hg) vypočtené z rovnice (4), které lze považovat za podíl, který je přítomen v plynných emisích. V pevných emisích, jejichž množství je v obou těchto elektrárnách zanedbatelně nízké (v jednotkách kg) je hmotnost obou prvků zanedbatelná [16]. Tab. 7 Bilanční výpočty jednotlivých hmotnostních toků Tab. 7 Balance calculations of particular mass flows Pokus m U (As) m U (Hg) m V (As) m V (Hg) m LP (As) m LP (Hg) m UP (As) m UP (Hg) E(As) E(Hg) (kg/hod) (kg/hod) (kg/hod) (kg/hod) (%) CU ,51 0,62 0, ,025 17,9 0,56 7,6 76,7 Poříčí(40) CU ,51 2,17 0, , ,28 6, Poříčí(100) HU ,8 <0,63 <0, , ,0 12,5 38,0 Tisová(40) HU ,1 <2,56 <0, , , ,7 Tisová(100) Poznámky: m - hmotnostní tok prvku (As nebo Hg) v materiálu identifikovaného indexem Indexy: U uhlí; V vápence; LP lóžový popel, UP úletový popel Procentuální podíly emisí E(As) a E(Hg) (viz tabulka 7), ve shodě s předchozími výsledky (odst. 2.1 a 2.2), opětovně ukazují na poměrně vysokou těkavost Hg a nižší těkavost As. V tabulce 8 je uvedeno srovnání mezi hodnotami E(As) a E(Hg) vypočtenými z dat naměřených v odst. 2.2 (laboratorní fluidní spalování) a 2.3 (provozní fluidní spalování) s výsledky laboratorního spalování (odst. 2.1). Srovnání je velmi hrubé, neboť výsledky laboratorního (odst. 3.1) a fluidního laboratorního stanovení (odst. 3.2) byly provedeny z HU-lab, zatímco při provozním fluidním spalování bylo spalováno CU a HU odlišného složení (viz tabulka 1). Zejména u provozních měření lze pozorovat nižší hodnoty E(As) a E(Hg) ve srovnání s referenčními výsledky laboratorního stanovení. To lze vysvětlit velkým množstvím úletového popela s velkým měrným povrchem (a malou zrnitostí částic) vznikajícího při spalování uhlí v provozních fluidních kotlích. Tab. 8 Srovnání testů fluidního spalování (odst. 2.2 a 2.3) s laboratorními výsledky (odst. 2.1) Tab. 8 Comparison of fluidized combustion (par. 2.2 and 2.3) with laboratory combustion in tube furnace (par. 2.1). E(As) E(Hg) E(As) E(Hg) Fluidní spalování Laborat. spalování Lab. fluid. spal. Série III 7,8 ± ± Provozní CU-Poříčí fluid. spal. HU-Tisová Pokračování článku vč. citace literatury je uvedeno v Hutnických listech, 2012, roč. LXV, č. 6 The article incl. bibliographic reference continues in Hutnické listy, 2012, vol. LXV, No. 6 (Pokračování) Recenze: Ing. Dr. Stanislav Bartusek 54

57 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Analýza výztuže železobetonového mostu Analysis of the Armature in the Reinforced Concrete Bridge npor. Ing. Martin Lojda, plk. doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D., doc. Ing. Věroslav Kaplan, CSc., prof. Ing. Jaromír Kadlec, CSc., doc. Ing. Miroslav Pospíchal, CSc., Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií Článek je zaměřen na analýzu výztuže železobetonového mostu. Je zde podrobněji rozepsána diagnostika železobetonového mostu přes Mlýnský náhon v Kojetíně. Jak ze samotného názvu vyplývá, pozornost bude soustředěna na určení parametrů výztuže. Pro experiment byly vybrány metody, pomocí kterých jsme schopni určit typ oceli mostní výztuže a odhalit průběh výztuže v betonu. Skutečný průběh výztuže mostovky je ověřen na prvním poli mostu mezi 2. a 3. trámem v bezprostřední blízkosti opěry, a to elektromagnetickou indukční metodou, která nám zobrazila průběh výztuže. Ten byl trasován během měření a vyznačen modrou barvou přímo na kontrolovanou konstrukci. Dále je pro zjištění množství, polohy a průměru výztuže využita radiografická stereometoda křížového snímkování. K prozkoumání výztuže u železobetonového mostního trámu je použita zkouška tahem, zkouška tvrdosti podle Vickerse a je provedeno ověření chemického složení materiálu. Výsledkem práce je zatřídění oceli mostní výztuže a zjištění její skutečné polohy a rozměru v hlavních částech mostu. Na základě zjištěných skutečností jsme byli schopni určit přesněji únosnost mostu. Článek ukazuje možnost, jak lze využit odborníků z UO Brno spolu s Laboratoří Reach Back pro diagnostiku mostů. AČR využívá informační technologie, které jsou využitelné pro sdílení informací mezi spolupracujícími týmy při diagnostice mostů. S využitím specializovaného konceptu Reach Back jsou schopny zainteresované osoby rychleji mezi sebou komunikovat, sdílet data, ukládat je a prozkoumávat. The road network is defined by many components. Sufficient capacity of bridges contributes to comfortable, safe and fast transport to a designated location. The problem occurs with degradation in loading capacity of bridges, the construction load of which is unknown. This paper analyzes the current diagnostic methods used on the bridge construction close to the mill in Kojetin. The principle consists in use of modern information technologies for sharing the information between cooperating members with the laboratory Reach Back. This paper solves determination of the loading capacity of the reinforced concrete bridge over the millrace in the town Kojetin, especially by an analysis of the armature in the reinforced concrete bridge. The analysis used tensile test, Vickers hardness test, determination of chemical composition, detection of the beam armature and detection of the deck in order to obtain better information about reinforcement of the bridge. The strength of the used steel was determined by the tensile test. Zwick / Roel Z 100 was used as universal testing machine and the results are in given in tables 2 and 3. After the preparation, the steel specimen was submitted to Vickers hardness test, which was done on the machine Zwick / Roel ZHU 2.5. The specimen was tested by 8 indents and the result was arithmetically modified. The outcome according to Vickers was HV10 = 110. Testing of chemical composition was performed with use of the machine LECO SA The method GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectrometry) was used. The specimen was tested ten times and the outcome was arithmetically modified. According to the results of all tests, the steel was classified as CSN The results can be used for better calculation of loading capacity of the bridge. 55

58 Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Testing, Measurement, Laboratory Methods ISSN On the basis of the results of analysis of concrete, which were published in another article, it is possible to state for example the following: According to the assessment tests there is no way to increase the loading capacity of the bridge, whereas it is necessary to make many repairs to maintain the current carrying capacity of the bridge. The provided statistic calculation has to be fully respected and on the basis of its recommendations the load limit has to be reduced. Use of Reach Back concept was easy in this case. It consisted of technical support and sharing of technical knowledge between the university engineering department and the external army engineers unit relocated in the field. The information and the data were shared in visual form and were available immediately to several teams, not only on particular territory but all over the world. The indispensability of the Reach Back concept was proven several times, for example during floods. Základní informace o mostu Zkoušený most v obci Kojetín je značen KO-M-2 a je mostem na místní komunikaci, po kterém jezdí nákladní automobily do mlýna. Patří do majetku obce Kojetín a je postaven přes mlýnský náhon (obr. 1). Mostní objekt je orientován ve směru od jihovýchodu k severozápadu a tvoří předěl mezi ulicemi Mlýnská a Závodí. Ze statického hlediska se jedná o spojitý nosník se dvěma poli. Celková délka mostu je 18,736 m. Výpočtové rozpětí pole je 9,24 m. Železobetonový most je trámový. Mostní konstrukce je osazena na masivních betonových podpěrách a středním pilíři. Hlavní nosnou konstrukci mostu tvoří 5 ks spojitých železobetonových nosníků o dvou polích se středními náběhy. Příčná tuhost mostu je zajištěna středním příčníkem a také železobetonovou deskou o tloušťce 12 cm. Mostovka je vytvořena jako zastropení tohoto trámového roštu v jeden monolitický celek, tzv. deskový trám. Tvoří ji relativně slabá monolitická deska, betonovaná společně s trámy a příčníky. Povrch na vozovce je asfaltový koberec tloušťky 8 cm a vedle ní je betonový chodník, pod kterým je pátý nosník o menších rozměrech. Most byl postaven přibližně v padesátých letech minulého století. Městský úřad zadal autorům článku provedení diagnostiky mostu. Na základě vizuální prohlídky byly zjištěny závady, které ovlivňují zatížitelnost mostu. První závada, která byla diagnostikována je celkové zatékání do konstrukce. Druhou závadou bylo oslabení nosné konstrukce vybouráním dolních částí příčníků pro převedení inženýrských sítí (obr. 2). Vybourání příčníků umožnilo odebrat vzorky výztuže z příčníku k analýze vlastností materiálu použitého pro jeho výrobu. Zkoumáním byla zjištěna třída oceli, která je důležitá pro výpočet zatížitelnosti celého mostu. Obr. 1 Most přes Mlýnský náhon v Kojetíně Fig. 1 The bridge over the millrace in the town Kojetin Diagnostika mostu přes mlýnský náhon v Kojetíně Pro zjištění množství, polohy a průměru výztuže byla využita radiografická stereometoda křížového snímkování. Obr. 2 Zjišťování množství, polohy a typu použité výztuže pomocí radiografické metody Fig. 2 Radiographic method was used to detect the quantity, diameter and location of the armature Pro zjištění hlavní i smykové výztuže byl vybrán 3. trám v 1. poli. Průzkum byl proveden přibližně uprostřed jeho rozpětí, kde byl nejvíce namáhán a poté poblíž mlýnské opěry. V průřezu trámu č. 3 uprostřed bylo zjištěno 6 prutů hladké výztuže o průměru 20 mm, v průřezu trámu č. 3 u mlýnské opěry byly nalezeny 3 pruty hladké o průměru 20 mm [1]. Obr. 3 Průběh výztuže mostovky Fig. 3 Demonstration of the armature layout was drawn on the construction Skutečný průběh výztuže mostovky byl ověřen mezi 2. a 3. trámem ve 2. poli v bezprostřední blízkosti závodské opěry, a to elektromagnetickou indukční metodou. Průběh výztuže mostovky byl trasován během měření a vyznačen modrou barvou přímo na kontrolovanou konstrukci. Bylo zjištěno, že hlavní výztuž mostovky tvoří dráty s hladkým povrchem o průměru 8 mm, které jsou uloženy po 100 mm (obr. 3). 56

59 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Průměr rozdělovací výztuže je 8 mm, výztuž je hladká a její krytí je 35 mm. Rozdělovací výztuž je uložená po 475 mm, křížení je bez vázání. Sondou bylo zjištěno, že výztuž je na povrchu korodovaná [1]. K prozkoumání výztuže železobetonového mostního trámu byla využita: Zkouška tahem. Zkouška tvrdosti podle Vickerse. Ověření chemického složení materiálu. Odběr vzorků Při stavebně technickém průzkumu byla odebrána z příčníku mostu část výztuže (obr. 4). Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods Tab. 1 Tabulka změřených rozměrů ze vzorků Tab. 1 Table of measurements (parameters) from the samples vzorek výztuže č Průměr [mm] Délka [mm] Výroba vzorků pro zkoušku tahem Z těchto odebraných kusů výztuže byly vyrobeny soustružením normalizované zkušební tyče (obr. 9) pro zkoušku tahem. Obr. 4 Umístění výztuže v porušeném příčníku Fig. 4 Placement of the armature in the damaged crossbeams Nejdříve byly odstraněny krycí vrstvy betonu z části příčníku, aby mohly být vyříznuté vzorky. Výztuže neplnily nosnou funkci, protože byla špatně provedena dodatečná instalace sítí a tím došlo k porušení příčníku. Vyříznutím vzorku nedošlo k narušení statiky mostu. Nejprve byl u vyříznutých výztuží zjištěn jejich průměr a orientační délka, výsledky jsou uvedeny v (tab. 1), (obr. 5). Šipkou jsou označeny výztuže, které byly zkoumány, viz (obr. 4). Obr. 6 Zkušební tyče vyrobené z vyříznuté výztuže Fig. 6 The specimens prepared for the tensile test from the cut out armature Dvě krátké zkušební tyče o zkoušené délce L o = 5.d o v našem případě 25 mm a dvě dlouhé tyče o zkoušené délce L o = 10.d o v našem případě 100 mm. Zkouška tahem Zkouška tahem byla provedena v laboratoři mechanických zkoušek a únavy na Katedře strojírenství Univerzity obrany. Pevnost použité oceli v nosné konstrukci mostu byla ověřena tahovou zkouškou. Zkouška tahem podle ČSN EN byla provedena na univerzálním trhacím stoji Zwick / Roel Z 100. K vyhodnocení naměřených hodnot byl použit SW TestEXpert. Výsledky tahové zkoušky jsou shrnuty do následujících tabulek (tab. 2 a 3) a souhrnných grafů (obr. 7 a 8). Obr. 5 Vyříznutá výztuž Fig. 5 The armatures cut out from the crossbeams 57

60 Napětí, MPa Napětí, MPa Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Testing, Measurement, Laboratory Methods ISSN Tab. 2 Parametry tahové zkoušky oceli vzorků 1 a 2 Tab. 2 Parameters of tensile test of the specimens 1 and 2 Označení vzorku L o [mm] S o [mm] R eh (ReH) [MPa] R m [MPa] A g [%] A [%] Z [%] 1 25,00 19,83 308,08 425,46 17,08 32,87 66, ,00 19,63 302,64 429,66 14,51 26,66 65,43 Série n=2 L o [mm] S o [mm] R p 0,2 [MPa] R m [MPa] A g [%] A [%] Z [%] x 25,00 19,73 305,36 427,56 15,80 29,77 66,17 s 0,00 0,14 3,85 2,96 1,82 4,39 1,06 v 0,00 0,71 1,26 0,69 11,54 14,75 1, Deformace, mm Obr. 7 Grafické zobrazení tahového diagramu normové zkoušky oceli vzorků 1 a 2 Fig. 7 Graphical representation of deformation-stress dependence of the samples 1 and Deformace, mm Obr. 8 Tahový diagram normové zkoušky oceli vzorků 3 a 4 Fig. 8 Graphical representation of deformation-stress dependence of the samples 3 and 4 Tab. 3 Parametry tahové zkoušky oceli vzorků 3 a 4 Tab. 3 Parameters of tensile test of the specimens 3 and 4 Označení vzorku L o [mm] S o [mm] R eh (ReH) [MPa] R m [MPa] A g [%] A [%] Z [%] 3 100,00 78,54 307,89 386,23 20,13 29,79 68, ,00 78,54 317,24 387,16 19,95 31,25 67,96 Série n=2 L o [mm] S o [mm] R p 0,2 [MPa] R m [MPa] A g [%] A [%] Z [%] x 100,00 78,54 312,57 386,69 20,04 30,52 68,44 s 0,00 0,00 6,61 0,66 0,12 1,03 0,67 v 0,00 0,00 2,11 0,17 0,62 3,38 0,98 Na obr. 9 jsou vidět vzorky zkušebních tyčí po trhací zkoušce. 58

61 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods Obr. 9 Zkušební tyče po trhací zkoušce Fig. 9 Test rods after the tensile test of the specimens 3 and 4 Zkouška tvrdosti podle Vickerse Z kusu ocelové výztuže odříznuté z mostu přes mlýnský náhon v Kojetíně byl vytvořen v metalografické laboratoři katedry strojírenství vzorek, na kterém byla provedena zkouška tvrdosti a ověření chemického složení metodou GDOES. Zkouška tvrdosti byla provedena na stroji Zwick / Roel ZHU 2.5 (obr. 10). Po přípravě vzorku bylo provedeno pomocí zmíněného stroje 8 měření. Výsledky jsou v (tab. 4). Tab. 4 Výsledky zkoušky tvrdosti oceli podle Vickerse Tab. 4 Results of the Vickers hardness test vpich č Tvrdost Z výsledků byl proveden aritmetický průměr a výsledná hodnota tvrdosti byla 110. Obr. 11 Vzorek po zkoušce tvrdosti Fig. 11 The sample after the Vickers hardness test Výsledek zkoušky tvrdosti podle Vickerse je HV10 = 110 Chemická analýza Obr. 10 Přístroj Zwick/Roel BZ 2.5/TS1P Fig. 10 Machine Zwick/Roel BZ 2.5/TS1P Zkoušky tvrdosti jsou nejpoužívanějšími pro posouzení mechanických vlastností strojírenských materiálů, a proto byly provedeny dle ČSN ISO 6507 ( ). [9] Z kusu výztuže mostu přes mlýnský náhon na ul. Mlýnská v Kojetíně byl vytvořen zkušební vzorek tak, že se odřízla její část a zarovnala se čela. Obě zarovnané plochy se zabrousily smirkovým papírem s hrubostí 400 zrn na cm 2. Chemické složení bylo měřeno na zařízení LECO SA 2000 (obr. 12). K měření byla použita metoda: GDOES / Bulk. Ke kalibraci byly použity Etalony ČKD 180 A až 189 A. 59

62 Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Testing, Measurement, Laboratory Methods ISSN Obr. 12 Zařízení SA 2000 firmy Leco Fig. 12 Machine LECO SA 2000 Poté byla provedena analýza vzorku danou metodou. Ze všech měření bylo určeno chemické složení zkoušeného vzorku výztuže mostu u mlýna, které je zobrazeno v tabulce (tab. 5). U některých prvků byly naměřeny hodnoty velice nízké a jsou zobrazeny jako nulové hodnoty. Pohled na vzorek po určení chemického složení je na (obr. 13). Zkoumané místo na vzorku metodou GDOES / Bulk je označeno šipkou. Obr. 13 Detailní pohled na vzorek po určení chemického složení Fig. 13 Detailed view of the sample after determination of its chemical composition Tab. 5 Chemické složení vzorku výztuže [11] Tab. 5 Chemical composition of specimen of the steel armature prvek C Mn Si P S Cr Ni Mo Cu Hmotnostní podíl v [%] 0,08 0,42 0 0,026 0, ,19 Závěr Na základě získaných výsledků z průzkumu mostu, určení chemického složení, mechanických vlastností získaných ze zkoušky tahem a tvrdosti se došlo k závěru, že materiál výztuže železobetonového příčníkového trámu mostu přes mlýnský náhon na ul. Mlýnská v Kojetíně odpovídá přibližně oceli dle ČSN [8]. K tomuto zatřídění jsme byli vedeni výsledky tahové zkoušky, které ukázaly, že hodnoty minimální meze kluzu, meze pevnosti a tažnosti odpovídají této oceli. [5] Potvrdily to i rozměry výztuže, protože průměry tyčí odpovídají vyráběné betonářské výztuži. Její povrch není žebírkový, ale je hladký, a proto také odpovídá oceli [6, 7]. Přestože norma stanovuje u dané třídy oceli pouze mechanické vlastnosti a obsah C, P a S (tab. 6), byly zjišťovány také obsahy Mn a Cu [4]. Výsledky GDOES analýzy ukázaly, že naměřené hodnoty jednotlivých prvků odpovídají chemickému složení oceli ČSN Tab. 6 Porovnání předepsaných normových hodnot chemického složení se zjištěnými Tab. 6 Comparison of the stipulated and actually determined chemical composition of the steel armature prvek C P S Naměřená Hmotnostní podíl v [%] Dle ČSN Hmotnostní podíl v [%] 0,08 0,026 0,039 max 0,17 max 0,045 max 0,045 Z výše zmíněného plyne, že zkoušený vzorek výztuže středního příčníku mostu přes mlýnský náhon ve městě Kojetín (evidenční číslo mostu: KO-M-2) odpovídá dle ČSN vybrané oceli [10], kterou lze použít i na železobetonové konstrukce. Pomocí prvních dvou metod se podařilo stanovit polohu výztuže a její počet v trámech. Díky tomu mohl být proveden přesnější statický výpočet konstrukce, protože byly známy nejen přesné parametry betonu jednotlivých částí mostu, ale i přesné parametry výztuže. Na základě těchto informací a provedených výpočtů dle norem ČSN a ČSN bylo stanoveno, že únosnost mostu se musí snížit. Po dohodě s MěU Kojetín bylo navrženo také řešení, jak únosnost mostu rekonstrukcí zvýšit. K rychlejší komunikaci mezi jednotlivými stranami a k efektivnějšímu sdílení naměřených dat, které byly průběžně získávány, sloužila Reach Back laboratoř. Tu lze využít k odborné technické podpoře 60

63 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Zkušebnictví, měřictví, laboratorní metody Testing, Measurement, Laboratory Methods jednotek AČR, které jsou nasazeny v terénu (zahraniční mise, pomoc při povodních apod.), kdy nemají k dispozici potřebné vybavení. V našem případě sloužila laboratoř k ukládání všech nasbíraných dat, snímků a výsledků měření. Při diagnostice byla využita i knihovna konceptu Reach Back. Koncept je podporován experty, kteří jsou schopni pomocí sítě internet on-line spolupráce nebo konsultace při řešení odborných problémů, které při plnění úkolů nasazené jednotky mají. Toho bylo mnohokrát využito při sběru dat a při diagnostice. Potřebné informace tak mohly být sdíleny v reálném čase po celém světě [2]. Chceme-li efektivně diagnostikovat, je důležité zabezpečit i kvalitní správu těchto dat, aby se uchovala pro možnost dalšího použití. K tomuto účelu byl využit koncept Reach Back, díky kterému jsou všechna data jednoduše dohledatelná, bezpečně sdílena a zároveň zálohována. Tento koncept byl také použit při diagnostikování mostu v Kojetíně. Tento příspěvek byl vypracován v rámci programu Výzkumného záměru - Zlepšení schopnosti čelit krizovým situacím a dále byl vypracován za pomoci projektu pro rozvoj pracoviště K Podpora výuky a vědy v oblasti strojírenství. Literatura [1] SUZA, I.: Diagnostika mostu ev. č. KO-M-2 přes mlýnský náhon ve městě Kojetín. Brno: Mostní a silniční s.r.o., p [2] MAŇAS, P. MAZAL, J.: The Reach Back koncept in the Czech army corps of engineers,in: ICMT 09 - Proceedings of the International Conference on Military Technologies. Brno, Univerzita obrany, 2009, s. ISBN [3] MAŇAS, P. SOUŠEK, R.: On Cooperation between Military and Civilian Authorities in the Czech Republic during Crisis Situation in Transport. In International Conference on Engineering and Meta-Engineering iceme Orlando, Florida, USA: IIIS, International Institute of Informatics and Systemics, 2010, p ISBN [4] R. KŘÍŽ, J. TRČKA, Tabulky materiálů pro strojírenství (I. část kovové materiály železné kovy) tisk Český Těšín, vydavatelství Montanex 1999, ISBN , 349 s. [5] A. SILBERNAGEL, M. GREGER, A. SILBERNAGEL, junior Kovové materiály normované v České republice, Kovosil, Ostrava, 2005, ISBN , 119 s. [6] PROCHÁZKA, J.: Navrhování betonových konstrukcí 1, Prvky z prostého a železového betonu ČBS s.r.o, 2006 [7] LAVICKÝ, M. a kol.: Betonové konstrukce, Přehled teorie a příklady výpočtu prvků podle ČSN , VUT Brno, vydavatelství CERM Brno, 1998, 173 s. [8] TOUŠEK J., TOUŠKOVÁ A., ŠANDERA J. Fyzika a technologie materiálů IV, učební texty FE VUT v Brně, Brno 1975 [9] ČSN EN ISO 4516, 2003, Zkoušky mikrotvrdosti podle Vickerse a podle Knoopa Český normalizační institut, Praha, 8 s. [10] ČSN , 1994, Ocel Český normalizační institut, Praha, 24 s [11] Elektronická podpora výuky studentů K-203 [online]. UO Brno, Brno, květen 2011 [cit ]. Dostupný z WWW: < >. Informační portál ženijního vojska na K-203. Recenze: prof. Ing. Eva Mazancová, CSc. Ing. Zdeněk Pokorný, Ph.D. Nová válcovna dlouhých výrobků v Indii BMM Ispat to install new merchant bar mill. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 17 a 18 Indická firma BMM Ispat objednala u firmy Siemens VAI Metals Technologies dodávku válcovny tyčí pro závod v Hospet. Nový závod by měl mít výrobnost t/r a měl by mít široký sortiment výrobků: pruty do betonu, tyče kruhového i pravoúhlého průřezu, plochou ocel, úhelníky a profily U. Jako zpracovávaný materiál budou sloužit uhlíkové, nízkolegované, pružinové i rychlořezné oceli. Firma Siemens dodá vlastní válcovací zařízení včetně úseku svazkování. Trať bude tvořit šestistolicové přípravné pořadí s uspořádání H-V, šestistolicové střední pořadí a osmistolicové hotovní pořadí, obě s uspořádáním H-V-C. Ohřívací krokovou pec o výkonu 160 t/hod dodají firmy Tenova LOI Impianti a Tenova Hypertherm. Pec bude vybavena hořáky, které umožní spalovat směsný plyn a těžké oleje. Trať by měla být uvedena do provozu koncem r LJ Výstavba mikrohuti v Arábii Al-Quaryan Steel to build micro steel mill. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 19 a 20 Firma Al-Quaryan Steel ze Saudské Arábie objednal u firmy SMS Concast výrobu a montáž minihutě, která bude vybudována v Dammamu. Hlavními výrobními zařízeními bude indukční pec, pánvová pec a zařízení pro plynulé odlévání. Odlité sochory se budou prodávat. Ve druhé fázi se přidá druhá pec a válcovna. Cílová kapacita této minihutě je t oceli za rok. LJ 61

64 Strojírenské dohotovení hutních výrobků Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products ISSN strojírenské dohotovení hutních výrobků Zpevnění povrchu vrtaných otvorů Surface Hardening of Drilling Holes doc. Ing. Emil Svoboda, CSc., Ing. Renata Dvořáková, CSc., Ing. Pavel Bartošík, Katedra strojírenství, Univerzita obrany v Brně, Fakulta vojenských technologií Vrtání hlubokých otvorů ovlivňuje vlastnosti vrtaného otvoru celou řadou faktorů. Průvodní jevy při vrtání hlubokých otvorů mají vliv jak mechanické vlastnosti a kvalitu otvoru, tak i efektivnost procesu vrtání. Příspěvek je zaměřen na analýzu zpevnění povrchu vývrtu po hlubokém vrtání. Jsou uvedeny výsledky hloubky a míry zpevnění u otvorů po vrtání hlavňovým vrtákem. Vlastní experimentální část je zaměřena na posouzení vlivu vrtání hlubokých otvorů na zpevnění povrchové vrstvy vrtaného otvoru. K průvodním jevům řezného procesu lze zařadit pěchování třísky, nárůstek, zpevnění povrchové vrstvy a zbytková pnutí v povrchové vrstvě. K těmto jevům přistupují ještě typické průvodní jevy hlubokého vrtání, ke kterým patří nesouosost mezi součástí a nástrojem, dynamická nevyváženost, vytváření nálevkovitého otvoru na začátku vrtání a nižší drsnost povrchu vrtaného otvoru. Tyto jevy ovlivňují především geometrickou přesnost vrtaného otvoru. Vrtání hlubokých otvorů bylo prováděno hlavňovým vrtákem s délkou vrtání 500 mm. Experimentální vzorky byly z ocelí používaných na výrobu malorážových hlavní. Pro porovnání bylo měření zpevnění povrchové vrstvy provedeno na rotačně kované hlavni. Výsledky experimentů jednoznačně dokumentují vyšší míru zpevnění po vrtání hlavňovým vrtákem a ukazují na snížení mikrotvrdosti povrchové vrstvy u hlavní rotačně kovaných. Získané výsledky prokazují, že při vrtání hlavňovým vrtákem dochází ke zvýšení tvrdosti povrchové vrstvy vrtaného otvoru, což může mít vliv na vlastnosti povrchu vývrtu hlavní. Drilling of deep apertures affects the properties of the drilled hole by a variety of factors. The accompanying phenomena in drilling deep holes affect both mechanical properties and quality of the aperture, and the effectiveness of the process of drilling. The article is focused on the analysis of the reinforcement of the bore surface after a deep drilling. The results of the hardened depth and intensity of work strengthening after drilling of the bore by a gun drill. The experimental part focuses on the assessment of the impact of drilling deep holes on hardening of the surface layer of the drilled hole. It is possible to include screwing, build-up edge, hardening of the surface layer and the residual stress in the surface layer among the accompanying phenomena of the cutting process. These effects are characteristic symptoms accompanying deep drilling, which include also misalignment between the tool and the work piece, dynamic disturbance, formation of Bell mouth at the beginning of drilling. These phenomena affect mainly the geometrical accuracy of the drilled deep hole. Drilling of deep holes was performed by a gun drill with a length of 500 mm. Experimental samples were taken from the steel used for the manufacture of small arms barrels. For comparison, a measurement was made of the reinforced surface coating applied to rotary-forged barrel. The results of the experiments clearly document higher degree of hardening of the surface layer after drilling of the hole by a gun drill and they show a reduction of micro-hardness of the surface layer on the rotary forged barrel. The results obtained show that at drilling by a barrel drill an increase of the hardness of the surface layers of the drilled hole takes place, which may affect the surface properties of the gun barrel. Při vrtání hlubokých otvorů je jakost otvoru závislá na mnoha faktorech, především na vrtacím systému a metodě vrtání, přesnosti stroje, řezných podmínkách, materiálu obrobku, použité řezné kapalině a rovněž na průvodních jevech způsobených procesem hlubokého 62 vrtání. K typickým průvodním jevům hlubokého vrtání patří nesouosost mezi součástí a nástrojem, dynamická nevyváženost, vytváření nálevkovitého otvoru na začátku vrtání a nižší drsnost povrchu vrtaného otvoru [1]. K těmto jevům se přidávají průvodní jevy řezného

65 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Strojírenské dohotovení hutních výrobků Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products procesu, které v řadě případů ovlivňují kvalitu povrchu otvoru [2]. V článku je věnována pozornost jednomu z průvodních jevů a tím je zpevnění povrchové vrstvy při vrtání hlavňovým vrtákem. 1. Experimentální vzorky Pro experimenty byly použity vzorky vyrobené oceli 32CrMoV12-10 (ekv ), její chemické složení je uvedeno v tab. 1. Tab. 1 Chemické složení materiálu (32CrMoV10-12), ČSN Tab. 1 Chemical composition of material (32CrMoV10-12), ČSN C Mn Si Cr Ni Mo Cu P S Obsah [ %] 0,35 až 0,40 0,6 až 0,80 0,17 až 0,37 0,9 až 1,2 max. 0,5 0,15 až 0,2 max. 0,3 max. 0,03 max. 0,03 Vzorky byly připraveny ze 7i kruhových tyčí z materiálu 32CrMoV12-10, které slouží jako polotovary pro výrobu hlavní. Z těchto hlavní byla jedna hlaveň rotačně kována a ostatní byly vrtány hlavňovým vrtákem. Délka jednotlivých vrtaných hlavní byla 500 mm, délka rotačně kované hlavně byla 360 mm. Vzorky vrtaných i kovaných polotovarů hlavní byly náhodně vybrány z procesu výroby a dosáhly standardních parametrů rozměrové přesnosti a drsnosti povrchu. Vrtané polotovary hlavní byly vrtány hlavňovým vrtákem na čtyřvřetenové hlavňové vrtačce SIG B 174/1. Nástrojem byl hlavňový vrták osazený povlakovanou řeznou částí ze slinutého karbidu typu K5-K20. Vrtání probíhalo řeznou rychlostí 70 m.min -1, při posuvu 50 mm.min -1 a při použití speciální řezné kapaliny pro vrtání hlubokých otvorů při tlaku 6 MPa. Polotovary kované hlavně byly kovány na kovacím stroji SHK 10 radiálním kování při současného otáčení hlavně; stroj je osazen 4 kladivy s 500 údery.min -1 při maximální síle na kladivo 1200 kn; kování probíhalo za studena. Obr. 1 Systém přípravy vzorků a jejich rozměry Fig. 1 System of preparation of samples and their dimensions Kvalita přípravy vzorků je důležitým kritériem k dosažení objektivních výsledků měření. Z důvodu objektivnosti posuzování charakteristik jednotlivých vzorků musí být postup přípravy vzorků ve všech případech totožný. Před experimentem byly všechny hlavně rozřezány na vzorky ve tvaru prstýnků podle schématu na obr. 1. Vzdálenost prvního prstencového vzorku od ústí hlavně byla volena 17 mm. Následující prstencové vzorky pak měly délku 10 mm. Další 2 mm byly připočteny z důvodu prořezu kotouče při řezání, tzn., že výsledné vzdálenosti vzorků od ústí hlavně byly 18, 30, 42, 54, 66, 78, 90,, 450, 462, 474, 486, 500 mm. Délka poslední prstencového vzorku byla 13 mm. Prstencových vzorků rozřezaných z každé vrtané hlavně bylo celkem 41. Rotačně kovaná hlaveň byla rozřezána podobně jako vrtané hlavně. První a poslední vzorek měl délku 29 mm a ostatní vzorky měly délku 28 mm (délka 2 mm byla připočtena z důvodu prořezu kotouče při řezání). 2. Měření zpevnění povrchu vývrtu Po přípravě vzorků byla zjištěna mikrotvrdost základního materiálu. Mikrotvrdost základního materiálu byla měřena metodou podle Vickerse [3], automatizovaným mikrotvrdoměrem LECO LM 247 AT. V případě vrtaných hlavní byla mikrotvrdost základního materiálu hodnocena měřením mikrotvrdosti na jednom místě na středu zvolených vzorků (viz obr. 2). U každého měřeného místa byl krok měření nastaven na 0,3 mm, přičemž celkem bylo provedeno 20 měření. Zatížení bylo zvoleno 0,05 kg po dobu 10 sekund. Průměrné hodnoty mikrotvrdosti základního materiálu vybraných vzorků uvedeny v tab. 2 jsou v rozsahu 303 HV0,05 až 310 HV0,05. Pro další hodnocení a zjištění mezní hloubky zpevnění povrchové vrstvy byla mikrotvrdost základního materiálu nastavena na největší průměrnou hodnotu, a to je 310 HV0,05. 63

66 Strojírenské dohotovení hutních výrobků Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products ISSN Mikrotvrdost zpevnění povrchové vrstvy byla měřena u vybraných vzorků v podélném a příčném řezu stejnou metodou jako při měření mikrotvrdosti základního materiálu. Na základě měření mikrotvrdosti byla určena mezní hloubky zpevnění povrchové vrstvy. Obr. 2 Schéma měření mikrotvrdosti základního materiálu a zpevněné vrstvy Fig. 2 Diagram of measurement system of microhardness of the basic material and of the hardened layer Zpevnění povrchové vrstvy bylo měřeno na třech místech (třemi vektory), přičemž krok měření byl nastaven na 0,01 mm. Zatížení bylo zvoleno 0,05 kg po dobu 10 sekund. Pro vyhodnocení indentačních vpichů byl zvolen objektiv se zvětšením V intervalu 0 mm až 1 mm bylo provedeno 23 měření. Konečná hodnota mikrotvrdosti pak byla dána aritmetickým průměrem všech naměřených hodnot mikrotvrdostí v dané vzdálenosti od okraje měřeného vzorku (obr. 2). Tab. 2 Průměrné hodnoty mikrotvrdosti základního materiálu Tab. 2 Mean values of micro-hardness of the basic material Podélné vzorky hlavně 6,5 mm Příčné vzorky hlavně 8 mm vzorek č vzorek č vzorek č vzorek č vzorek č vzorek č HV0,05 HV0,05 HV0,05 HV0,05 HV0,05 HV0,05 ø ± ø ± ø ± ø ± ø ± ø ± 307 4, , , , , ,4 3. Výsledky a jejich diskuse Hlaveň o průměru 6,5 mm Měření mikrotvrdosti a mezní hloubky zpevněné povrchové vrstvy u vrtané hlavně o průměru 6,5 mm bylo provedeno na vybraných podélných a příčných vzorcích 9.0, 9.11, 9.21, 9.31 a Obr. 3 Průběh mikrotvrdosti vzorku 6.0 v délce vrtání 9 mm Obr. 4 Průběh mikrotvrdosti vzorku 6.31 v délce vrtání 384 mm Fig. 3 Evolution of the micro-hardness in the sample of 6.0 in the Fig. 4 Evolution of the micro-hardness in the sample of 6.31 in length 9 mm the length 384 mm Z výsledků měření a průběhů mikrotvrdosti je zřejmé, že zpevnění povrchové vrstvy se vyskytovalo při měření jak na podélném řezu, tak i na příčném řezu vzorků. Průběhy mikrotvrdosti všech vzorků hlavní o průměru 6,5 mm byly podobné. Průběh mikrotvrdosti na podélném řezu vzorku 6.0 (v délce vrtání 9 mm) a vzorku 6.31 (v délce vrtání 384 mm) s vyjádřením mezní hloubky zpevněné vrstvy je uveden na obr. 3 a 4. Mikrotvrdost byla nejvyšší na povrchu vývrtu hlavně. S rostoucí vzdálenosti od povrchu vývrtu se mikrotvrdost postupně snižovala až na mikrotvrdost základního materiálu. U příčných vzorků hlavně o průměru 6,5 mm měly průběhy mikrotvrdosti stejný trend. Z jednotlivých průběhů mikrotvrdostí byla sestavena tab. 3, kde jsou zaznamenány nejvyšší hodnoty mikrotvrdosti a mezní hloubky zpevněné vrstvy u vybraných vzorků. Mikrotvrdost zpevněné povrchové vrstvy podélných vzorků dosahovala hodnot 438 HV0,05 až 447 HV0,05, přičemž mezní hloubky zpevněné vrstvy byly v rozmezí 0,050 mm až 0,072 mm. 64

67 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Strojírenské dohotovení hutních výrobků Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products Tab. 3 Hodnoty mikrotvrdosti a mezní hloubky zpevněné vrstvy vzorků hlavně ø 6,5 mm Tab. 3 Values of micro-hardness and of the depth of the hardened layer in samples of the barrel ø 6.5 mm Délka vrtání [mm] Mikrotvrdost [HV0,05] Mezní hloubka [mm] , , , , ,050 Hlaveň o průměru 8 mm Hlaveň o průměru 8 mm použitá pro hodnocení zpevnění materiálu byla vrtána za stejných podmínek jako hlaveň ø 6,5 mm. Měření mikrotvrdosti vzorků bylo provedeno na vybraných podélných a příčných vzorcích 8.0, 8.11, 8.21, 8.31 a Z výsledků měření a průběhů mikrotvrdosti je zřejmé, že zpevnění povrchové vrstvy se vyskytovalo při měření jak na podélném řezu, tak i na příčném řezu vzorků. Obr. 5 Průběh mikrotvrdosti vzorku 8.0 v délce vrtání 9 mm Fig. 5 Evolution of the micro-hardness in the sample of 8.0 in the length 9 mm Stejně jako u hlavně průměru 6,5 mm, trendy průběhů mikrotvrdosti všech vzorků hlavně průměru 8,0 mm byly podobné. Průběh mikrotvrdosti na podélném řezu Obr. 6 Průběh mikrotvrdosti vzorku 8.40 v délce vrtání 492 mm Fig. 6 Evolution of the micro-hardness in the sample of 8.40 in the length 492 mm vzorku 8.0 (v délce vrtání 9 mm) a vzorku 8.40 (v délce vrtání 492 mm) s vyjádřením mezní hloubky zpevněné vrstvy je uveden na obr. 5 a 6. Tab. 4 Hodnoty mikrotvrdosti a mezní hloubky zpevněné vrstvy vzorků hlavně ø 8 mm Tab. 4 Values of micro-hardness and of the depth of the hardened layer in samples of the barrel ø 8 mm Délka vrtání [mm] Mikrotvrdost [HV0,05] Mezní hloubka [mm] , , , , ,088 Největší mikrotvrdosti byly naměřeny na povrchu vývrtu, s rostoucí vzdálenosti od povrchu se mikrotvrdost postupně snižovala až na mikrotvrdost základního materiálu. Z jednotlivých průběhů mikrotvrdostí byla sestavena tab. 4, kde jsou zaznamenány největší hodnoty mikrotvrdosti a mezní hloubky zpevněné vrstvy v průřezech vybraných podélných vzorků. Mikrotvrdost zpevněné povrchové vrstvy podélných vzorků dosahovala největších hodnot 424 HV0,05 až 463 HV0,05, přičemž mezní hloubky zpevněné vrstvy byly v rozmezí 0,063 mm až 0,088 mm. U příčných vzorků hlavně o průměru 8 mm měly průběhy mikrotvrdosti stejný trend. Rotačně kovaná hlaveň o průměru 5,5 mm Příprava vzorků u hlavně rotačně kované a zjištění mikrotvrdosti základního materiálu probíhalo stejně jako u vrtaných hlavní. Měření mikrotvrdosti základního materiálu a hodnocení zpevnění povrchové vrstvy bylo prováděno na příčných řezech vybraných vzorků. Mikrotvrdost povrchové vrstvy každého vzorku byla měřena jak pod povrchem pole, tak i pod povrchem drážky rotačně kované hlavně. 65

68 Strojírenské dohotovení hutních výrobků Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products ISSN Mikrotvrdost základního materiálu byla měřena stejnou metodou jako u vrtaných hlavní. Průměrné hodnoty mikrotvrdosti základního materiálu vybraných vzorků jsou uvedeny v tab. 5 a jsou v rozsahu 517 HV0,05 až 520 HV0,05. Pro další hodnocení zpevnění povrchové vrstvy rotačně kované hlavně byly mikrotvrdosti základního materiálu nastaveny na největší průměrnou hodnotu, a to je 520 HV0,05. Tab. 5 Průměrné hodnoty mikrotvrdosti základního materiálu Tab. 5 Mean values of micro-hardness basic material vzorek č. K1 vzorek č. K5 vzorek č. K12 HV0,05 HV0,05 HV0,05 ø ± ø ± ø ± , , ,6 Na obr. 7 a 8 je zobrazen průběh mikrotvrdosti povrchové vrstvy vzorku K1. Obr. 7 Fig. 7 Průběh mikrotvrdosti povrchové vrstvy pod povrchem pole vzorku K1 Evolution of the micro-hardness surface layers below the surface of the field of the sample K1 Obr. 8 Fig. 8 Průběh mikrotvrdosti povrchové vrstvy pod povrchem drážky vzorku K1 Evolution of micro hardness surface layers below the surface of the groove of the sample K1 Vzdálenost od začátku kování [mm] Tab. 6 Hodnoty mikrotvrdosti a mezní hloubky zpevněné vrstvy vzorků kované hlavně ø 5,5 mm Tab. 6 Values of micro-hardness and of the depth of the hardened layer in samples of the swaged gun barrel ø 5,5 mm Mikrotvrdost [HV0,05] Mezní hloubka [mm] Pole Drážky Pole Drážky ,102 0, ,055 0, ,032 0,056 Průměr ,063 0,057 Trend průběhu mikrotvrdosti povrchové vrstvy pod povrchem polí i drážek je u všech vzorků podobný. Mikrotvrdost u povrchu vývrtu rotačně kované hlavně byla vždy nižší (460 HV0,05 až 464 HV0,05), než mikrotvrdost základního materiálu (520 HV0,05) a mezní hloubky ovlivněné vrstvy s nižší mikrotvrdostí se pohybovaly v rozmezí od 0,032 mm do 0,102 mm. Závěr Průběhy mikrotvrdosti povrchové vrstvy vzorků vrtaných hlavní měly podobný trend. Je možné vidět, že zpevnění povrchové vrstvy vývrtu postupně klesalo na mikrotvrdost základního materiálu. Na základě výsledků měření mikrotvrdosti jednotlivých vzorků je možné říci, že při vrtání hlavní 6,5 mm a 8 mm hlavňovým vrtákem docházelo k zpevnění materiálu na povrchu vývrtu. Míra zpevnění povrchové vrstvy proti mikrotvrdosti základního materiálu u hlavně 6,5 mm a 8 mm jsou uvedeny na obr. 9. S rostoucí délkou vrtání mají hloubky a intenzity zpevnění u hlavní 6,5 mm a 8 mm podobné hodnoty. Intenzity zpevnění dosahují 130% až 150% mikrotvrdosti základního materiálu. 66

69 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Strojírenské dohotovení hutních výrobků Machinery Finishing and Utilization of Metallurgical Products Diameter of 6.5 mm Diameter of 8 mm Diameter of 6.5 mm Diameter of 8 mm Microhardness [HV0.05] Thickness [mm] Hole length [mm] Obr. 9 Zvýšení mikrotvrdosti vzorků hlavně ø 6,5 mm a ø 8 mm Fig. 9 Increase in micro-hardness of samples of the barrels ø 6,5 mm and ø 8 mm Hole length [mm] Obr. 10 Mezní hloubky zpevněné vrstvy vzorků hlavně ø 6,5 mm a ø 8 mm Fig. 10 Limit depths of the hardened layer of samples of the barrels ø 6,5 mm and ø 8 mm Mezní hloubky zpevněné povrchové vrstvy po vrtání hlavní ø 6,5 mm a ø 8 mm jsou uvedeny na obr. 10, ze kterého vyplývá, že mezní hloubky zpevnění u vzorků hlavně 8 mm byly větší než u vzorků hlavně ø 6,5 mm. Výjimkou je mezní hloubka u vzorků č. 9.0 v délce vrtání 9 mm, kde je hloubka zpevnění u hlavně s průměrem 8 mm menší než u hlavně s průměrem 6,5 mm. Příčinu rozdílů mezních hloubek zpevněné vrstvy při vrtání u hlavně ø 6,5 mm a ø 8 mm je možné spatřovat v oblastech mechanického působení vrtacího nástroje na povrch vývrtu. Hloubka zpevnění je ovlivněna jak velikostí stykové plochy mezi nástrojem, opěrnými lištami a obráběným povrchem, tak i velikostí sil působících během vrtání. Zejména síly působící na opěrné lišty jsou úměrné průměru otvoru, tzn., že při vrtání většího průměru jsou síly vyšší. Menší hodnota na začátku vrtání průměru hlavně 8 mm je spojena s přenášením těchto sil vodícím pouzdrem a proto se efekt většího zpevnění neprojevil. U rotačně kované hlavně nebylo zpevnění povrchové vrstvy prokázáno, u této hlavně došlo ke snížení mikrotvrdosti povrchové vrstvy oproti základnímu materiálu. Trend průběhu mikrotvrdosti vzorků rotačně kované byl opačný, než průběhy mikrotvrdosti vzorků vrtaných hlavní. Rozdíl ve změně povrchové tvrdosti hlavní vrtaných a kovaných je nutno hledat ve vlastnostech materiálu, který vstupuje do procesu hodnocení zpevnění povrchové vrstvy. U hlavně kované je tvrdost základního materiálu 520 HV0.05, u hlavní vrtaných je tvrdost základního materiálu 310 HV0.05. Tento rozdíl je způsoben procesem tváření při kování hlavně, kdy dojde v celém průřezu hlavně k výrazným deformačním procesům, které zejména v oblasti povrhu vývrtu mají velmi složitý mechanismus. Materiál již proto není schopen na povrchu vývrtu ve styku s kovacím trnem zpevňovat, naopak složitý deformační proces ve styku s kovacím trnem lze považovat za příčinu vzniku defektů v povrchové vrstvě a tím i nižší tvrdosti 67 povrchové vrstvy. U vrtané hlavně je tvrdost základního materiálu nižší a odpovídá stavu po tepelném zpracování, proto má větší deformační schopnosti a může na povrchu vývrtu v oblasti plastické deformace při styku s vrtacím nástrojem zpevňovat. Vzhledem k tomu, že u rotačně kované hlavně je povrch vývrtu touto technologií dokončen (dochází k pouze jeho případnému rovnání), jsou vlastnosti povrchové vrstvy již vlastnostmi povrchu vývrtu a mohou mít vliv na funkční vlastnosti hlavně. U vrtaných hlavní bude povrch vývrtu ještě dokončován dalšími technologiemi (např. honování, výroba drážek, atd.) a lze proto předpokládat, že lepší vlastnosti povrchové vrstvy mohou být částečně zachovány i na budoucím vývrtu hlavně a případné defekty mohou být následnými technologiemi odstraněny. Pro potvrzení této teze bude nutné ještě provést celou řadu experimentů zaměřených na hodnocení povrchu vývrtu po obou technologiích v různých fázích výrobního procesu. Poděkování Příspěvek byl podpořen institucionálním výzkumným projektem Podpora výuky a vědy v oblasti strojírenství a projektem Specifického výzkumu Katedry strojírenství Fakulty vojenských technologií Univerzity obrany Literatura [1] ASTAKHOV, V. P. The mechanisms of bell mouth formation in gun drilling when the drill rotates and the work piece is stationary. Part 1: the first stage of drill entrance. International journal of Machine Tools and Manufacture, 2002, Vol. 42, pp ISSN [2] TRAN, Q. D., DVOŘÁKOVÁ, R., SVOBODA, E., BARTOŠÍK, P. Surface texture of deep holes produced by the gun drilling system. International Conference on Military Technologies, 2011, pp ISBN, [3] ISO :2005: Metallic materials - Vickers Hardness tests, Part 1: Test method. Recenze: Ing. Šárka Tichá, Ph.D. doc. Ing. Vladimír Vrba, CSc.

70 Údržba Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Maintenance ISSN údržba Údržba jako potenciální zdroj snižování nákladů výrobních organizací Maintenance as a Potential Source of the Cost Cutting in Production Enterprises Ing. Petr Besta, Ph.D., Ing. Martin Lampa, Ph.D., Ing. Kamila Janovská, Ph.D., Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Průmyslové podniky jsou v důsledku dopadů světové ekonomické krize nuceny hledat úspory ve všech oblastech. Dramatický nárůst cen všech vstupních zdrojů znamenal zásadní zásah do nákladových položek výrobních procesů. Řada výrobních subjektů se v posledních letech příliš nezabývala optimalizací řízení údržby, přestože se jedná o významnou položku sekundárních výrobních nákladů. Současné systémy moderní údržby vycházejí z konceptu štíhlé výroby, jež byl nejprve aplikován v oblasti hromadné produkce osobních automobilů. Jeho univerzálnost a efektivnost však znamenala rozšíření do dalších oblastí průmyslu. Využití konceptu štíhlé výroby může výrobním organizacím přinést značné úspory, které pomohou kompenzovat rostoucí ceny surovin. Štíhlá výroba využívá řadu technik, které se snaží především o odstranění všech potenciálních zdrojů plýtvání. Jedním ze základních nástrojů štíhlé výroby, týkající se efektivity systémů údržby, je koncepce TPM Total Productive Maintenance, jež je často paralelně využívána například ve spojení s metodou minimalizace seřizovacích časů SMED. Systém TPM se snaží odstraňovat tradiční pohled na údržbu, kde jsou pro údržbářské činnosti vyčleněni specialisté. Industrial companies are, as a result of the impact of global economic crisis, forced to look for savings in all areas. The dramatic increase in prices of all energy sources has substantially influenced the costs of production processes. Many manufacturing companies have not been excessively occupied with the processes of maintenance optimization management in recent years, in spite of the fact that it represents a significant cost element in the sphere of metallurgical basic industry. Contemporary modern maintenance systems are based on the concept of lean manufacturing, which was first applied in mass production of cars. Its versatility and efficiency has, however, meant expansion into other industries. Use of the concept of lean manufacturing in metallurgical industry can bring significant savings, which can help companies to offset the rising raw material prices. Lean manufacturing uses a variety of techniques that primarily try to remove all potential sources of wasting. One of the basic tools of lean manufacturing regarding the efficiency of maintenance system is the concept of TPM, which is often used in parallel, for example, with the method of minimizing the set-up times - SMED. The totally efficient maintenance system tries to eliminate the traditional view of maintenance, where specialists are set apart for the maintenance operations. TMP makes effort to involve all employees working on production units. The system is based on the assumption that a worker operating a machine is the first one, who can easily detect potential abnormalities. Time is an absolutely key factor in detecting abnormalities and non-quality, as it helps to significantly reduce the cost of non-quality. However, the involvement of production workers in the basic maintenance interventions is subject to a high degree of technical knowledge and continuous learning. Strojní výroba patří mezi nejnáročnější výrobní postupy. Složitost je dána především technologickou náročností, ale také množstvím potřebných vstupních materiálů. Stejně jako další výrobní oblasti ovlivnila i strojní průmysl významným způsobem světová ekonomická krize. V této souvislosti je v současné době kladen velký důraz na ekonomickou stránku výrobních procesů. Často dochází k aplikaci metod a postupů, které se osvědčily v jiných oborech. Velká pozornost je v současné době věnována především snižování nákladů ve všech procesech. Výraznou nákladovou položkou je 68 u výrobních podniků především údržba. Současné moderní systémy údržby vycházejí z konceptu štíhlé výroby, jež byla původně používána ve velkosériové výrobě. Štíhlá výroba neznamená samoúčelné redukování nákladů. Jde především o maximalizaci přidané hodnoty pro zákazníka [1]. Zeštíhlování je cesta k tomu, aby podnik vyráběl více, měl nižší režijní náklady, efektivněji využíval své plochy a výrobní zdroje.

71 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Chce-li výrobní podnik eliminovat možné plýtvání v rámci podnikových procesů, je nutné je především správně identifikovat a měřit. V obecné rovině lze chápat štíhlou výrobu jako filosofii, která usiluje o zkrácení času přesunu materiálu nebo informací mezi zákazníkem a dodavatelem, a to prostřednictvím odstranění plýtvání v dodavatelském řetězci. Mezi základní nástroje štíhlé výroby lze zařadit tyto techniky a metody: TPM, Kanban, procesy kvality a standardizovaných postupů, management toku hodnot. Odstraňování všech neproduktivních časů zvyšuje maximální disponibilní výrobní kapacitu všech zařízení. Toho lze docílit pouze v podmínkách sofistikovaného systému údržby výrobních prostředků. Jednou z možností je využití systému totálně produktivní údržby. V rámci systému štíhlé výroby můžeme zařadit mezi hlavní cíle především: zlepšení kvality, eliminaci ztrát, zkrácení doby realizace výroby, snížení celkových nákladů [2]. Ztráta znamená ve výrobním podniku jakoukoli činnost, která vyžaduje čas, zdroje nebo prostor, avšak nepřináší hodnotu výrobku nebo celému výrobnímu procesu. Některé činnosti, jako jsou například přemísťování materiálů v průběhu výroby, jsou nezbytné, ale nepřidávají hodnotu. Celkové náklady lze pak dělit na přímé a nepřímé, které souvisejí s výrobou výrobku nebo s přípravou služby. 1. Princip systémů údržby Udržování můžeme definovat jako souhrn opatření k zachování požadovaného stavu zařízení (různé ošetřovací činnosti jako čištění, konzervování, mazání, doplňování a výměna provozních hmot, dodatečné nastavování, resp. seřizování, dohled, odstraňování drobných závad). Je to každodenní péče o náležitý technický stav výrobního zařízení, kterou provádějí pracovníci výroby, kteří výrobní zařízení obsluhují [3]. Údržbu můžeme rozdělit do čtyř základních oblastí: inspekce, opravy, zajišťování náhradních dílů pro opravy a udržování. Inspekce představuje systematický dohled nad zařízením, zejména se jedná o pravidelné prohlídky, revize a kontroly s cílem předcházet poruchám, získat přehled o stavu zařízení za účelem určení potřeby a rozsahu údržbářských výkonů. Tuto činnost provádějí pracovníci údržby. Opravy (běžné, střední, generální) jsou opatření k opětnému vytvoření požadovaného stavu (vlastní opravy, renovace jako částečná obnova, modernizace a nové nastavení). Provádějí je pracovníci údržby. Opravy lze provádět různým způsobem, z hlediska rozsahu měněných dílů: výměnou poškozených součástek výměnou celých uzlů, modulů speciální způsoby oprav (např. generální oprava vysoké pece, kdy souběžně s provozem pece se poblíž staví nová nadzemní část pece a ta se po sfoukání staré pece zasune na opravené základy; přesouvá se až t) Údržba Maintenance oprava výměnou podstatných částí agregátu, např. nádoby konvertoru (vyměněná nádoba se pak opravuje v opravářské dílně; doba opravy se tak významně zkrátí a tím i ztráty způsobené výpadkem výroby) K rychlému stanovení stupně opotřebení strojů bez předchozí demontáže slouží tribodiagnostika. Opotřebení strojních součástí je zde indikováno rozsahem otěru kovů uvolňovaných do maziv. Vyšší množství kovů obsažených v mazivech je známkou opotřebení zařízení, které může znamenat potenciální vznik poruchy. Tribotechnika zároveň odhaluje problémy nedostatečného mazání. Ze zvýšeného obsahu kovů v mazivech lze vyvodit závěry o stavu stroje a odhadnout termíny oprav [4]. 2. TPM moderní systém údržby TPM (Total Productive Maintenance) se orientuje na zapojení všech pracovníků v dílně do aktivit, které směřují k minimalizaci prostojů zařízení, neshod a zmetků. Jedná se o překonání klasického dělení na pracovníky, kteří na daném stroji pracují a kteří ho opravují. Princip metody TPM vychází z toho, že pracovník, který obsluhuje stroj, má šanci zachytit nejdříve abnormality v jeho práci a odhalit případné zdroje budoucích poruch [5]. Většina diagnostických a údržbářských činností se tedy přenáší z klasických oddělení údržby přímo na výrobní pracovníky a výrobní úseky. Tento proces je však časově velmi náročný a vyžaduje neustálé vzdělávání a rozvoj pracovníků. Chce-li podnik dosáhnout vysoké produktivity, musí být přijato pravidlo tzv. komplexní produktivní údržby. Toto pravidlo říká, že údržba musí, stejně jako hlavní výrobní oblasti, maximálně přispívat ke zvyšování produktivity. TMP je řada metod, kterými se zajišťuje, že každé jednotlivé zařízení ve výrobním procesu je vždy schopno provádět požadované úkoly, takže výroba je minimálně přerušována. Je to komplexní, týmová a nepřetržitá činnost, která zvyšuje efektivitu údržby zařízení a zapojuje každého pracovníka. Jednou z hlavních oblastí, kde je možné zvýšit produktivitu výrobních zařízení, je eliminace všech možných přerušení. Ve své podstatě se tradiční údržba zabývá hlavně nevýrobními časy, kdy dochází k opravám. Koncepce TPM je naopak orientována na činnosti, které probíhají v průběhu nebo po skončení výrobního procesu. Koncepce TPM je základem pro efektivní zavedení systémů štíhlé výroby. Odstraňování přerušení výroby a minimalizace neproduktivních časů patří mezi sedm základních zdrojů plýtvání, které štíhlá výroba sleduje. Obecně lze mezi základní prvky koncepce TPM zařadit: 69

72 Údržba Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Maintenance ISSN Princip plánované údržby Program autonomní péče o zařízení Program preventivní a pro-aktivní údržby Systém kontinuálního vzdělávání pracovníků Program plánování pro nové zařízení a díly Systém údržby a informační systém Systém kontinuálního zvyšování celkové efektivity zařízení TPM jednoznačně přispívá k vyššímu výkonu výrobních zařízení. Současně se také při optimalizovaném systému údržby výrazně zvyšuje pohotovost výrobního zařízení. Nezanedbatelnou výhodou je také výrazné snížení všech neproduktivních časů. Využívání koncepce TPM, ale klade vysoké nároky na neustálé vzdělávání a vysokou kvalifikaci pracovníků, kteří přebírají většinu odpovědnosti za základní údržbářské operace. 3. SMED - podpora moderních systémů údržby SMED (Single minute exchange of die) je technika, která se zabývá zrychlením výměn nástrojů a seřizováním. Vychází z toho, že často už první hrubá analýza odhalí velké rezervy při seřizovacích operacích [6]. Rychlé změny jsou systematickým procesem minimalizace času přestavby pracoviště mezi výrobou dvou po sobě následujících různých typů výrobků. Zkracování časů na výměnu formy lisu, přestavení výrobní linky nebo seřízení obráběcího stroje se obyčejně realizuje na základě efektivnějšího řízení práce. Celý postup vychází z důkladné analýzy. Seřízení z několika hodin na několik minut se dosahuje postupně změnou organizace přestavby, standardizací postupů seřízení, tréninkem a v neposlední řadě speciálními pomůckami a technickými úpravami zařízení. Koncepce SMED se snaží především o: Odstraňování ztrát ve výrobě spojených s přechody mezi výrobky Změnu výroby na montážních linkách nebo sítích montážních pracovišť Zkracování rozsáhlých činností plánované údržby bez ohledu na jejich frekvenci Zkracování montážních procesů Zkracování přípravy zakázek Seřízení nemusí být čistě výrobní záležitostí. Můžeme je obecně chápat jako soubor všech činností spojených s přípravou a realizací určitého procesu. Můžeme sem také zahrnout technickou nebo technologickou přípravu výroby. Metoda SMED se zpravidla aplikuje ve výrobních procesech, kde dochází ke vzniku úzkých míst a velmi často je také součástí koncepce TPM [7]. Obecně lze říci, že systém redukce časů na seřízení je aktuální všude tam, kde dochází k opakovanému seřizování strojů v krátkých časových intervalech. Tyto prostoje pak mohou znamenat významné ztráty výrobní kapacity zařízení. 4. Analýza rizikových výrobních zařízení Při nastavování systémů údržby je nutné mít přesnou evidenci o aktuálním stavu výrobních zařízení. Toto se často provádí formou analýzy rizikovosti. V rámci realizované studie byla provedena tato analýza pro deset strojních zařízení ve sledovaném průmyslovém podniku. Pro tyto výrobní prostředky byly nejprve určeny časy všech prostojů za určité období. Tab. 1 ukazuje rozdělení těchto časů. Tab. 1 Časy prostojů Tab. 1 Downtimes 70

73 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Všechny neproduktivní časy byly rozděleny do čtyř základních kategorií: komplexní preventivní prohlídka, základní preventivní prohlídka, opravy poruchy, servisní opravy. Tab. 1 ukazuje časy prostojů pro všechny sledované stroje. Pro každé zařízení byla poté určena celková doba všech prostojů a na základě těchto hodnot byla zpracována Paretova analýza. Pro každé zařízení byla stanovena hodnota prostojů v procentech a také kumulativní součty (K.S.). Do skupiny A byla zařazena tři výrobní zařízení, která se podílela na 60.7 % celkového času prostojů. Dalších sedm sledovaných zařízení reprezentovalo 39.3 % prostojů, zjištěných rovněž postupným součtem, a jejich individuální hodnoty prostojů jsou několikanásobně menší oproti ztrátovým časům u strojů ve skupině A. Při analýze rizikovosti strojního zařízení jsou často sledovány různé charakteristiky. V rámci realizované studie byla všechna sledovaná strojní zařízení posouzena z hlediska: pravděpodobnosti výskytu poruchy, možné identifikace poruchy a potenciálního důsledku poruchy. Tab. 2 Hodnocení pravděpodobnosti poruchy Tab. 2 Evaluation of the malfunction probability Údržba Maintenance V případě hodnocení pravděpodobnosti vzniku poruchy byla zařízení klasifikována dle čtyřbodové stupnice, kdy každému stupni odpovídal určitý bodový interval. Přesnou metodiku hodnocení uvádí tab. 2. Dalším hodnotícím kritériem byla možná identifikace poruchy. Moderní CNC obráběcí centra disponují sofistikovanou signalizační technikou, které obsluhu zařízení upozorní na většinu nestandardních stavů. Potenciální poruchy nebo problémové stavy jsou tedy zpravidla ihned identifikovány. Tab. 3 Hodnocení identifikace poruchy Tab. 3 Evaluation of the malfunction identification U starších výrobních zařízení může ovšem často docházet k tomu, že menší poruchy nejsou delší dobu odhaleny. Systém hodnocení ukazuje tab. 3. Tab. 4 Vyhodnocení rizikovosti zařízení Tab. 4 Risk assessment of the equipment Důležitým hodnotícím kritériem je také potenciální důsledek poruchy výrobního zařízení, a to jak vzhledem k obsluze stroje, tak k průběhu výrobního procesu. V rámci realizované studie byl potenciální důsledek poruchy výrobního zařízení klasifikován prostřednictvím tříbodové stupnice. Nejzávažnější stupeň znamená, že porucha zásadním způsobem ovlivňuje výrobu a bezpečnost práce. Tab. 5 Hodnocení důsledku poruchy Tab. 5 Evaluation of the malfunction impact Nejméně závažný stupeň může pak znamenat například pouze ztrátu estetické funkce určité komponenty výrobního zařízení. Přesný systém hodnocení ukazuje tab. 5. Pro všechny sledované výrobní prostředky bylo provedeno vyhodnocení na základně dostupných záznamů o údržbě a opravách. U každého stroje byly 71 určeny hodnoty všech kritérií. Jednotlivá kritéria nemají na celkovém hodnocení stejný podíl. V případě kritéria pravděpodobnost výskytu poruchy je hodnocení prováděno v intervalu bodů. Další dvě kritéria jsou hodnoceny v intervalu 0 90 bodů. Toto je dáno

74 Údržba Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Maintenance ISSN mírně vyšší důležitostí jednoho z kritérií. Detailní výsledné bodové hodnocení ukazuje tab. 4. Pro všechny stroje byl poté určen celkový počet rizikových bodů. Podle nich byla zařízení rozdělena do tří kategorií dle následujícího bodového systému: Skupina I bodů Skupina II bobů Skupina III bodů Skupina I představuje nejméně rizikovou kategorii výrobních zařízení. Maximální počet bodů pro klasifikaci do této skupiny (80) je méně než jedna třetina z celkového objemu rizikových bodů. Zařízení v této skupině lze zařadit mezi bezproblémová, která nevyžadují speciální pozornost. Nejvíce riziková z hlediska nároků na údržbu jsou zařízení ze skupiny III - stojanová bruska, soustruh hrotový, horizontální vyvrtávačka. U těchto strojů dochází k negativnímu vlivu všech sledovaných faktorů. Zařízení vykazují vysoké počty poruch a nestandardních stavů. Jejich identifikace je obtížná a důsledky mohou být zásadní. Zde je nutné se zaměřit především na preventivní zásahy a pravidelnost v údržbě. Důležitá je preventivní činnost a základní diagnostika u pracovníků obsluhujících zařízení. Právě v těchto případech je efektivní využívat principy TPM. U nejrizikovějších zařízení je vhodné realizovat základní činnosti údržby po každé pracovní směně. Jednoznačně by měl být nastaven systém provádění základních činností. V případě poruchy je nutné všechny zásahy přesně evidovat a realizovat preventivní opatření. V rámci standardizace činností je nutné přesně nastavit pro všechny činnosti údržby postupy a doby jejich trvání. Preventivní údržba zařízení musí být také zohledněna v rámci školení a vzdělávání pracovníků. Současně by měl být pro tyto činnosti vymezen přesně definovaný čas v rámci pracovní doby. Závěr Efektivní systém údržby výrobních zařízení může znamenat zásadní konkurenční výhodu v současných náročných ekonomických podmínkách. Využití koncepce TPM umožňuje snižovat náklady spojené s údržbou výrobních prostředků, avšak klade vysoké nároky na kvalifikaci a neustálé vzdělávání pracovníků. Toto bývá však často limitováno vysokou fluktuací výrobních pracovníků. Dostane-li se firma do ekonomických problémů, dochází zpravidla nejčastěji k snižování mzdových nákladů na úkor pracovníků dělnických profesí. Toto ovšem výrazně znesnadňuje proces kontinuálního rozvoje a vzdělávání pracovníků, který je nutný pro využití systému totálně produktivní údržby. V případě personálních změn je třeba zohlednit také čas a prostředky, které jsou nutné pro případné vyškolení nového zaměstnance. Současné ekonomické prostředí je dnes velmi nestabilní a vyvíjí na výrobní organizace velký tlak. Výrobní podniky musí přirozeně monitorovat své náklady v aktuálním časovém horizontu, chtějí-li zůstat 72 konkurenceschopné. Proto je velmi vhodné přizpůsobit činnost a charakter údržby provozovaným zařízením. Zde je nutné určit základní priority a systém údržbářských činností, což může být založeno na výsledcích analýzy rizikovosti zařízení. Pro nejrizikovější skupinu strojů je nutné aplikovat pravidelnou preventivní údržbu vycházející z koncepce TPM. Postupně je možné tento systém rozšiřovat i na další zařízení, která jsou zařazena do méně rizikových skupin. Pokud by byla preventivní údržba realizovaná jen pracovníky údržby, bylo by to z dlouhodobého hlediska vysoce nákladné. Toto je také jeden z důvodů, proč zavádět a využívat systémy totálně produktivní údržby. Vždy budou ovšem také existovat výrobní procesy, kde vzhledem k složitosti zařízení a vysokým požadavkům na odbornost oprav, nebude možné systém TPM aplikovat. Klasickým příklad je údržba a provozování sofistikovaných robotických systémů využívaných při výrobě automobilů. Ve většině výrobních procesů mohou obslužní pracovníci u strojů provádět alespoň elementární údržbářské činnosti, které zvýší životnost zařízení (udržování čistoty, doplňování provozních kapalin, identifikace abnormalit). Všechny tyto činnosti budou pro podnik v dlouhodobém horizontu znamenat snížení nákladů a odstraňování neproduktivních časů. Aby organizace byla úspěšná, musí neustále porovnávat ceny svých výrobků a služeb a své provozní náklady. Jsou-li její ceny, nebo její provozní náklady příliš vysoké, může ztratit podíl na trhu nebo zisky. Velkou roli zde hraje efektivní a nákladově optimalizovaná údržba výrobních prostředků, která zásadním způsobem ovlivňuje cenu konečného produktu. Poděkování Práce vznikla za podpory specifického univerzitního výzkumu Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky č. SP2012/12. Literatura [1] TOMEK, G., VÁVROVÁ, V. Řízení výroby. Praha: Grada Publishing, [2] TOMEK, G.; VÁVROVÁ, V. Řízení výroby a nákupu. Praha: Grada Publishing, [3] PTÁČEK, S. Řízení výrobních procesů. Ostrava: VŠB TU Ostrava, [4] KOŠTURIAK, J., FROLÍK, Z. Štíhlý a inovativní podnik. Praha: Alfa Publishing, [5] PERINIC, M., IKONNIC, P., MARICIC, M. Die casting process assessment using single minute exchange of diees (SMED) method. Metalurgija, 2009, Vol. 48, No. 3, pp [6] MANN, D. Hands on Systematic Innovation, Creax Press, [7] ŠKAPA, R. Reverzní logistika. Brno: Masarykova univerzita v Brně, Recenze: Ing. Jaroslav Bazala, Ph.D. doc. Ing. Stanislav Ptáček, CSc.

75 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Údržba Maintenance Zásady zavádění technické diagnostiky ve válcovnách Principles of Implementation of Technical Diagnostics in Rolling Mills Ing. Jan Počta, CSc., CSM Ostrava Pro potřeby objektivní a na obsluze nezávislé diagnostiky válcovacích stolic byl navržen automatizovaný diagnostický systém ADS. Ten vychází z trojosého modelu stolice, jehož osy zaujímají směr hlavního pohonu, stavění válců a pohybu provalku při válcování. Tomu též odpovídá dekompozice diagnostického systému do tří směrů, jejichž orientace odpovídá oněm třem osám modelu válcovací stolice. Trojosý model diagnostického systému ukazuje místa s největší pravděpodobností dožití strojních součástí, výskytu poruchy a v tomto důsledku snížení spolehlivosti. Také znázorňuje nejvhodnější fyzikální principy, které se uplatní v diagnostice strojních součástí ve všech třech osách. ADS je v režimu on-line spřažen se systémem řízení technologického procesu. Provozní data snímaná v režimu on-line i off-line slouží pro budování zásobníku expertních dat. High requirements to output of rolling mills and to cadence of rolling, as well as thermodynamically exposed technologies and materials require reliable diagnostics, which is absolutely objective and independent on operators. This requirements leads to an application of automatic diagnostic systems ADS in rolling mills with high technical and design level. ADS is coupled to machinery equipment in on-line mode. This diagnostic system works in real time and can be coupled to automatic control system of technological process by its superior computer. Information from the diagnostic system serves to operator to making decisions of methods of control, decisions concerning maintenance repairs and exchanges, as well as control and scheduling of the whole maintenance system. This information provides a feedback that helps to the departments, such as for example design, research and development departments, for their decisions about changes in machinery equipment, from partial adaptation of design up to conceptual changes. Most important machinery parts where diagnostic can bring high economical effects are defined, after long-term monitoring of development trends in construction and in operation of rolling mills. Three axes model of rolling stand was elaborated for this reason. Its axes are identical with the axes of the main drive, with direction of setting up of roll gap and with direction of rolling, it means with material transfer. Segmentation of ADS into three directions, with the same orientation as in the model of rolling stand, is made with the aim to find the connection between both - construction of machinery equipment and diagnostic system. The three axes model of ADS shows places with the highest probability of end of the lifetime, origin of defect and consequently with decrease of reliability. ADS shows the most suitable physical principles that could be applied in all three axes. Diagnostics uses computer testing system CAT. Information from this system serves for realization of all functions of maintenance, incl. search of critical places, prevention, identification of genesis of defects. Operational data monitored on-line or off-line serve for creation of the expert data base. Stále vyšší požadavky na kvalitu finálních strojírenských výrobků, ocelových konstrukcí a technologických celků si vyžadují zvýšené nároky na kvalitu hutního materiálu, rozměrovou a tvarovou přesnost válcovaného materiálu v to počítaje. V dodržování rozměrové a tvarové přesnosti válcovaného materiálu, jak jsou tyto parametry definovány v [1 až 3], spolu s dosažením dovolených záporných rozměrových úchylek tkví základ pro snižování materiálové náročnosti všech výrobních odvětví navazujících na hutní výrobu. O těchto parametrech rozhoduje kromě dodržování technologických předpisů a technologické kázně především bezvadný stav výrobních agregátů. Snaha provozovatelů výrobních agregátů v dosažení co nejvyšších výkonů ve výrobě musí být doprovázena exaktní znalostí provozního stavu agregátů a respektováním nároků z ní vycházejících. K tomu účelu slouží technická diagnostika. Vysoké nároky na výkon válcovacích tratí a na kadenci válcování, termodynamicky náročné technologie a materiály vyžadují spolehlivou diagnostiku, která je zcela objektivní a nezávislá na obsluze. Tyto požadavky vedou u válcoven s vysokou technickou a projekční úrovní k nasazování diagnostických systémů, které jsou se strojním zařízením spřaženy v režimu on-line. Tyto diagnostické systémy pracují v reálném čase a mohou být svým nadřazeným počítačem propojeny na automatizovaný systém řízení technologického procesu (ASŘTP). Základní funkcí diagnostického systému je pravidelně podávat informace o provozním stavu diagnostikovaných agregátů, případně predikovat jejich stav. Informace diagnostických systémů dále slouží pro rozhodování obsluhy o způsobu řízení, rozhodování údržby o provádění oprav a výměn, řízení a plánování celého systému údržby. Tvoří zpětnou vazbu napomáhající předvýrobním složkám (konstrukci, projekci, výzkumu a vývoji) při rozhodování o změnách strojního zařízení v rozsahu od dílčího konstrukčního přizpůsobení až po koncepční změny. 73

76 Údržba Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Maintenance ISSN Vysoké nároky na prvotní spolehlivost jsou kladeny na válcovny tlustých plechů. Ústředním agregátem těchto válcoven jsou stolice kvarto, protože tato zařízení jsou kromě ohřívacích pecí a odokujovačů první v pořadí technologických operací vnášejících do hutních výrobků patřičné vlastnosti, jako jsou geometrické, mechanické a strukturní parametry, jakost povrchu, rozptyl kvalitativních parametrů apod. Z toho důvodu jsou válcovací stolice kvarto předmětem zájmu při výběru objektů a principů technické diagnostiky. Informace diagnostických systémů mají důležitou úlohu v realizaci určitých funkcí pro zvýšení spolehlivosti. Tyto systémy jsou v průmyslové praxi nasazovány v takových oborech, kde k výrobě slouží rozsáhlé technologické komplexy. Jak výrobci, tak provozovatelé zařízení mají účast na zlepšení informačních systémů spolehlivosti. Spolehlivost válcovacího zařízení jakožto mechanického systému je posuzována jako komplexní kategorie a je dána: a) parciální spolehlivostí jednotlivých součástí; o celkové spolehlivosti mechanického systému rozhoduje součást s nejnižší spolehlivostí a nejkratší životností; b) způsobem provozování a udržování mechanického systému. pravidelnými a preventivními výměnami, obnovou a údržbou součástí se zvláštním zaměřením na součásti s nejnižší životností (např. nástroje, vodicí plochy, obložení, tepelná ochrana a další); těmito faktory je možné dosáhnout zvýšení životnosti technologického celku i celkové spolehlivosti; c) genezí výroby součástí a dílů; tento faktor je předmětem současných pokročilých systémů řízení jakosti, ale v oboru strojního zařízení pro těžké provozy si ještě vyžaduje mnoho práce. Životnost součástí pracujících v režimu cyklického namáhání je dána počtem vyčerpaných zátěžových cyklů. O životnosti jednorázově namáhaných součástí rozhoduje mezní hodnota fyzikálních parametrů, ke kterým patří válcovací síla, krouticí moment, teplota, teplotní gradient nebo stupeň deformace. V rámci komplexního vývoje zařízení pro válcovny tlustých plechů [4] byl navržen informační systém spolehlivosti, který respektuje dodržení nejen technických vlastností a parametrů zařízení, ale i jeho chování v provozu z ekonomického a jakostního hlediska. Vyhodnocení kriterií spolehlivosti je odvozeno přímo z technologického procesu nebo projektovaných parametrů válcovny (soulad provozního stavu s projektovanými parametry): a) Technické ukazatele nejdůležitějších částí stolice: maximální měrné zatížení pracovních válců měrný válcovací tlak maximální válcovací síla maximální měrné zatížení hlavního pohonu měrný krouticí moment maximální krouticí moment 74 b) Výrobní ukazatele roční kapacita stolice: měrná produktivita na 1m 2 zastavěné plochy měrná produktivita na 1kg strojního zařízení měrná produktivita na 1kW instalovaného příkonu hlavního pohonu hodinový výkon stolice: závisí na periodách válcovacího cyklu, určuje požadavky na počet válcovacích cyklů deformační schopnost stolice: celkové maximální prodloužení hotového vývalku střední prodloužení provalku v jednom válcovacím průchodu c) Ekonomické ukazatele časové využití: kalendářní čas, příp. nominální kalendářní čas hrubý provozní čas čistý provozní čas výrobní náklady: náklady na vsázku zpracovací náklady odbytové náklady (U ekonomických ukazatelů je nutno mít na paměti, že jejich hodnoty se vztahují k celé válcovně, závisí na způsobu provozování a na jejich hodnotě se válcovací stolice podílí v kontextu s vazbami na ostatní výrobní agregáty válcovny.) d) Kvalitativní ukazatele garance rozměrové přesnosti vývalku garance tvarové přesnosti vývalku garance pevnostních, plastických a strukturních vlastnosti válcovaného materiálu Data ze všech čtyř uvedených skupin ukazatelů spolehlivosti mohou být získána měřením v průběhu jednotlivých válcovacích průchodů v režimu on-line nebo mohou být odvozená ze sledování celého technologického procesu v režimu off-line. V tomto druhém případě tato data platí pro všechny další válcovací průchody i další úběrové plány, jedná-li se o stejný materiál. Po dlouholetém sledování vývojových trendů v konstrukci i v provozování válcovacích stolic jsou vytipovány nejdůležitější strojní uzly, u nichž může diagnostika přinést výrazné ekonomické efekty. K tomu byl vypracován trojosý model válcovací stolice kvarto, který vychází z geometrické povahy tohoto zařízení. Jeho osy jsou identické s osou hlavního pohonu, směrem stavění válcovací mezery a směrem válcování, čili pohybu válcovaného materiálu (obr. 1). Tomu též odpovídá dekompozice diagnostického systému do tří směrů, jejichž orientace odpovídá oněm třem osám modelu válcovací stolice [5, 6]. Trojosý model diagnostického systému ukazuje místa s největší pravděpodobností dožití strojních součástí, výskytu poruchy a v tomto důsledku snížení spolehlivosti (obr. 2 až 4):

77 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Údržba Maintenance Obr. 1 Trojosý model válcovací stolice kvarto Fig. 1 Three axes model of four-high rolling mill Obr. 2 Trojosý model ADS, směr hlavního pohonu. Schématický pohled na pracovní a opěrné válce ve válcovací stolici a na pohonovou soustavu. Přerušovaná čára znázorňuje diagnostikovaná místa. Fig. 2 Three axes model of ADS, orientation of the main drive. Schematic view at the work and back-up rolls in the rolling stand and at the drive system. Broken lines represent places to be diagnosed. Obr. 3 Trojosý model ADS, směr stavění válců. Schématický pohled na pracovní a opěrné válce ve válcovací stolici a na stavěcí zařízení. Přerušovaná čára znázorňuje diagnostikovaná místa. Fig. 3 Three axes model of ADS, orientation of set-up rolls. Schematic view at the work and back-up rolls in the rolling stand and at the set-up rolls device. Broken lines represent places to be diagnosed. 75

78 Údržba Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Maintenance ISSN Obr. 4 Trojosý model ADS, směr válcování. Schématický pohled na válcovací stolici, pracovní válečky ve stolici a na válečky točnic. Přerušovaná čára znázorňuje diagnostikovaná místa. Fig. 4 Three axes model of ADS, orientation of rolling. Schematic view at the rolling stand, at the working rolls in the stand and at the turn table rolls. Broken lines represent places to be diagnosed. a) v ose hlavního pohonu: poháněcí vřetena s univerzální kloubovou hlavou hlavní ložiska (valivá ložiska pracovních válců) b) ve směru stavění válců válcovacího úběru: šnekové soukolí pohonu stavěcího zařízení stavěcí matice systém mazání stavěcího zařízení patní ložiska stavěcích šroubů hydraulické válce vybudování spodního opěrného válce c) ve směru válcování pohybu válcovaného materiálu: ložiska pracovních stojanových válečků systém centrálního mazání ložisek pracovních válců a stojanových válečků ložiska točnicových válečků Trojosý model diagnostického systému byl navržen z následujícího důvodu. Defekty strojního zařízení mají tendenci transformace: - do jiného místa z místa svého vzniku příčiny; čili prvotní porucha má za následek iniciaci celého řetězce dalších poruch, z nichž porucha na nejslabším článku soustrojí se projeví svým fatálním účinkem; - do jiného času z času svého vzniku; měřitelné znaky poruchy jsou v provozu zjišťovány se zpožděním, a to podle frekvence časového vzorkování diagnostikované scény; čili soustrojí může fungovat dlouhou dobu po vzniku prvotní poruchy, a to až do doby, kdy se projeví porucha na nejslabším článku soustrojí; - do jiného fyzikálního principu, než jaký byl projev prvotní poruchy; čili např. špatné seřízení v určité části soustrojí se projeví v porušení funkce jiné části soustrojí. Průsečíkem všech tří os v modelu válcovací stolice je válcovací mezera mezi pracovními válci. Průsečíkem tří os v modelu diagnostického systému je část provalku nacházející se ve válcovací mezeře. Jak potvrzují provozní zkušenosti ve válcovnách, vlivem zmíněných tří druhů transformace se poruchy v každém případě skutečně projeví ve snížení kvality vývalku: nedosažení požadované struktury vývalku, mechanických hodnot materiálu a zejména rozměrové a tvarové přesnosti, což se projeví v nedosažení rovinnosti příčného profilu plechu nebo v podélné vlnitosti. Např. drobné geometrické úchylky v uložení hlavních motorů se mohou přes celou pohonovou soustavu projevit v nesprávném seřízení pracovních válců a v důsledku toho v porušení tvarové přesnosti vývalku. Plechy jsou válcovány s klínovitým příčným profilem a jejich půdorys pak má šavlovitý tvar. Podobné je to u stavěcího zařízení, jehož poruchy mohou mít za následek nedodržení rozměrové přesnosti žádané tloušťky plechu. Také kvalita povrchu a aktuální tvar pracovních válců, které ohraničují válcovací mezeru, rozhodují o vlastnostech vývalků. Ať tedy poruchy vzniknou v jakémkoliv místě jakékoliv osy trojrozměrného modelu válcovací stolice, jejich konečné důsledky se negativně projeví vždy v kvalitě vývalku, protože v něm se nachází průsečík všech tří os modelu stolice i modelu diagnostického systému. Kromě speciálního válcovacího zařízení je úsek stolice tvořen součástmi všeobecného použití, jako jsou převodovky, spojky, brzdy a další. Současně s diagnostikou vytipovaných strojních uzlů je třeba 76

79 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN provádět i diagnostiku elektrické části pohonů, zejména pak hlavního pohonu. Poruchy motorů bývají totiž příčinou následných poruch válcovacího zařízení. Na ekonomické efekty, které přináší diagnostika strojů a zařízení, lze usuzovat z prostojů způsobených poruchovými stavy některých z vyjmenovaných uzlů válcovací tratě kvarto 3.5 na výrobu tlustých plechů u nynějšího provozovatele EVRAZ VÍTKOVICE STEEL, a.s. v době sledování provozních stavů [7]. Ze všech prostojů celé tratě způsobily poruchy ložisek stojanových válečků 5,4 %, ložisek točnicových válečků 8,5 %, hydraulických válců vyvažovacího zařízení 9,7 % a zařízení pro vybudování spodního opěrného válce 4,1 % zvýšených ještě o podíl prostojů způsobených prodlužením výměny při opravě tohoto zařízení. Diagnostické metody Princip diagnostikování je u jednotlivých diagnostikovaných objektů volen podle vybraných měřených parametrů. Výběr měřených parametrů musí zase být volen tak, aby tyto parametry měly co největší vypovídací schopnost o stavu zařízení. Podle druhu měřených fyzikálních veličin se diagnostika dělí na vibrodignostiku, akustickou diagnostiku, ultrazvukovou diagnostiku, termodignostiku, dále na tribotechnickou, tenzometrickou a šumovou diagnostiku, defektoskopii, případně další druhy [8, 9, 10]. Vibrační metody lze uplatnit u diagnostiky ložisek hlavního pohonu, šnekového soukolí pohonu stavěcího zařízení, stavěcích matic, patních ložisek pod stavěcími šrouby, ložisek stojanových a točnicových válečků. Akustická a ultrazvuková diagnostika se dá uplatnit u univerzálních kloubových hlav na poháněcích vřetenech nebo u stavěcích matic. Tuto metodu je možno použít pro zjišťování stavu všech valivých ložisek a hydropohonů. Termické metody jsou vhodné pro diagnostiku ložisek. V úseku válcovací stolice připadají v úvahu ložiska pracovních válců, stojanových a točnicových válečků. V souvislosti s aplikací řízeného válcování s cílem dokončení posledních úběrů při snížených doválcovacích teplotách jsou silně tepelně namáhány čekací sekce válečkových dopravníků před i za stolicí, příp. na obchvatném valníku, pokud je jím válcovací úsek vybaven, kde rozvalky čekají na pokles teploty až na úroveň doválcovacích hodnot. Jejich cyklický pohyb v těchto úsecích nezabrání tepelnému namáhání valníku, takže i ložiska válečků v dopravníku jsou vhodným Údržba Maintenance objektem pro termodiagnostiku. Podobné je to i v úseku vodního odokujovače na začátku válcovací tratě. Tribotechnické metody lze využít pro diagnostiku mazacích systémů šnekového soukolí pohonu stavěcího zařízení, stavěcích šroubů a matic, převodovky hlavního pohonu, uložení poháněcích vřeten a všech hydraulických systémů. Automatizovaný diagnostický systém Potřeba diagnostikování technologických procesů a současně strojního zařízení vyvolává tvorbu diagnostických systémů budovaných na základě mikroprocesorové techniky. V takovém případě se využívá počítačové podpory diagnostikování složitých systémů (CAT Computer Aided Testing). Činnost CAT je tedy realizována v automatizovaném diagnostickém systému ADS, který provádí postupné testovací operace spočívající ve změření vybraných diagnostických parametrů v reálných nebo simulovaných podmínkách. Po analýze testů ADS stanoví technický stav diagnostikovaného objektu, příp. predikuje jeho vývoj. Při projektování ADS je třeba vycházet z toho, že válcovny jsou charakteristické nespojitostí technologického procesu a nesrovnalostí jednotlivých technologických cyklů co do dosahovaných energetických, rychlostních, teplotních a dalších parametrů. Proto je u nich vhodné za kriterium podmiňující dosažení mezního stavu u diagnostikovaného objektu volit zbytkový počet technologických cyklů při průměrném dovoleném zatížení. ADS je vhodné budovat jako subsystém řídicího systému válcovací tratě a to z důvodu zajištění plynulé výroby s minimálními prostoji způsobenými poruchami (obr. 5). ADS zpracovává data ze snímačů, která jsou součástí periferie vnějšího okruhu ASŘTP, ze stabilně instalovaných snímačů, které slouží pouze pro potřeby diagnostikování a případně též z mobilních diagnostických prostředků. Vybrané diagnostické parametry zpracovává a vyhodnocuje v reálném čase v režimu on-line. Jeho činnost je zároveň podporována informacemi z diagnostikování vybraných parametrů v režimu off-line, jako např. parametry zjištěné tribotechnicky (obr. 6). Na vyšší úrovni v hierarchickém členění řídicího a diagnostického systému se zpracovávají expertní informace, které slouží v počáteční fázi budování ADS k vypracování návrhů na odstranění poruch, zefektivnění údržby, optimalizaci skladování a přípravy náhradních dílů, plánování oprav a dalších funkcí spojených s údržbou. 77

80 Údržba Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Maintenance ISSN Obr. 5 Vazba ADS s řídicím systémem Fig. 5 Relation of ADS and control system Obr. 6 On-line diagnostika podporovaná režimem off-line a tvorba zásobníku expertních dat Fig. 6 On-line diagnostics aided by an off-line mode and creation of the expert data base 78

81 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Expertní systém je z hlediska toku informací postavený na nejvyšší úrovni. Může být využíván pro řešení kritických provozních stavů, nalezení původu poruch a predikci poruch a prostojů. Tím plní svou důležitou úlohu v podpoře poruchové, preventivní i prediktivní údržby definované v [11 až 15]. Dále slouží k identifikaci historie poruch, analýze jejich příčin a k opatření proti jejich výskytu, ke zlepšení válcovací strategie a k návrhům pro zlepšení účinnosti údržby. Poslední jmenovaná funkce identifikace historie poruchy a využití těchto informací ke zlepšování v předvýrobních složkách podílejících se na výrobě strojního zařízení (projekce, konstrukce, výzkum, vývoj) je důležitou podpůrnou úlohou ADS v proaktivní údržbě [12]. Prostřednictvím ADS tak může údržba pracovat nejen v operativních úlohách, do kterých jako jediných je mnohdy v podnikové praxi nesprávně orientovaná, ale také v inovacích, tedy v úlohách, jejichž řešení probíhá s dlouhodobým předstihem před plánovaným cílem. ADS má decentralizovanou strukturu, což zvyšuje jeho odolnost vůči vlastním poruchám. Modulární struktura systému umožňuje jeho další postupné rozšiřování a doplňování technickým i programovým vybavením, jakož i rozšiřování jeho působnosti za hranice úseku válcovací stolice. Je napojen na ASŘTP a přímo na technologický proces i strojní zařízení. ADS poskytuje zpětnou vazbu pro údržbu. Poskytuje též zpětnovazebné informace předvýrobním složkám. Monitorování a vyhodnocování provozního stavu zařízení a zároveň predikce vývoje jeho stavu by bylo při vazbě diagnostického systému na strojní zařízení v režimu offline nedostatečné. Základní podmínkou pro práci systému v reálném čase je jeho vazba na proces i zařízení v režimu on-line, přičemž režim off-line může zajišťovat některé doprovodné a kontrolní funkce. Závěr Technická úroveň strojního zařízení válcoven dnes dosahuje vysokého stupně. Další její zvýšení lze spatřovat zejména ve výbavě technicky vyspělými subdodávkami, mezi něž se řadí diagnostické systémy. V oboru diagnostiky byla již vyvinuta řada metod, u nichž byl zde v této práci proveden výběr podle jejich vhodnosti k použití ve válcovnách. Výběr metod byl proveden s cílem budování automatizovaného diagnostického systému ADS, jeho napojení na strojní zařízení v režimu on-line a zároveň jeho spřažení Údržba Maintenance s automatizovaným systémem řízení technologického procesu ASŘTP. Literatura [1] POČTA, J. PETR, J., PLUCNARA, S. Tvar příčného profilu plechu při automatickém válcování na trati kvarto 3,5. Hutnické listy, 1981, roč. XXXVI, č. 1, s [2] POČTA, J. Hodnocení tvarové přesnosti plechů a pásů. Hutnické listy, 1983, roč. XXXVIII, č. 9, s [3] POČTA, J. Rozměrová a tvarová přesnost plochých vývalků. In.: Ocelové pásy 96, Mezinárodní konference Společnosti ocelové pásy, Opava, 1996 [4] POČTA, J. aj. Inovace vybraných zařízení válcoven tlustých plechů kvarto. [průběžná zpráva oborového výzkumného úkolu K ], Ostrava: VÍTKOVICE, 1982 [5] POČTA, J. Technical Diagnostics as a Way to Increase the Reliability of Rolling Mills. In: 4 th International DAAAM Symposium, VUT Brno, 1993 [6] POČTA, J. Effects of Technical Diagnostics in Quality and Ekonomy of Production. In: ASRTP 94, 11 th International Konference on Process Kontrol and Simulation, Session A-1, September 19-20, 1994, Košice-Zlatá Idka, Slovak Republic [7] POČTA, J. Diskusní příspěvek k článku Údržba jako potenciální zdroj snižování nákladů výrobních organizací autorů Besta, P., Lampa, M., Janovská, K. Hutnické listy, 2012, roč. LXV, s , ISSN [8] JANOUŠEK, I. aj. Technická diagnostika. Praha: SNTL, 1988, 432 s. [9] WOLF, P., SMUTNÝ, L. Technická diagnostika výrobních agregátů ve válcovnách. In: Automatizace v hutnictví, Ostrava: Dům techniky Ostrava, 1986 [10] POČTA, J., WOLF, P. Technická diagnostika válcovacího zařízení. Strojírenství, 1988, č. 2, s [11] PTÁČEK, S. Řízení výrobních procesů (skriptum), VŠB-TU Ostrava, 2004 [12] POČTA, J. Řízení výrobních procesů. Učební text pro VŠB-TU Ostrava. [on-line] c2012 [cit ], dostupný na URL ISBN [13] PAGE, A., ISENHOUR, S. Čím více produktivní údržby, tím lépe. Řízení & údržba průmyslového podniku, 2009, roč. II, č. 3, s [14] VALENT, O. Komplexní řešení preventivní, autonomní, prediktivní a proaktivní údržby. Řízení & údržba průmyslového podniku, 2010, roč. III, č. 2, s [15] VALENT, O. Jak volit správnou cestu k úspěšnému programu prediktivní údržby. Řízení & údržba průmyslového podniku, 2011, roč. IV, č. 4, s Recenze: doc. Ing. Milan Heger, CSc. prof. Ing. Jiří Tůma, CSc. 79

82 Ekonomika, organizace, řízení Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Economy, Organization, Management ISSN ekonomika, organizace, řízení Hodnocení dodavatelů ve zpracovatelském řetězci na bázi fuzzy logiky Evaluation of Suppliers in the Processing Chain Based on Fuzzy Logic Ing. Jan Strejček, MBA, QSI s.r.o., Brno Článek popisuje vývoj dodavatelsko-odběratelských vztahů a možnost využití matematického modelu v hodnocení dodavatelů. Systémy hodnocení a výběru dodavatelů patří ke standardně vykonávaným činnostem ve většině organizací. Zvláště firmy spjaté s automobilovým průmyslem přikládají tomuto hodnocení prvořadý význam. Organizace by měla sledovat a vyhodnocovat způsobilost dodavatelů na základě kritérií, které považuje pro svoji činnost za určující. Těmi mohou být cena, termíny, plnění kvalitativních požadavků, certifikace, poznatky z vlastních auditů apod. Hodnocení dodavatelů může probíhat mnoha způsoby. Jednou z metod, které se dají použít při výběru dodavatelů a také následném hodnocení, je tzv. fuzzy model. This paper describes the development of supplier-customer relationships and the ability to use mathematical models in the supplier evaluation. Evaluation and selection of suppliers is one of the activities carried out in a standard manner in most organizations. In particular companies associated with the automotive industry give importance to this rating. The organization should monitor and evaluate suppliers based on criteria considered for its activity as important. These may be the price, terms, meeting quality requirements, certification, performance of its own audits of suppliers, etc. Evaluation can be done in many ways. One of the methods that can be used for selection of suppliers is the fuzzy model. Using fuzzy logic in supplier-customer relationships may provide a tool for conversion of quantitative values to qualitative measurement. Methods of fuzzy logic can be applied to different processes in the supply chain, and they can help in the management of business processes and help suppliers to adapt to changing conditions throughout the supply chain. In terms of new supplies, selection of supplier is considered to be one of the critical factors for the entire functioning of the entire supply chain. It is clear that the factors like price, guarantees and payment terms of invoices are some of the determining factors for the basic selection of suppliers. Subsequent evaluation of repeated deliveries already takes into account the quality, flexibility, quantity and delivery date. One of the major advantages of fuzzy model is its potential to support and improve the decision-making process of the customer for different conditions. Fuzzy decision model enhances the ability of the customer. The aim of this approach is to highlight the possibility of creating an expert system that could fulfil the role of counsellor for solving the problems with use of the composition of the knowledge base and application of the knowledge and experience of experts in this field. Given that the proposed procedures also enable data archiving and they can be used for long-term monitoring of supplier-customer relations. 1. Současný stav dodavatelskoodběratelských vztahů V 50. letech 21. století bylo mnoho západních firem z větší části orientováno na odbyt. Cílem bylo vyrábět zboží a umístit ho na trhu a následně prodat bez úvah tržních podmínek. V tomto období nebyla na trhu taková konkurence, takže tato metoda byla proveditelná, pokud nedošlo k příliš mnoha neúspěchům [1]. Postupem času, jak se konkurence zvyšovala, tak začaly nabývat na významu kvalitní dodavatelsko-odběratelské vztahy. Avšak i v následujícím období zůstala většina firem orientována spíše na odbyt a kladla důraz převážně na finanční efekt, než na uplatňování 80

83 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN dlouhodobé strategie jak v oblasti dodavatelů, tak i v oblasti marketingu.až teprve v 70. letech se objevilo mnoho nových podniků, které začaly cíleně budovat a hodnotit své dodavatele s cílem získat konkurenční výhodu a být pružnější a přizpůsobivější na trhu. 1.1 Dodavatelsko-odběratelský řetězec Dodavatelsko-odběratelský řetězec je definován jako souhrn vazeb odběratelů a dodavatelů, které podnik využívá od koupě vstupů, přes produkci výrobků až po jejich distribuci svým zákazníkům. Tyto vztahy, které jsou navzájem propletené, zahrnují všechny činnosti spojené s tokem a transformací zboží, od vstupních surovin přes výrobu až ke koncovému zákazníkovi [2]. Ten, kdo potřebuje určitý produkt nebo službu, je obvykle zákazník; ten, kdo je dodává, je dodavatel. Základní vlastností dodávaných hodnot (obvykle produktu), je kvalita, která charakterizuje, zda má nositel dodávaných hodnot schopnost plnit potřebu zákazníka [2]. Schéma na obr. 1 obsahuje přehled základních vztahů, které probíhají mezi dodavatelem a jeho odběratelem i základní aktivity obou stran. Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management Dřívější filozofie nákupu byla charakterizována: Dodavatel byl protivník, ke kterému bylo třeba mít nedůvěru a tvrdě s ním bojovat o ceny. Co možná největší počet dodavatelů byl zárukou konkurenceschopných cen a nabízel dostatek možností výměny. Zadání stejného dílu více dodavatelům bylo běžnou metodou minimalizace rizika. Kvalitu měl zajistit dodavatel, bližší specifikace v mnoha případech chyběla, odběratel měl rozvinutou vstupní kontrolu. Souhlas k dodávce následoval většinou po ukončení konstrukce výrobku a předání jeho výkresů do výroby. V současné době se aplikují moderní metody dodavatelsko-odběratelských vztahů, kdy konstrukční díly jsou v mnoha případech vyvíjeny společně s předpokládaným dodavatelem, součástí předávaných specifikací jsou i požadavky na kvalitu, zákazník poskytuje dodavateli v případě potřeby odbornou podporu. V tomto vztahu již dochází k interakci mezi dvěma systémy, k jejich vzájemnému působení a ovlivňování [2]. V mnoha případech již odběratel řídí procesy dodavatele a ovlivňuje velkou část výrobního procesu. Obr. 1 Dodavatelsko-odběratelský vztah [2] Fig. 1 Supplier-customer relationship [2] Z pohledu kvality je dodavatelsko-odběratelským vztahem vztah mezi dodavatelem a odběratelem. O tomto vztahu se hovoří nejen, jedná-li se o různé organizace, ale ve všech situacích, kdy jeden subjekt předává svůj produkt druhému subjektu pro jeho potřebu. Každý produkt má jakožto výsledek činností své interní a externí zákazníky [3]. 1.2 Vztah mezi dodavatelem a odběratelem Vztahy mezi zákazníky a dodavateli jsou stejně staré jako sám obchod. U moderních, technicky vysoce pokročilých výrobků vyžadují tyto vztahy metodickou podporu, která dává zákazníkům záruku, že obdrží výrobek podle svých představ, ačkoli se o tom hned po jeho obdržení nejsou schopni přesvědčit. Neustále rostoucí podíl dodávaných dílů v konečných produktech vyvolává nutnost účinného zabezpečování kvality dodávek [4] Použití fuzzy modelu v řízení Systémy hodnocení a výběru dodavatelů patří ke standardně vykonávaným činnostem ve většině organizací. Zvláště firmy spjaté s automobilovým průmyslem přikládají tomuto hodnocení prvořadý význam. Organizace by měla sledovat a vyhodnocovat způsobilost dodavatelů na základě kritérií, které považuje pro svoji činnost za určující. Těmi mohou být cena, termíny, plnění kvalitativních požadavků, certifikace, poznatky z vlastních auditů apod.[2]. Hodnocení dodavatelů může probíhat mnoha způsoby. Jednou z metod, které se dají použít při výběru dodavatelů a také následném hodnocení) je tzv. fuzzy model [5, 6]. S rozvojem techniky a matematiky je také spojena snaha o popis nepřesných, vágních pojmů. Existují dva základní přístupy k nepřesnosti. První vychází z nepřesnosti měření, náhodného výběru z většího celku, atd. Tato nepřesnost (vágnost) není vázána na subjekt (který například provádí měření). Touto oblastí se zabývá teorie pravděpodobnosti a statistiky. Dále je zde nepřesnost vágnost, která je subjektem ovlivňována. Například pojem starý člověk chápe jinak dítě a jinak dospělý. V některých modelech a také při rozhodování se může takový vágní pojem vyskytnout. Vzniká požadavek pro jeho přesnější popis. Zkoušely se různé prostředky nejasné množiny, hrubé množiny, vícehodnotová logika atd. V poslední době se jako základní prostředek pro modelování vágních pojmů využívají fuzzy množiny. První práce o fuzzy množinách byla publikována v roce 1965.Zpočátku byla práce přijímána s nedůvěrou, ale později fuzzy množiny

84 Ekonomika, organizace, řízení Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Economy, Organization, Management ISSN s jejich stupni příslušnosti umožnily v mnohých oblastech získat výsledky, jež se shodovaly s realitou. Právě dobře fungující aplikace fuzzy množin Fuzzy Inference System (dříve nazýván fuzzy regulátor) přispěly k rozvoji využití fuzzy množin pro popis a používání vágních výrazů. Ačkoliv je fuzzy teorie využívána převážně ve fázi řízení a v aplikaci v automatizaci, snahou této části je aplikovat fuzzy regulaci a fuzzy modelování na vztah mezi dodavatelem a odběratelem. V obou případech, jak v automatizaci, tak i dodavatelsko-odběratelských vztazích se setkáváme s obecným jevem, který můžeme nazvat neurčitostí [7]. 2.1 Fuzzy modelování Pro vyhodnocení dodavatelsko-odběratelského vztahu a jeho vlivu na opakovatelnost dodávek byl použit fuzzy model, který v sobě zahrnuje i modul Fuzzytoolbox. Pomocí tohoto modulu byly testovány nákupní podmínky u nových a následně opakovaných dodávek, které umožňují následně definovat podmínky pro přijetí či nepřijetí zakázky a tedy i uzavření win-win vztahu Nákup nového produktu či služby Pro vyhodnocení základního vztahu mezi dodavatelem a odběratelem z pohledu nákupu, byla zvolena následující vstupní kritéria: 1. Cena pro většinu zákazníků a odběratelů je cena hlavním hodnotícím kritériem. 2. Splatnost faktur tento parametr má významný vliv na cash-flow podniku a v případě investic či sériové výroby je důležitým faktorem. 3. Záruky tento parametr je důležitý, zvláště u výrobců, kteří kompletují a dodávají sestavy či zařízení. Tito přenášejí požadavky svých zákazníků na své dodavatele. Pro cenu, splatnost faktur a záruku volíme příslušné atributy (hodnoty vstupní jazykové proměnné). Tyto atributy jsou popsány fuzzy množinou. Kvalita u nových dodávek není hodnocena záměrně, protože její vliv se projeví až u opakovaných dodávek či služeb. Výchozí obrazovka v programu MATLAB umožňuje definování základních podmínek a umožňuje také přidávání, odebírání a pojmenování vstupů a výstupů. V našem případě jsou tedy kritéria cena, splatnost a záruka definovány jako vstupní proměnné a ohodnocení jejich vazeb je výstupní proměnnou. Obr.2 Výchozí obrazovka programu MATLAB Fig. 2 Initial screen of the MATLAB program Na obr. 3 je znázorněn výstup jazykové proměnné, která popisuje ohodnocení výsledku, tedy kdy bude kombinace podmínek přijatelná či nepřijatelná, tedy kdy může dojít k uzavření kontraktu a kdy ne. Výstup ze systému MATLAB je uveden v rozmezí (0; 1). 82

85 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management Obr. 3 Ohodnocení výsledku Fig. 3 Evaluation of results Pro funkci FIS (Fuzzy Inference System) je potřeba definovat pravidla, která spojí vstupy s výstupy. V prostředí MATLAB Fuzzy Toolbox lze pravidla zadat pomocí obrazovky Rule Editor. Tato pravidla je nutné definovat a vybrat pomocí operátorů (IF, THAN). Každé pravidlo je následně ohodnoceno váhou, která popisuje, jaký vliv má každé pravidlo na výsledné hodnocení.v našem případě mají všechna pravidla váhu 1. Obr. 4 Rule Editor Fig. 4 Rule Editor Uvedená pravidla definují vztah mezi třemi vstupními atributy a určují, kdy bude výsledné hodnocení výsledku přijatelné tedy 1. Všechna ostatní pravidla mají za výsledek nepřijetí výsledku. Pro následnou analýzu výstupů můžeme použít v prostředí MATLAB tzv. Rule Viewer, kde je vidět všechna aplikovaná pravidla a jejich vstupní hodnoty s výsledkem hodnocení. Jednotlivé situace/varianty je možno zadávat buď přímo do okénka Input nebo porovnáním svislých přímek po jednotlivých pravidlech. V pravé části obr. 5 je vidět ohodnocení výsledku, tedy kombinace všech tří atributů. 83

86 Ekonomika, organizace, řízení Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Economy, Organization, Management ISSN Obr. 5 Rule Viewer Fig. 5 Rule Viewer Po přenesení těchto tří příkladů do tabulky, získáme výsledek v tab. 1. Tab. 1 Ohodnocení výsledku Tab. 1 Evaluation of results Atribut Cena Splatnost Záruka Ohodnocení 5.66 Vysoká dní a méně let 0,0383 Nepřijmout 1.81 Přijatelná dní a více let 0,961 Přijmout 6.27 Vysoká dní roky 0,528 ano/ne Z tab. 1 je zřejmé, že krajní varianty pro ohodnocení výsledku jsou zřejmé a jasně definují a podporují rozhodnutí, zda přijmout či nepřijmout kontrakt. U ohodnocení 0,528 je již na uživateli, zda rozhodnutí přijme či ne. Na obr. 6 je znázorněna závislost kritéria Ohodnocení na Ceně a Splatnosti. Tyto grafy tzv. Surface Viewer umožňují zobrazit hodnocení výstupu na dvou zvolených vstupních proměnných za pomoci tříosého prostorového grafu. Obr. 6 Prostorový graf (cena, splatnost) Fig. 6 3D Diagram (price, maturity) 84

87 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ISSN Pro konečné rozhodování nám plně postačí tento prostorový graf, kde podle nabídek dodavatelů (cena, splatnost a záruky) můžeme velmi jednoduše najít hodnotu výsledného ohodnocení, které nám slouží jako podpůrný nástroj pro konečné rozhodnutí. Závěr Využití fuzzy modelu v oblasti nákupu jak od nových dodavatelů, tak i v případě nových dodávek je pouze jednou z možností, jak fuzzy model aplikovat. Tento matematický model může být aplikován na další procesy v organizacích s cílem vytvořit znalostní bázi zkušeností a informací. Použití fuzzy logiky v dodavatelsko-odběratelském vztahu může poskytnout prostředky pro převedení kvantitativních hodnot na kvalitativní měření. Metody fuzzy logiky mohou být aplikovány na různé procesy v dodavatelském řetězci, mohou pomoci při řízení firemních procesů a pomohou dodavateli přizpůsobit se měnícím se podmínkám v celém dodavatelském řetězci. Z pohledu nových dodávek je výběr dodavatele považován za jeden z kritických faktorů pro fungování celého dodavatelského řetězce. Je jednoznačné, že faktory ceny, záruk a splatnosti faktur jsou jedním z určujících kritérií pro základní výběr dodavatelů. Následné hodnocení opakovaných dodávek již zohledňuje kvalitu, flexibilitu, množství a dodací termín. Jednou z hlavních výhod fuzzy modelu je podpořit a zlepšit rozhodovací proces zákazníka pro různé podmínky. Fuzzy model zvyšuje rozhodovací schopnost Ekonomika, organizace, řízení Economy, Organization, Management zákazníka. Cílem tohoto přístupu je upozornit na možnost vytvoření expertního systému, který by mohl plnit roli poradce pro řešený problém na základě složení báze znalostí a uplatňovat znalosti a zkušenosti odborníků z této oblasti. Vzhledem k tomu, že navrhované postupy umožňují také archivaci dat, mohou být použity k dlouhodobému sledování dodavatelsko-odběratelských vztahů. Literatura [1] MOSS, R. Průmyslový marketing a strategie kontrahování. Vydáno vlastním nákladem, [2] JANEČEK, Z. Jakost potřeba moderního člověka. Praha: Národní informační středisko pro podporu kvality s. ISBN [3] VEBER, J. a kol. Řízení kvality a ochrana spotřebitele. Praha: Grada Publishing, s. ISBN [4] FREHR, H. Total Quality Management. 1.vyd. Brno: UNIS Publishing, 1995, 258 s. ISBN [5] KUMAR, S. Modeling For Supplier Selection through Fuzzy Logic. International Journal of Scientific and Engineering Research, August 2011, issue 8, [online] [cit ] Dostupný z WWW: < Selection-through-Fuzzy-Logic.pdf> ISSN [6] AMER, Y.; Luong, L.; Lee, S.; Ashraf, M. Optimizing order fulfillmen using design for six sigma and fuzzy logic, International Journal of Management Science and Engineering Management. January 2008, vol.3, no 2, pp [online] [cit ] Dostupný z WWW: < [7] ZADEH, L. A. The Concept of a Linguistic Variable and its Application to Approximate Reasoning, New York:American Elsevier Publishing Company, Recenze: doc. Ing. Lenort, Ph.D. doc. Ing. Martin Straka, Ph.D., Ing.- Paed. IGIP České firmy z pětiny ovládají cizinci, převládají Rusové a Ukrajinci e15.cz, čap Statutární orgány českých firem z pětiny ovládají cizinci, nejčastěji jde o Rusy či Ukrajince. Vyplývá to z analýzy poradenské společnosti D&B. Ke konci června letošního roku bylo v ČR registrováno celkem firem, z toho 6,8 % akciových společností a 93,2 % společností s ručením omezeným. Ve statutárních orgánech společností, v představenstvu, dozorčí radě nebo na pozici jednatele, D&B eviduje celkem 460 tisíc fyzických osob, 371 tisíc (81 %) tvoří obyvatelé ČR a téměř 87 tisíc (19 %) představují cizí státní příslušníci s trvalým bydlištěm registrovaným mimo ČR. Mezi cizinci jednoznačně dominují Ukrajinci (30 %) a Rusové (23 %), s velkým odstupem následují Slováci (9 %) a Němci (7 %). Souvisí to hlavně s rozmachem malého a středního podnikání těchto národností v ČR, zejména v oblasti obchodu, služeb a stavebnictví, uvedla ředitelka D&B pro Čechy a Slovensko Alena Seoud. V první pětadvacítce se mezi národnostmi z bývalého sovětského bloku mezi statutáry tuzemských společností ještě dále objevují Uzbekistánci, Arméni a Ázerbájdžánci. SB 85

88 Zprávy HŽ, a.s. Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV hutní výroba v ČR a SR Meziroční porovnání měsíčních a postupných hutních výrob roku 2011 a 2012 KOKS Výroba *) Výroba Index Výroba Index Výroba Index červen červenecleden-červenec červen červenec leden-červenec / / /11 tis.t tis.t % tis.t % tis.t % CELKEM 284,41 286, ,37 282,77 100,58 303,53 94, ,21 99,36 z toho (HŽ) ČR 153,39 150, ,68 150,29 102,06 168,65 89, ,58 100,20 (HŽ) SR 131,02 135,40 926,69 132,48 98,90 134,88 100,38 941,63 98,41 AGLOMERÁT CELKEM 666,49 711, ,57 705,43 94,48 692,40 102, ,30 104,79 z toho ČR 434,59 431, ,67 452,43 96,06 475,50 90, ,90 101,72 SR 231,90 280, ,90 253,00 91,66 216,90 129, ,40 110,49 SUROVÉ ŽELEZO CELKEM 651,02 658, ,62 647,22 100,59 636,22 103, ,58 101,39 z toho ČR 348,06 334, ,17 356,88 97,53 357,46 93, ,26 96,65 SR 302,97 324, ,45 290,34 104,35 278,76 116, ,32 107,17 SUROVÁ OCEL CELKEM 800,84 821, ,47 846,25 94,63 831,11 98, ,53 99,05 z toho ČR 430,18 415, ,56 480,36 89,55 483,76 85, ,32 94,14 SR 370,66 406, ,91 365,89 101,30 347,35 116, ,21 105,47 KONTISLITKY CELKEM 763,54 786, ,56 793,72 96,20 784,52 100, ,36 100,18 z toho ČR 393,88 381, ,65 428,88 91,84 438,22 87, ,50 95,65 SR 369,66 405, ,91 364,84 101,32 346,30 117, ,86 105,50 BLOKOVNY CELKEM 49,73 51,95 332,61 50,38 98,71 52,37 99,21 351,91 94,52 z toho ČR 49,73 51,95 332,61 50,38 98,71 52,37 99,21 351,91 94,52 SR 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 VÁLCOVANÝ MATERIÁL CELKEM 752,86 731, ,66 727,26 103,52 718,66 101, ,81 100,38 z toho ČR 398,41 388, ,08 425,16 93,71 408,58 95, ,39 95,08 SR 354,46 342, ,58 302,10 117,33 310,09 110, ,43 107,69 TRUBKY CELKEM 66,26 68,08 472,95 69,16 95,82 64,77 105,12 466,88 101,30 z toho ČR 45,54 45,49 320,27 46,53 97,88 43,63 104,27 323,63 98,96 SR 20,72 22,60 152,68 22,63 91,57 21,14 106,87 143,25 106,58 TAŽENÁ, LOUPANÁ, BROUŠENÁ OCEL CELKEM= (HŽ)ČR 14,55 12,79 102,89 15,05 96,68 10,09 126,80 91,61 112,32 STUDENÁ PÁSKA KLASICKÁ CELKEM= (HŽ)ČR 2,49 2,34 18,23 3,18 78,21 2,73 85,81 21,88 83,30 POZNÁMKA: *) Za poslední měsíc jsou údaje předběžné Zpracoval: Hutnictví železa, a.s. - ing. Vala 86

89 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Zprávy HŽ, a.s. Meziroční porovnání měsíčních a postupných hutních výrob roku 2011 a 2012 KOKS Výroba *) Výroba Index Výroba Index Výroba Index červenec srpen leden-srpen červenec srpen leden-srpen / / /11 tis.t tis.t % tis.t % tis.t % CELKEM 286,09 280, ,82 303,53 94,26 298,00 94, ,21 98,68 z toho (HŽ) ČR 150,70 145, ,29 168,65 89,36 160,86 90, ,44 98,93 (HŽ) SR 135,40 134, ,53 134,88 100,38 137,14 98, ,77 98,40 AGLOMERÁT CELKEM 711,87 681, ,51 692,40 102,81 704,59 96, ,89 103,71 z toho ČR 431,07 401, ,46 475,50 90,66 461,49 87, ,39 99,74 SR 280,80 280, ,05 216,90 129,46 243,10 115, ,50 111,12 SUROVÉ ŽELEZO CELKEM 658,98 580, ,47 636,22 103,58 629,06 92, ,64 100,29 z toho ČR 334,40 286, ,74 357,46 93,55 357,59 80, ,84 94,57 SR 324,58 294, ,73 278,76 116,44 271,47 108, ,80 107,31 SUROVÁ OCEL CELKEM 821,60 718, ,57 831,11 98,86 815,03 88, ,56 97,73 z toho ČR 415,44 353, ,06 483,76 85,88 474,80 74, ,12 91,70 SR 406,17 364, ,52 347,35 116,93 340,23 107, ,43 105,67 KONTISLITKY CELKEM 786,70 683, ,51 784,52 100,28 772,78 88, ,14 98,76 z toho ČR 381,54 320, ,99 438,22 87,07 433,60 73, ,11 92,90 SR 405,17 363, ,52 346,30 117,00 339,18 107, ,03 105,70 BLOKOVNY CELKEM 51,95 49,92 382,53 52,37 99,21 51,50 96,93 403,41 94,82 z toho ČR 51,95 49,92 382,53 52,37 99,21 51,50 96,93 403,41 94,82 SR 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 VÁLCOVANÝ MATERIÁL CELKEM 731,54 569, ,94 718,66 101,79 708,03 80, ,84 98,00 z toho ČR 388,73 314, ,93 408,58 95,14 402,58 78, ,96 93,10 SR 342,82 254, ,01 310,09 110,56 305,45 83, ,88 104,72 TRUBKY CELKEM 68,08 64,82 537,77 64,77 105,12 61,36 105,65 528,24 101,80 z toho ČR 45,49 42,25 362,52 43,63 104,27 41,44 101,95 365,07 99,30 SR 22,60 22,58 175,26 21,14 106,87 19,92 113,34 163,17 107,41 TAŽENÁ, LOUPANÁ, BROUŠENÁ OCEL CELKEM= (HŽ)ČR 12,79 11,56 114,45 10,09 126,80 10,63 108,77 102,23 111,95 STUDENÁ PÁSKA KLASICKÁ CELKEM= (HŽ)ČR 2,34 1,69 19,92 2,73 85,81 2,13 79,37 24,01 82,95 POZNÁMKA: *) Za poslední měsíc jsou údaje předběžné Zpracoval: Hutnictví železa, a.s. - ing. Vala 87

90 Z hospodářské činnosti podniků Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV z hospodářské činnosti podniků REBOX HLL nové řešení pro snížení spotřeby paliva v ohřívacích a žíhacích pecích Ing. Vladimír Žilka, Linde Gas a.s., Praha Využití technického kyslíku ve spalovacích procesech V sedmdesátých letech, kdy došlo k prudkému nárůstu cen paliv, se začal ocelářský průmysl poprvé zabývat možnostmi úspory paliv v ohřívacích a žíhacích pecích. Tím byl posléze položen základ k používání směsi paliva s kyslíkem ve válcovnách a kovárnách. V polovině osmdesátých let začala firma Linde vybavovat první pece systémem obohacování kyslíkem. Tyto systémy zvyšovaly obsah kyslíku ve spalovacím vzduchu na 23 až 24 %. Výsledky byly povzbudivé: spotřeba paliva klesla a výkon pece, vyjádřený v tunách za hodinu, vzrostl. V roce 1990 převedla firma Linde do provozu první pec se 100% použitím kyslíku, tedy plně na kyslíkopalivové spalování. Bylo to v Timkenu v USA a Linde se tak stala průkopníkem v používání směsi paliva s kyslíkem. Dnes je v provozu více než 125 pecí pro ohřev a žíhání, které využívají Linde technologii kyslíkopalivového spalování REBOX. Zvýšená produktivita a přizpůsobivost, snížená spotřeba paliva a nižší emise CO 2 a NO x, které patří mezi skleníkové plyny, jsou hlavními důvody, proč jsou tato řešení stále častěji využívána. Výsledky je možno shrnout takto: kontinuálně provozované ohřívací a žíhací pece, ale je rovněž vhodné pro další tepelné postupy, jako je například sušení a předehřev pánví a dalších nádob. Obr. 1 Kyslíkopalivové spalování Úspora paliva až o 50 % Snížení emisí CO 2 až o 50 % Zvýšení kapacity až o 50 % Snížení emisí NO x (zaručená hodnota pod 70 mg/mj) Snížení ztrát okujením Zavádění bezplamenného kyslíkopalivového spalování V minulých letech bylo úspěšně zaváděno bezplamenné kyslíkopalivové spalování, jehož technologie přinesla prokazatelně výborné výsledky. Výhody byly tak velké, že firma Linde považovala za výhodné ověřit možnosti použití této technologie i pro další aplikace. Výhody konvenčního kyslíkopalivového spalování jsou kombinovány s výhodami bezplamenného spalování, což má za následek zlepšený a rovnoměrnější ohřev při současném snížení emisí NO x. Spalování s nízkými emisemi NO x je důležité především pro velké, Obr. 2 Bezplamenné kyslíkopalivové spalování 88

91 Nm3/kg oil Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Z hospodářské činnosti podniků REBOX HLL - High Level Lancing V režimu 100% kyslíkopalivového spalování REBOX není přítomen balastní dusík. V režimu REBOX HLL není dusík odstraněn úplně, nýbrž je jeho obsah snížen na nízkou úroveň. Množství spalovacího vzduchu je sníženo na podstechiometrickou úroveň a chybějící kyslík je pak přidáván do stávajícího spalovacího systému pomocí vysokorychlostní trysky, která je umístěna vedle stávajícího hořáku. Tím je zvýšena účinnost spalování i přenos tepla. Méně tepla se ztrácí na ohřev dusíku a je nutno méně tepla získávat zpět v objemných rekuperačních i regeneračních systémech nebo dlouhých pecních rekuperačních zónách. Tato jednoduchá změna přináší sníženou spotřebu paliva a snížený objem emisí CO 2, zvýšenou kapacitu ohřevu (tuny ohřáté oceli za hodinu) a snížení objemu spalin, neboť spalování se účastní menší množství dusíku. Obr. 3 Přibližně 75 % potřebného kyslíku pro spalování paliva je dávkováno O 2 lancetou Obr. 4 Příklad instalace REBOX HLL O 2 lancety na krokové peci s produkcí 300 t/h High Level Lancing, Lambda =1 EO ADDED OXYGEN m3n/kg COMBUST AIR m3n/kg FLUE GAS VOL m3n/kg Oxygen in Combustion oxidant Obr. 5 Vzájemný vztah mezi přidávaným kyslíkem, spalovacím vzduchem a objemem spalin 89

92 % fuel saving Z hospodářské činnosti podniků Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV HLL Fuel saving compared to AF, pre-heat 400 o C Dependence of flue gas temperature 30% 25% 20% 15% 10% 5% % 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% %O2 in oxidant Obr. 6 Úspora paliva v % s REBOX HLL ve srovnání s hořáky vzduch (400 C) palivo pro různé teploty odpadních plynů Závěr Při realizaci systému REBOX HLL jsou vysokorychlostní kyslíkové trysky instalovány do stávajícího hořákového systému bez požadavku na jeho výměnu a vytváří se tak vlastnosti bezplamenného spalování. Dávkování technického kyslíku přes vysokorychlostní trysky může být jednoduše zapnuto nebo vypnuto během normálního provozu, pokud je to provozně výhodné. Výhody REBOX HLL: - úspora paliva a energie - flexibilita ohřevu - lepší teplotní homogenita - zvýšení ohřívací kapacity - snížení množství spalovacího vzduchu - snížení NO x o % Typická procesní data: - úspora energie: 1,6 2,5 kwh/nm 3 O 2 - zvýšení ohřívací kapacity: +15 % - až 75 % spalovacího vzduchu je nahrazeno technickým kyslíkem Modernizace studené válcovny Voestalpine Stahl to modernize coupled tandem pickling line. Metal Plant Technology International 2012, č. 8, s. 21 Rakouská firma Voestalpine Stahl objednala u firmy Siemens VAI modernizaci mořicí linky č. 1 v závodě v Linci. Cílem je vylepšení procesu moření a zvýšení spolehlivosti. Na lince se zpracovávají pásy o tloušťce 0,3 až 3,0 mm při šířce až 1640 mm. Roční výroba pásu válcovaného za studena činí 2,3 mil. t. Při modernizaci budou některé stávající stejnosměrné pohony vyměněny za třífázové motory Siemens S120. Akce má být dokončena v září LJ 90

93 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Z hospodářské činnosti podniků Procesní simulace od společnosti ASK Chemicals optimalizuje odlévání Společnost ASK Chemicals je známá jako dodavatel slévárenských chemikálií. Nabízí nejen rozmanité portfolio produktů, ale také rozsáhlou expertizu v simulaci odlévacích postupů. Tento globální hráč na trhu svou expertizu nyní poskytuje jako komplexní balíček služeb pro slévárenství, a vytváří tak potenciál pro ekologickou i ekonomickou optimalizaci různých fází odlévacího postupu. Využití simulace odlévacího postupu hraje klíčovou úlohu v udržitelnosti slévárenských podniků. Simulace odlévání umožňuje ve fázi plánování i v průběhu reálného odlévání zobrazit a upravit dynamické procesy a provádět v nich efektivní změny. Simulace společnosti ASK Chemicals je zvláštní služba určená pro všechny procesně orientované slévárny. Zajišťuje koncepty na míru, které přinášejí slévárnám ekologická a ekonomická řešení - přesně podle jejich procesních parametrů. Aplikace sestavená pro zákazníka používá moderní počítačovou technologii, analyzuje a simuluje postupy, jako je např. vstřelování a plynování jader a dehydratace, nebo plnění forem či solidifikace. To nám umožňuje vytvořit bezpečný podklad pro rozhodnutí o bezrizikové výrobě při odlévání, vysvětluje projektový manažer Andrè Gerhards, oddělení Technické asistence a simulace. Rozsáhlé znalosti o odlévacích postupech, kterými společnost ASK Chemicals disponuje, nabízejí celou řadu výhod. Simulace umožňuje přesný popis kvality odlitého dílu ještě před tím, než začne výroba. Virtuální prototypy vytvořené tímto způsobem umožní slévárnám snížit náklady na produktový vývoj, zkrátit dobu přípravy a zlepšit kvalitu výrobků. Obr. 1 Simulace vstřelování jader se vstřelovací hlavou metodou ASK Chemicals ASK Chemicals GmbH Reisholzstrasse Hilden, Germany 91

94 Z hospodářské činnosti podniků Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Diskusní příspěvek k článku Údržba jako potenciální zdroj snižování nákladů výrobních organizací Discussion contribution to the article Maintenance as a Potential Source of the Cost Cutting in Production Enterprises autorů Besta, P., Lampa, M., Janovská, K. uveřejněného v tomto vydání časopisu: Hutnické listy, 2012, roč. LXV, č. 5, s Ing. Jan Počta, CSc., CSM Ostrava Diskusní příspěvek vysvětluje členění údržby v průmyslovém podniku a uvádí konkrétní příklady technickoekonomických dopadů údržby na provoz v hutní praxi. The discussion contribution explains classification of maintenance in the industrial enterprise and states concrete examples of technical-economical effects of maintenance at the operation in the metallurgical practice. Údržbu v průmyslovém podniku můžeme členit podle různých hledisek. Při využití následujících pěti hledisek tak vzniká pětirozměrový systém kvalifikace údržby: a) Jedno z nich je profesní zaměření údržby. Údržba tak zahrnuje profesi strojní a zámečnickou, montážní, elektro silnoproud, elektro slaboproud, elektroniku a diagnostiku, hydrauliku a pneumatiku, stavební profesi, žárovzdorné zdivo a další. Toto členění je typické pro takové komplexní závody s horkými provozy, jako jsou hutě. b) Jiné hledisko je funkce. Zde rozlišujeme: - běžné udržování, na němž v řadě případů participuje obsluha provozních zařízení, - oblast inspekce, revize a diagnostiky, kterou zajišťují specializované útvary většinou v pravidelných etapách, - opravy, s rozlišením rozsahu: běžné, střední a generální opravy, - zajišťování náhradních dílů, součástek, celých strojních komponent, což je spojeno s plánováním, zásobováním, nákupem i vlastní výrobou. c) Podle organizace a způsobu řízení rozlišujeme údržbu: - centralizovanou, - decentralizovanou, a vedle toho údržbu: - začleněnou do provozu (nákladových středisek), - organizovanou v podniku jako samostatný útvar, - organizovanou v kombinaci obou ředešlých způsobů. Zde se již od 90. let uplatňovaly zásady outsourcingu, tj. využívání některých údržbářských profesí jako službu zvenčí. Cílem je snížení fixních nákladů podniku. Rozumný podnik se však nezbavuje všech údržbářských profesí a nespoléhá se plně na externí služby. Platí to o takových profesích, které přímo souvisí s hlavními technologiemi a jejich činnost je nedílnou součástí technologických úkonů (např. opravy žárovzdorné vyzdívky a těsnění dveří na koksárenských bateriích). 92 Již na samém počátku 90. let minulého století byl v podniku Ostravsko-karvinské koksovny zaveden systém soustředění údržby, do té doby decentralizované ve všech profesích, kromě onoho bílého zdiva. Bylo to v době, kdy do české terminologie i praxe ještě outsourcing běžně ani nepronikl. Praxe soustředění údržby do interního závodu služeb, využití některých údržbářských profesí zvenčí i ponechání profese bílého zdiva přímo v provozech koksárenských baterií se ukázaly jako ekonomicky jednoznačně přínosné d) Podle způsobu provádění oprav údržba pracuje tak, že: - vyměňuje poškozené části a mimo vlastní provoz je opravuje; je to vesměs levný, ale zdlouhavý způsob, - vyměňuje celé komponenty a uzly, což na jedné straně prodražuje provoz, ale na druhé straně zkracuje dobu odstávky technologie; při současném hromadném způsobu výroby však výměna celých komponentů údržbu v zásadě neprodražuje, jak o tom dnes svědčí provozování elektronických systémů, - vyměňuje podstatné části technologického zařízení a v takovém případě musí mít paralelně připravenou náhradní soupravu k okamžité instalaci a spuštění; tato metoda je vhodná nejen pro případ oprav, ale i pro běžnou změnu výrobního sortimentu. Tímto způsobem okamžité výměny válcovacích stolic ve světě pracují některé profilové tratě, kdy provoz je sice náročný na strojní vybavení (zdvojení válcovacích stolic), ale přestavba válcovací tratě na jiný profilový sortiment je prakticky okamžitá a zaujímá jen dobu nutnou na připojení předem připravených stolic na energie sdruženými konektory, - generální opravy spojené většinou s modernizací technologie, což představuje zcela novou výstavbu hlavního agregátu, často s vyššími parametry, na původních základech; uplatňuje se to u vysokých pecí nebo koksárenských baterií. Délka inovačního cyklu v takové technologii se řídí dobou životnosti oněch agregátů, tedy u vysokých pecí řádově let, na koksovnách řádově 20 let.

95 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Z hospodářské činnosti podniků e) Podle systému činnosti se údržba dělí na: - poruchovou, která se aktivuje v případě vzniku poruchy agregátů, náhlému výskytu zmetků nebo zvýšené úrazovosti, - preventivní, která souvisí s plánováním výměn a oprav. Její aktivace počíná v okamžiku odchylky četnosti provozních prostojů od předem stanoveného minima. Preventivní údržba se tedy aktivuje v tom bodě tzv. vanové křivky prostojů, kdy na křivce začíná stoupající větev tj. kdy se přestávají vyskytovat jen lokální fluktuace a kdy zvyšování prostojů nabývá trvalý trend. Zde se uplatňuje statistické hledisko, tedy zkušenost z odpozorovaných provozních stavů, kterou tato preventivní údržba získává od následující prediktivní údržby, - prediktivní, která určuje vývoj ve stavu zařízení, čili předikuje životnost tohoto zařízení; určuje tedy onen okamžik, kdy se má aktivovat do činnosti preventivní údržba, aby se provozování zařízení nedostalo do fáze stoupající větvě na vanové křivce, - proaktivní, která ve srovnání s prediktivní údržbou hledící dopředu, vychází ze zpětného pohledu. Zaměřuje se na určení příčin poruch. Zde jsou ve výhodě takové podniky, které nejen konstruují a vyrábějí zařízení, ale také je provozují. Praxe totiž potvrzuje, že např. výrobce válcovacího zařízení, který zároveň provozuje válcovny stejného typu, má oproti prostému dodavateli válcoven tu výhodu, že si sám u sebe v provozu ověří řadu koncepčních zásad i detailů v projektování zařízení. V povrchním pohledu se zdá, že údržba je výlučně operativní činnost. Avšak proaktivní složka je ta činnost údržby, která se podílí na vytváření podkladů pro inovaci v předvýrobních etapách (výzkumu, projekci, konstrukci). Význam posledně jmenovaných složek údržby, zejména pak preventivní údržby, ukázal praktický režim válcovny tlustých plechů kvarto 3,5 ve VÍTKOVICÍCH (nyní Evraz Vítkovice Steel) v období let V této časové etapě došlo vlivem nových společenskoekonomických změn ve státě k souběhu negativních efektů vyplynuvších z rozbití tradičních odbytišť pro tlusté plechy a z restrukturalizace výrobní společnosti. V důsledku toho v r a 1992 nastalo značné omezování chodu válcovny a pokles výkonu, jak ukazuje průběh hrubého provozního času HPČ a čistého provozního času ČPČ měřeného na válcovně (obr. 1). Obr. 1 Stupeň využití, prostoje a výkon válcovny tlustých plechů kvarto 3,5 Fig. 1 Degree of utilisation, downtimes and output of heavy plate four-high mill 3.5 Minimu HPČ a ČPČ, které jsou spolu s kalendářním časem KČ v diagramu na obr. 1 znázorněny v %, zcela přirozeně odpovídá maximum v prostojích. Vedení závodu využilo časté přestávky ve výrobě k preventivní údržbě, udržování, inspekci a kontrole a zařadila do programu válcovny častější běžné a střední opravy (BO, SO). Taková péče o válcovací zařízení se vyplatila ve znatelném snížení prostojů v inkriminovaném období let 1991 a Toto je praktický, exaktní argument pro hodnocení úlohy údržby. 93 Autor tohoto diskusního příspěvku přeje autorům citovaného článku a dalším případným autorům, aby měli možnost se podobné tématice i nadále věnovat, avšak aby nespěchali s publikováním, postupně střádali praktické poznatky, nabyli mnoho provozních zkušeností, které pak zúročí v plodné řadě sofistikovaných publikací. Literatura POČTA, J. Řízení výrobních procesů. Učební text pro VŠB-TU Ostrava. [on-line] c2012 [cit ], dostupný na URL ISBN

96 Ze spolkové činnosti a odborných akcí Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV ze spolkové činnosti a odborných akcí Česká slévárenská společnost v spolupráci so zlievarňou Nemak Slovakia s.r.o. uskutočnila v dňoch a v prekrásnom prírodnom prostredí vo Vyhniach v náruči Štiavnických vrchov medzinárodnú konferenciu Produktivní řízení slévárny. Konferencia sa uskutočnila pri príležitosti 45. výročia zahájenia výroby hliníkových odliatkov gravitačným liatím v Žiari nad Hronom, 250. výročia založenia Banskej akadémie v Banskej Štiavnici a uplynutia 226 rokov od konania medzinárodného kongresu prírodovedcov v Sklených Tepliciach. Organizátori podujatím chceli upozorniť na bohatú hutnícku i strojárenskú tradíciu tejto oblasti (sklárska huta v Sklených Tepliciach 1350, hute 15. storočie a zlievarni liatin 1839 vo Vyhniach, prvá parná lokomotíva vyrobená v r vo Vyhniach). Súčasne sa snažili nadviazať na tradíciu konferencii ktoré organizovali ZNSP v Žiari nad Hronom do roku Odborným garantom konferencie bol Dr. Ing. Marko Grzinčič, pracovník Nemak Slovakia s.r.o., vďaka ktorému bola táto konferencia tak po odbornej ako i spoločenskej stránke na vysokej úrovni. Záštitu nad konferenciou prevzala aj Slovenská spoločnosť pre kvalitu. Pre účastníkov konferencie bola zorganizovaná exkurzia v Nemak Slovakia s.r.o. ako i do Henkel impregnačného centra. Cieľom konferencie bolo umožniť odbornej verejnosti nahliadnuť pod vrchnáčik slovenského závodu Nemak, ktorý je výrobcom odliatkov pre motory osobných automobilov gravitačným liatím Al zliatin pre štyri svetové automobilové koncerny. Organizátori akciu realizovali s presvedčením, že silní hráči na trhu majú určitú spoločenskú zodpovednosť za odborovú osvetu a podporu know-how v zlievárňach bývalého Československa. Prednášky nasledujúcich autorov s uvedeným zameraním boli odprednášané buď v jazyku českom, slovenskom alebo anglickom, pričom bol realizovaný pri prednáškach v jazyku anglickom aj simultánny preklad. 1. Kafka R., Katona A. Hronom. Začiatky odlievania hliníkových a silumínových odliatkov v ZSNP n.p. Žiar nad. Prednáška bola zameraná na dôvody vzniku výroby primárneho hliníka a odliatkov v Československu s výberom lokality Žiar nad Hronom. 2. Grzinčič M. Nemak Slovakia, spol. s r.o. historie, součastnost a budoucnost. V prednáške bola predstavená Mexická spoločnosť Nemak ako i Nemak Medzinárodná konferencia Vyhne 12 Produktivní řízení slévárny 94 Slovakia s.r.o. so strategickými plánmi pre budúce roky a vysvetlením vplyvu celosvetovej hospodárskej krízy na chod zlievarne. 3. Koucky J. Obecné zákonitosti technologických problemů. Príspevok zameraný základnou obecnou klasifikáciou technologických problémov ich charakteristických rysov, vývojom problémov a obecnými spôsobmi ich riešenia, včítane špecifickej úlohy managementu a špecialistov. Príspevok je časťou pripravovanej knižnej publikácie. 4. Krišťak J. Implementácia Six Sigma. Six Sigma je ucelený systém na dosahovanie, udržiavanie a maximalizáciu podnikateľského úspechu spoločnosti, ktorý implementuje aj Nemak Slovakia s.r.o. 5. Kočiš I., Lacko N. Unikatni řešení na 100% garanci výrobkové kvality. V prednáške bol prezentovaný tento projekt s uvedením skúseností s jeho implementáciou patentovanej technológie Light Thru. 6. Grzinčič M., a kol. Vzdělávání technickych pracovniků v oblasti slévárenských procesů přímo v slévárně. Prezentovaná spolupráca Nemak Slovakia s.r.o. s univerzitami s cieľom zvýšenia odbornosti jeho pracovníkov a splnenia požiadavky ISO/TS na kontinuálne zlepšovanie. 7. Gamisch M., Wiesinger A. Plánovanie nákladovo priaznivých odlievacích liniek nasadením simulácií a výpočtom životného cyklu. Cieľom prednášky bolo ukázať, ako integrovať najvhodnejšie stroje do vysoko produktívneho výrobného procesu a význam sledovania celkových nákladov súvisiacich s ich realizáciou, nie len investičných. 8. Bureš K., a kol. Využití slévárenských ostřiv z ložiska Šajdíkove Humence při výrobě náročných jader metodami CB/HB. Prezentovaná výborná spolupráca s Nemak Slovakia s.r.o., ktorá vedie k vývoji nových, resp. k zlepšovaniu stávajúcich produktov a tým uspokojenie rastúcich požiadaviek výrobcov automobilov. 9. Farkaš R. Dôvody investícii do robotizovaných pracovísk a využitie priemyselných robotov ABB pri gravitačnom a vysokotlakom liatí. Prezentácia spoločnosti ABB Robotics v oblasti zlievarenského priemyslu. Roboty ABB sa stávajú neoddeliteľnou súčasťou každej modernej zlievarne nakoľko

97 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Ze spolkové činnosti a odborných akcí automatizácia procesov je predpokladom zvyšovania produktivity a tým znižovania ceny odliatkov. 10. Sarmiento E., Goitia J. Loramendi kto sme a inovatívne riešenie. Prezentácia španielskej firmy Loramendi zameranej na vývoj a výrobu zariadení pre zlievarne globálneho trhu. 11. Oswald E., a kol. Impregnácia odliatkov z železných a neželezných zliatin technológiou Henkel. V prednáške poukázané na možnosť riešenia vnútorných a povrchových porúch impregnáciou. Spolupráca medzi firmou Henkel a Nemak Slovakia s.r.o. sa začala v tejto oblasti roku Trippelsdorf F. a kol. Hospodárnosť vyzdívkových materiálů pro tavící agregáty od firmy Calderys, žárupevné vyzdívky pro hliník, vzájemné působení mezi vyzdívkou a teveninou. V prednáške bola prezentovaná analýza optimalizácie žiarupevných výmuroviek pre taviace pece pre hliníkové zliatiny. 13. Křešťák P. Redukování nákladů aplikacemi moderních materiálů v slévárně slitin Al. Prezentácia firmy Pyrotek globálneho dodávateľa tvarových žiaruvzdorných materiálov pre hlinikárenský priemysel. 14. Dirnberger F., a kol. Použitie analýzy krivky chladnutia v závodoch na odlievanie hliníka. Chladiaca krivka testovanej vzorky sa môže aplikovať na predikciu štruktúry reálneho odliatku. 15. Kendrick R., Freyn M. Hodnotenie kvality taveniny hliníkových zliatin používaných v rámci skupiny Nemak. Príspevok popisuje použitie spôsoby a zariadenia vyvinuté firmou Foseco na hodnotenie kvality hliníkových zliatin aplikovaných vo viacerých zlievarniach firmy Nemak. 16. Procházka P. a kol. Praktické poznatky z využití lisovaných filtrů při filtraci hliníkových odlitků. Prednáška analyzuje možnosti použitia lisovaných filtrov Pyral 15 od firmy Keramtech pri filtrácii hliníkových odliatkov a ich prínosu na zlepšenie kvality odliatkov. 17. Löchte K., Pacal L. Aplikace HA pro výrobu jader hlav válců pojivové systémy a separátory pro metody hotbox/warmbox/coldbox. Prednáška pojednávala o spolupráci medzi skupinou zlievarní Nemak a dodávateľom pojiv Hüttene Albertus, pričom ťažisko spočívalo na riešení tvorby kondenzátov z plynov jadier. 18. Salay J. Meranie spotrieb energií v hutníckom priemysle. Prezentácia projektu zameraného na spôsoby merania spotreby energie s cieľom jej zníženia vo výrobnom procese. 19. Palacka R. Aplikácie moderných metód kontinuálneho zlepšovania v závode Nemak Slovakia s.r.o. Podstatou tohto príspevku bolo poukázanie na to, že systém kontinuálneho zlepšovania nespočíva len vo využívaní metodik optimalizácie, ale i budovania znalostnej organizácie s rozvojom vedomostí všetkých pracovníkov. 20. Novodemec R., Šeďo J. Spracovanie Al odpadov a výroba kvalitných sekundárnych zliatin hliníka. Prezentácia princípov technológie výroby firmy Confal a.s. pre výrobu kvalitných sekundárnych zliatin hliníka a príklad spracovania Al odpadu zo zlievarne Nemak. 21. Bolibruchová D., Grzinčič M. Chyby hliníkových odliatkov odlievaných do kovových foriem. V prednáške bola analyzovaná problematika hodnotenia chýb hliníkových odliatkov 22. Vrtílek J. Využívejte své zdroje rozumně. S nízkými energetickými náklady. Prezentácia novej konštrukcie taviacej pece využívajúcej vnútornú tepelnú cirkuláciu, ktorej výsledkom je zníženie potrebnej energie v technologickom procese výroby. 23. Marko M. Controlling v výrobnom závode nadnárodného koncernu. Cieľ prednášky bola informácia o význame oddelenia controlling z hľadiska výrobného závodu patriaceho do medzinárodného koncernu. 24. Grzinčič M. Základní kompetence oddělení technického vývoje v společnosti dodavajícího odlitky na trh automobilového průmyslu. Prednáška oboznámila s oblasťou systematického vzdelávania pracovníkov Nemak Slovakia s.r.o. s cieľom kontinuálneho zlepšovania a plného uspokojenia požiadaviek zákazníkov. Konferencia mala 94 účastníkov zo Slovenskej republiky, Českej republiky, Rakúska, Spolkovej republiky Nemecko, Španielska a Veľkej Británie. Zastúpených bolo 44 firiem a 5 organizácii. Zlievarenskú výrobu reprezentovalo 15 zlievarni, z toho 9 z Českej republiky a 5 zo Slovenskej republiky. Konferenciu sponzorovalo 15 firiem, hlavnými boli Nemak Slovakia s.r.o. a Loramendi S. Copp. Vydaný zborník prednášok pod ISBN je možné objednať na sekretariáte ČSS, alebo v spoločnosti Nemak Slovakia s.r.o. Konferencia umožnila počas jej priebehu aj neformálne jednanie medzi jednotlivými účastníkmi s cieľom výmeny svojich skúsenosti. Príjemným zážitkom bol i spoločenský večer, ktorý zvýraznil domácu atmosféru tejto akcie. prof. Ing. Ivan Lukáč, PhD., Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta Dr. Ing. Marko Grzinčič, Nemak Slovakia s.r.o., odborní garanti konferencie 95

98 Historie hutnictví Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV historie hutnictví Ing. Ladislav Jílek, CSc., Ostrava Ekologický pohled na výrobu kovů v historii V poslední době bylo publikováno několik textů věnovaných historii kovářského řemesla či historii zpracování kovů vůbec [1,2] Jeden z nich [3] ukazuje, že již od počátku mělo zpracování kovů velký význam hospodářský vojenský a tím i politický. Lidé se nejdříve na kovy dívali s velikou úctou a považovali je za jakýsi božský dar. U mnoha národů se vyskytoval nějaký bůh-kovář, od něhož pochází znalost zpracování kovů. Tak například v Řecku to byl Hefaistos, u Římanů Vulkán či Svarog u Slovanů. Podobně je tomu i u Japonců. V šintoistické mythologii existuje nejvyšší bohyně Amaterasu a ta naučila prvého japonského kováře kovat samurajské meče zvané katana. Je celkem pochopitelné, že po takovémto přehnaném zbožšťování přichází období zatracování kovů. Z antiky máme o tom zachovánu řadu dokladů. Kovy jsou často označovány za příčinu největšího zla války. Ovidius [4] ve svém díle Proměny (Metamorfózy) píše o zlatém věku lidstva, kdy nebylo žádné zlo a lidé ani nemuseli pracovat. Po něm nastal stříbrný věk, kdy už lidé se museli starat o obživu a bydlení, byli však prosti zločinu. Pak přišel bronzový věk, o němž píše: bronzové plémě, krutější povahou svou a k strašným náchylné zbraním, přece však zločinu prosté. A o době železné píše: věk, jenž z nejhorší rudy byl stvořen, veškeren hřích a stud a pravda i poctivost prchla, na jejich místo pak nastoupil klam a podvod i šalba, násilí, úklady lest a zločinná láska k majetku. A vše dovršil vynález oceli: Ocel již zločinná vzešla a zločinnější než ocel zlato, vzešla i válka, jež bojuje obojím kovem: Žije se z loupeže teď Ve stejné duchu se vyjadřovala většina tehdejších autorů. Uveďme alespoň některé. Lucretius [5] podobně zastává názor, že náhrada bronzu železem přinesla zlo: Potom železný meč se znenáhla v popředí dostal přišel v potupu srp, jenž ukut byl z poddajné mědi. Podobně se vyjadřuje i Vergilius [6] Ocel pak původce ran. 96 Někteří antičtí autoři se obraceli i dosti rozsáhlými spisy přímo na římského císaře s žádostmi, aby výrobu kovů zakázal. Vzniká otázka, zda někdo zastával opačný názor a vystupoval na obranu výroby kovů. Takového spisovatele je mezi antickými autory těžké najít. V 6. století žil velmi učený kněz Isidor ze Sevilly, uctívaný též jako světec, který vydal jednu z prvních encyklopedií, i když se tento název tehdy ještě nepoužíval. Dílo se jmenuje Etymologiae a celý jeden díl je věnován kovům [7]. Zde se autor snaží těmto námitkám proti kovům poněkud ulomit hrot: Železo (ferrum) má jméno podle toho, že se s jeho pomocí zasévají do země zrna (farra), tj. semínka plodin Užívání železa bylo objeveno až po jiných kovech. Postupem času se jeho užití zvrhlo; neboť to, co se zpočátku používalo k obdělávání země, prolévá nyní krev. Dlužno podotknout, že tato mírná obhajoba není úplně přesná. Latinský název železa ferrum měl ve starší latině tvar ferzom a podle názoru dnešních jazykozpytců byl převzat zřejmě ze Středního Východu, například akkadsky se železu říkalo parzillu. Nelze jednoznačně odmítnout ani dřívější výklad, podle kterého je název ferrum odvozen od latinského slova ferire, což znamená tlouci. Velmi výraznou činností při výrobě svářkového železa bylo totiž vytloukání strusky. Germánské jazyky z této činnosti (schlagen) odvodily název pro strusku (Schlack). Poukaz na dobré služby železných nástrojů v zemědělství je však třeba považovat za relevantní. Prvým autorem, který vážně polemizoval s názory antických učenců a jehož dílo se dochovalo, byl až Georgius Agricola, který žil v 16. stol. a po určitou dobu působil jako lékař v Jáchymově. Celkem napsal 15 spisů, z niž nejznámější je právě dílo věnované hornictví a hutnictví [8]. Celou prvou knihu tohoto díla věnoval polemice s antickými autory. Na mnoha stranách shrnuje jejich výroky proti kovům a pak dokazuje užitečnost kovů a z nich vyrobených nástrojů pro zemědělce, řemeslníky a pro všechen lid. Výčet předmětů z kovu je skutečně detailní, nevynechává ani špendlíky či kovové háčky, které používají rybáři. Agricola dále uvádí, že se zpravidla doluje v kopcovitém terénu nevhodném pro zemědělství. Pokud se doluje na rovině, je možné po skončení těžby plochu využít pro zemědělství, protože jsou již odstraněny pařezy a zem je zkypřená. Snaží se vyvrátit

99 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Historie hutnictví názor, že příroda nechtěla, aby člověk používal kovy, proto je ukryla hluboko pod zem. Namítá, že i mnohé ryby žijí v hlubinách a nepovažuje se za špatné je odtud vytahovat. Velkou pasáž věnuje otázce, zda hornictví a hutnictví je čestné a důstojné povolání. To, že téměř celou desetinu svého díla věnoval autor obhajobě výroby kovů, dokazuje, že názory antických myslitelů měly dlouhé působení. V historii vznášené námitky proti zpracování kovů lze shrnout do následujících bodů: 1. Kovy se používají pro výrobu zbraní 2. Ničí se lesy, poněvadž k výrobě kovů je třeba dřevěné uhlí 3. Při praní vytěžené rudy v potocích se kalí voda 4. Kouř vznikající při výrobě a zpracování kovů škodí zdraví 5. Bez kovů se lze obejít protéká řeka Hron, který byl vhodnou spojnicí na jih. Ještě snad větší oblast výroby železa byla v okolí dnešního města Nowa Slupia na východě Polska, jak o tom svědčí velmi bohaté archeologické nálezy. Přenesení výroby železa do oblasti bohaté na lesy vedlo nakonec ke snížení jeho ceny. Na přelomu letopočtu už bylo železo levnější než bronz, ačkoliv několik století před tím tomu bylo naopak. Je však třeba přiznat, že v oblasti, kde se v historické době vyráběly kovy, docházelo k odlesňování. Svědčí o tom mj. obrazy a ilustrace z té doby. Příklady lze nalézt i ve zmíněném díle Agricolově, jak ukazuje obr. 1. Na tuto skutečnost upozorňuje i [10]. Všechny tyto námitky jsou více nebo méně oprávněné, včetně poslední. V antické době se ještě určitá část lidstva obešla bez kovů. Rovněž není bez zajímavosti si uvědomit, že argumenty dnešních ekologů nejsou ničím novým. Panovníci ovšem na výzvy proti výrobě železa nereagovali. Ani nemohli, lid od nich očekával přinejmenším dvě věci: že bude k dispozici dostatek potravin a že Řím bude vítězit ve válkách. Produkce potravin bez železných nástrojů již tehdy nebyla myslitelná. K vítězství ve válkách bylo třeba mít dobře vyzbrojenou armádu a již tehdy platilo, že k tomu je třeba mít na dostatečné úrovni zpracování kovů. Pokud jde o lesy, pak je třeba říci, že na jejich ničení se v okolí Středozemního moře nejvíce podílelo nevhodné zemědělství. Na skalnatých úbočích se pásly kozy, které svými kopýtky narušovaly půdu a ta se pak rychle splavovala. Dále byly lesy ničeny na palivo, na stavby budov a lodí. Teprve pak následovala spotřeba dřeva pro výrobu kovů. Je třeba podotknout, že stromy v těchto oblastech rostou pomaleji a jsou menší než v našich zeměpisných šířkách. Problém nedostatku dřeva řešili starověcí kováři tak, že postupně přesunovali výrobu železa více na sever. V 5. stol. př. Kr. se hlavním dodavatelem železa stali Skythové, kteří sídlili v jižní části dnešní Ukrajiny. Důležitým střediskem výroby železa byla Kerč (v jazyce Skythů kerč = kovář). I Římská říše měla na přelomu letopočtu výrobu kovů situovanou převážně na severu svého území. Železo se vyrábělo např. v okolí Rakouského Lince, což bylo ještě na území říše. Ostatně se zde vyrábí dodnes. Nemalou část železa dovážela Římská říše ze střední Evropy, kterou tehdy obývali Keltové. Například v oblasti Podbrezové na Slovensku podle dnešních odhadů sídlilo asi obyvatel, což je na podmínky starověku velmi vysoké číslo. Šlo o keltský kmen či národ Kotinů, o kterých píše Tacitus [9]. Hlavním předmětem obživy byla výroba kovů. Podmínky k tomu byly velmi příhodné: na jihu leží Slovenské Rudohorie se zásobami rud, na severu Nízké Tatry s nevyčerpatelným zásobami dřeva, údolím 97 Obr. 1 Krajina v Krušných horách v oblasti těžby a zpracování kovů [8] V Číně, která měla vždy nedostatek lesů, problém spotřeby dřeva řešili tak, že pro výrobu železa používali uhlí. Odhaduje se, že uhlí se zde začalo používat ve 4. stol. po Kr. [11]. Zprávu o tom podal ve 13. stol Marco Polo. Nikdo však tuto informaci nevzal vážně. V Evropě se poprvé použilo uhlí k výrobě železa až v 17. stol. v Anglii. Je zřejmé, že navzdory všem protestům výroba železa v historii stále vzrůstala, i když spolehlivé údaje o vyrobeném množství samozřejmě nejsou k dispozici. Prvý odhad, který lze nalézt, se vztahuje až ke konci 15. stol. po Kr., podle něhož se v té době v Evropě vyrábělo 60 tis. t železa ročně [12]. Takovéto množství železa vyrobí dnes jedna jediná běžná huť za týden, přičemž v Evropě pracuje takových hutí několik desítek. V antické době byla výroba železa jistě ještě o řád nižší. Odráží se problematika boje mezi odpůrci a stoupenci kovů na stránkách Bible? Tato kniha, alespoň její poslední části, byly napsány v antickém prostředí v době, kdy zde intelektuálové odmítali zpracování kovů, především železa. Kupodivu zde nenajdeme žádné ohlasy těchto myšlenkových proudů. Lze to vysvětlit tím, že pisatelé Bible byli ve styku s prostými lidmi, což se projevuje tím, že psali hovorovou řečtinou zvanou koiné, zatím co intelektuálové psali klasickou řečtinou. Mezi prostými lidmi se zřejmě s odmítáním

100 Historie hutnictví Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV kovů nesetkali. V Bibli se sice na mnoha místech píše o válkách, mečích a jiných zbraních. Příčinou válek z pohledu Bible je však vždy lidská špatnost, nikdy se příčina nehledá v existenci kovů. Výroba kovů není považována ani za božské ani za ďábelské dílo, ale za dílo čistě lidské. Stejně tak hutníci či kováři nejsou považováni za něco špatného, i když se zde mnohokrát mluví o zneužití jejich práce ke zlým účelům. Nápravu tohoto stavu bibličtí autoři nevidí ve vydání nějakého výnosu, zákona či nařízení, které by zakazovalo výrobu železa, ale pouze ve změně lidského smýšlení, jak o tom svědčí například tyto verše: Vystupme na horu Hospodinovu, bude nás učit svým cestám a my po jeho stezkách budeme chodit I překují své meče na radlice, svá kopí na vinařské nože. (Iz 2,3n) [13]. Za zmínku stojí, že sochu inspirovanou tímto veršem, která je dílem sochaře Jevgenije Vuchetiče a představuje kováře, jak mohutným rozmachem překovává meč na pluh, věnoval po 2. světové válce Sovětský svaz Organizaci spojených národů. Ideologické hledisko šlo v tomto momentě stranou. A tak máme před hlavní budovou OSN v New Yorku sochu kováře, jak je vidět na obr. 2. Nedaleko je další socha s obdobnou ideou. Znázorňuje značně zvětšený revolver, který má na hlavni uzel. I my současní metalurgové v našich zemích jsme zažili na počátku devadesátých let minulého století tažení proti výrobě železa. U vědomí popsaných skutečností si můžeme říci: Nic nového pod sluncem, což je opět řecké přísloví dva a půl tisíce let staré, v latině znějící: Nihil novi sub sole. Literatura [1] JÍLEK, L. Z historie kovářských technologií, Kovárenství 1999, č. 14, s [2] JÍLEK, L. Z historie kovářství, Acta Metallurgica Slovaca 2000, roč. 6, č. 1, s [3] JÍLEK, L. Zpracování kovů a politika. Kovárenství 2001, č. 17, s. 15 a 16. [4] NASO, Ovidius Proměny (překl. Stiebitz, J,) Odeon, Praha 1967 [5] CARUS, Lucretius O přírodě. Svoboda, Praha, 1971 [6] MARO, Vergilius Zpěvy rolnické a pastýřské. SNKL, 1959 [7] ISIDOR ze Sevilly: Etymologiae 16 (překl. Korte, D.). Oikoyenh, Praha, 2000 [8] AGRICOLA, Georgius Dvanáct knih o hornictví a hutnictví (překl. Ježek, J., Hummel, J.), [9] Matice hornicko-hutnická, Praha 1933 [9] TACITUS, Publius, Cornelius Germánie, Svoboda, Praha, 1976 č. 43 [10] REHEN T.: Stahl und Eisen, 1997, roč. 117, č. 9, s [11] LIETZMANN, K. D. aj. Metallformung, VEB Deutscher Verlag für grundstoffindustre. [13] Lipsko, 1987 [12] Kronika techniky. Fortuna Print, 1993 [13] Bible. Ekumenická rada církví v Československu. Praha 1985 Obr. 2 Vuchetičova socha před budovou OSN v New Yorku. 98

101 Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Historie hutnictví Prospekce, těžba a hutní zpracování polymetalických rud Pb-Ag-Cu-Zn na bývalém pernštejnském panství Exploration, Mining and Metallurgical Processing of Complex Pb-Ag-Cu-Zn Ores in Former Domination of Lord of Pernštejn prof. Ing. Karel Stránský, DrSc. Ing. Pavla Roupcová, Ph.D. ÚFM Akademie věd České republiky, prof. Ing. František Kavička, CSc., Ing. Drahomíra Janová, Ing. Lubomír Stránský, CSc., Ing. Bohumil Sekanina, CSc., Vysoké učení technické v Brně, FSI Brno Příspěvek pojednává o dolování polymetalických rud na bývalém panství pánů z Pernštejna. Kromě stručné charakteristiky pernštejnské historie dolování je soustředěn na porovnání analýz souboru vzorků rudnin od štoly Kryštof a šachty Pod lesní cestou (1) a vzorků hlušin ze šachtic pod Čepičkovým vrchem (2). Největší rozdíly mezi soubory byly u olova, kde podíly prvků Zn, Cu, Ag k Pb ve vzorcích (1) od Šachty pod lesní cestou byly 259 Pb/Zn, 350 Pb/Cu, 300 Pb/Ag. Tyto podíly jsou o téměř dva řády vyšší než tvoří podíly Zn, Cu, Ag k Pb ve vzorcích (2) ze šachtic kde jsou pouze 6,8 Pb/Zn, 10,3 Pb/Cu a 18,0 Pb/Ag. Rozdíly svědčí o tom, že v šachticích vzorků (2) byly tyto kovy v minulosti důkladně horníky vytěženy, separovány a tehdejšími hutníky důsledně extrahovány. Tato exaktně stanovená data přesvědčují o tom, že rudnina vzorků (2) byla v poslední fázi činnosti hutě ze štol a šachty vytěžena, avšak nebyla již metalurgicky zpracována. The article deals with the mining of complex Pb-Ag-Cu-Zn ores in the former domination of lord of Pernštejn. The complex Pb-Ag-Cu-Zn ores were in this domination extracted since the first half of 13 th century. Certain proof from those times is the document issued by Czech king Přemysl Otakar I. from the year 1238, by which he ordered that the tithes from mining below the castle Zubštejn must be paid to the convent Porta Coeli in Tišnov. At the same time the lords of Pernštejn mined the already also ores near the villages Horní Čepí and Švařec. Vilém lord of Pernštejn (* ) was in that time the richest magnate in the Czech kingdom. His cadet Joan lord of Pernštejn (* ) followed him and attained such a wealth, that he was nicknamed the Wealthy (Bohatý). In 1537 Joan the lord of Pernštejn received from the Czech king Ferdinand I. in trust the property of Kladsko county and he was also granted the privilege of coinage of silver and gold coins, and the right to mine silver and gold in the locality Złoty Stok in Kladsko. Joan lord of Pernštejn used this privilege and Pardubice museum exhibits at present well preserved coinage of his coins from the period Apart from the brief characteristics of the Pernštejn history of mining this article concentrates on comparison analyses of the set of ore samples from the gallery Kryštof and from the mine "Shaft below the forest road" (set 1), and samples of barren rock from blind shafts (gobs) below the Čepička hill (set 2). The biggest discrepancy between these sets were recorded in Pb in which the relative content of Zn, Cu and Ag in the samples from the set 1 taken from the refuse pile from the "Shaft below the forest road" was 259Pb/Zn, 350Pb/Cu, 300Pb/Ag. This difference is bigger by more than one order than the relative content of the same elements in Pb in the set 2 of the samples taken at the blind schafts (gobs), in which these amounts were 6.8Pb/Zn, 10.3Pb/Cu and 18.0Pb/Ag. The set 2 contains the originally mined metals Pb, Zn, Cu, Ag, which are today after several centuries quite freely dispersed in barren rocks, so that are bound only in accessory minerals. This manifests that in the past these minerals were thoroughly mined out and separated by the miners and then duly processed (extracted) by metallurgists. These data, which were exactly analytically determined, inform us about the fact that the ore in the set 1 containing heavy spar (mineral baryt) in mixtures with anglesite was in the final phase of mining activities mined out from the galleries and from the shaft but it was not anymore subjected to further metallurgical processing. Počátky dolování a zpracování polymetalických rud sahají v této oblasti znázorněné na obr. 1 až do první poloviny 13. století, z něhož se dochovaly zprávy o stříbrných dolech pod hradem Zubštejnem. Jistým dokladem je pro tuto dobu listina krále Přemysla Otakara I. z roku 1238, která nařizuje, aby desátky ze zubštejnských dolů plynuly ve prospěch tišnovského kláštera Porta Coeli, jehož zakladatelem byla královna Konstancie spolu se svým synem Přemyslem, markrabětem moravským. Údajně přímo pod dnešními zříceninami hradu Zubštejna byly nalezeny zbytky odvalů a jam se stopami zrudnění po velmi staré těžbě [1]. Avšak již v téže době dolovali a zpracovávali vytěžené polymetalické rudy páni z Pernštejna také v okolí Horního Čepí a Švařce. Má se za to, že velké zemětřesní, které postihlo Českomoravskou vysočinu kolem první čtvrtiny 14. století, přerušilo v srpnu 1328 na jistý čas v této oblasti báňský provoz [2]. 99

102 Historie hutnictví Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Obr. 1 Olešnička, Čepičkův vrch, Ujčov, Dolní a Horní Čepí a nejbližší okolí Fig. 1 Olešnička, Čepička hill, Ujčov, Dolní and Horní Čepi and vicinity Vytěžené olovo, měď, zinek z polymetalických rud a zejména vytěžené velmi vzácné stříbro, zhodnocené navíc hutnickým zpracováním těchto rud na jejich vlastním panství, využili Pernštejnové jednak k růstu jejich dalšího pozemkového bohatství a jednak k rozšíření své stavební činnosti a investování do mincovního kovu, k němuž stříbro a měď tehdy náležely. Vilém z Pernštejna (* ), který se v tehdejší době dožil úctyhodného věku 83 let v přiměřeném zdraví, se již v 15. století zařadil díky své hospodářské aktivitě a společenské prozíravosti jako první šlechtic z pernštejnského rodu, mezi nejbohatší velmože českého království. Vlastnil a provozoval nejen stříbrné doly na svém panství u Švařce a Horního Čepí, ale těžil a zpracovával též polykomponentní rudy v Rozseči nad Kunštátem (doloženo roku 1350) a mnohé další. Vilém z Pernštejna měl kromě svých těžebních aktivit tehdy také významné společenské postavení. V letech 1475 až 1484 byl komorníkem brněnského soudu a v roce 1483 až 1490 nejvyšším maršálkem českého království. K jeho dětem náležela jako nejmladší dcera Bohunka z Pernštejna (*1485, 1549) a dále dva synové, starší Vojtěch z Pernštejna (*1490, 1534) a mladší Jan z Pernštejna (1487, 1548). Oběma jeho synům, které měl Vilém z Pernštejna až v pozdějším věku (ve svých 47 a 49 letech) a kteří pokračovali v jeho šlépějích, nebylo dopřáno dožít se, spravovat a řídit zděděné podniky a hospodářství tak jako jejich otci Vilémovi do vysokého věku, a odešli z tohoto světa mnohem dříve. Starší Vojtěch zemřel v nedožitých 44 letech. Mladší syn Jan z Pernštejna, v jehož osobě dosáhlo bohatství Pernštejnů svého vrcholu a byl nazýván jako Bohatý, se dožil věku 61 let. Jan z Pernštejna zanechal svým třem synům Jaroslavovi (*1528, 1560), Vratislavovi (*1530, 1582) a Vojtěchovi (*1532, 1561) již zadlužené panství. Velmi podrobný terénní průzkum v prostoru od jižně ležícího Štěpánova nad Svratkou až po severně se nacházející Švařeč a Koroužné uskutečnili v devadesátých letech minulého století J. Doležel a J. Sadílek [3]. Oba autoři také důsledně a velmi podrobně zpracovali rozsáhlé množství písemných pramenů a v příloze doplnili výsledky průzkumu celé lokality také analýzami hutnických strusek. Na jejich výsledky navázal týmový výzkum [4], který byl orientován na analytické ověření základní chemické povahy těžených polymetalických rud, dále na stanovení chemického složení hutnických strusek a také na možnosti rekonstrukce v minulosti používaných hutnických pochodů. K analýzám byly přitom využity hutnické strusky z kladských dolů a huti Złoty Stok, která v letech 1537 až 1548 náležela v rámci zástavy kladského hrabství přímo pod patronaci Jana z Pernštejna [4]. Analýzy rudnin z pole stařin (bývalých šachtic) ve Švařci Za kaplí vedly kromě jiného ke stanovení spodních obsahů zlata a mědi v rudnině 2,60 mg Au/kg a 3,51 mg Ag/kg. Dále ke stanovení spodních obsahů mědi, železa a zinku, tj. 0,230 mg Cu/kg, 44,7 mg Fe/kg a 1170 mg Zn/kg ([5], tab. 4). Ve dvou vzorcích strusky z kladské horní a hutní lokality Złoty Stok vedly analýzy ke stanovení spodních obsahů zlata v rozmezí 0,0688 až 0,649 mgau/kg s maximálními obsahy zlata v analyzovaných práškových mikročásticích 1,92 až 32,24 hm.% ([4], tab. 4). Jan z Pernštejna, který díky svým v úhrnu pozitivním vztahům ke králi Ferdinandu I. Habsburskému i přes jisté rozpory s ním, od něho získal díky finanční pomoci, kterou králi poskytl, zástavou Kladsko s možností těžby v kladských zlatých dolech v lokalitě Złoty Stok a zároveň právo ražby mincí. Tohoto práva jako držitel zástavy kladského hrabství s právem ražby mincí Jan z Pernštejna plně využil. Dodnes jsou zachovány jeho ražby zlatého dukátu z roku 1544 o průměru 22 mm, stříbrného tolaru z roku 1542 o průměru 40 mm a měděného haléře o průměru 11 mm. Lícní strana avers zlatých a stříbrných mincí má zřetelně vyražený znak pernštejnského rodu zubří hlavu, jejíž nozdry jsou podle pernštejnské pověsti protaženy houžví, a rub mince revers má vyražen znak českého království lva s královskou korunou na hlavě (obr. 2) [6]. Mince jsou uložené v museu v Pardubicích. Má se však za to, že ražby zlatých, stříbrných i měděných mincí nebyly provedeny ze zlata, stříbra a mědi, které bylo těženo přímo v dolech na Pernštejnském panství, nýbrž ze zlata, stříbra a mědi z dolů Złoty Stok v Kladsku. 100

103 Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Historie hutnictví Obr. 2 Zlatý dukát v ražbě Jana z Pernštejna z roku 1544 Fig. Obr. 22. Gold Zlatý ducat dukát in Jana coinage z Pernštejna of Joan z lord roku of 1544 Pernštejn avers from a revers the [2] year 1544 Janem z Pernštejna, se s jeho úmrtím snížila politická moc a vliv pernštejnského rodu v naší zemi. Podrobnou informaci dnes o tom podávají knižní publikace Petra Vorla z let 1997 a 1999 [6, 7]. Ze zpracování edice Registr listů bratří Jaroslava a Vratislava z Pernštejna z let plyne [6], že důvodem k poklesu společenské moci a prestiže, bylo snížení významu všech tří synů Jana z Pernštejna ve srovnání s jejich otcem Vilémem. Bylo tomu tak i přesto, že po nástupu Maxmiliána Habsburského na český trůn v roce 1564 se Vratislav z Pernštejna stal jako králův důvěrník z mládí, jedním z nejvýznamnějších politiků dvorského katolického křídla domácí šlechty a byl od roku 1566 až do své smrti v roce 1582 nejvyšším kancléřem Království českého. Dolní a Horní Čepí Obě vesnice jsou dávného založení a vznikly nedlouho po vnitřní kolonizaci tehdy ještě neosídleného podhůří dnešní Českomoravské vrchoviny. Čepí Dolní, které bylo součástí obce Ujčova, je poprvé psáno v roce 1360 jako de Schtyepieho, avšak již roku 1437 je záznam villas Dolnye Czepy, mající téměř současný tvar. Čepí Horní, původně osada Dolního Čepí je zaznamenáno v tomtéž roce 1360 jako de Czepie Superiori. Avšak o šedesát let později, v roce 1420 najdeme záznam in villa Horny Czepin a již v roce 1437 se objevuje zápis téměř shodný se současným villam Horny Czepie a před koncem téhož století 1498 se již píše v Hornim Czepy. Názvy obou vsí se tedy rychle vyvinuly do současné podoby. Výklad jména vsí je dvojí. Jednou možností je to místo, kde jsou čepy Zapfen, v místech regulace odtoku z rybníka; nelze však vyloučit, že Čepí, znamená čapí, tj. místo kde jsou čápi. Obě vsi byly původně hornické, od počátku v nich byly doly na stříbro (na olovnato-stříbrné rudní minerály) a patřily k pernštejnskému panství [8]. Obr. 3 Hornická kaple v Dolním Čepí zasvěcená sv. Václavu (foto 3 až 6 K. Stránský) Fig. 3 Mining chapel in Dolní Čepí dedicated to St. Venceslav (foto 3 to 6 K. Stránský) Nad Horním Čepím asfaltem krytá cesta končí a je třeba se vydat přímo ke křížku, který nese v současnosti místní pojmenování Čepičkův křížek. Křížek stojí na jihovýchodním okraji protáhlé rovinky, ze které je možno přímo pokračovat strmou lesní cestou ke skupině šachtic pod Čepičkovým vrchem. Poněkud výše položená skupina šachtic tvoří dnes tah šesti různě hlubokých a rozměrných kruhových jam. Tah jam je orientován po vrstevnici přibližně severovýchodním směrem. Za počátek tahu byla zvolena krajní severovýchodní jáma (šachtice) a zbývajících pět jam celého tahu pozvolna klesajícího po vrstevnici bylo označeno symboly A, B, C, D, E a F. Vzorky vytříděné rudniny byly odebrány z krajních šachtic A a F. Přibližně v poloze druhé krajní jámy (šachtice), asi o metrů níže než je vrstevnice jámy F, o průměru obvalu cca 6,1 m (obr. 4) se nacházela rozměrem největší, avšak již zčásti zanesená jáma označená G o průměru obvalu cca 22,4 m (obr. 5), ze které byly také odebrány vzorky hlušiny k analýze. Průzkum terénu pod Čepičkovým vrchem 654 m n.m. Od původní hornické kaple v Dolním Čepí, dnes kostela zasvěceného sv. Václavu obr.3, se cesta mírně zvedá a od křižovatky u Partyzánského památníku (obr. 1) se ve směru do Horního Čepí její sklon dosti prudce zvyšuje. Obr. 4 Šachtice F pod Čepičkovým vrchem, průměr přibližně 6m Fig. 4 Blind shaft F below the Čepička hill, diameter aprox. 6m 101

104 Historie hutnictví Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Další vzorky k chemickým analýzám byly odebrány z blízkého okolí štol jmenovaných dnes jako štola Kryštof a šachta Pod lesní cestou. Celkem bylo z terénu vybráno k analýzám 6,4 kg charakteristických hornin a rudnin o velikosti větších vlašských ořechů až drobných dětských pěstí. Analýzy odebraných vzorků rudnin Obr. 5 Šachtice G pod Čepičkovým vrchem, průměr přibližně 22m, směr k východu Fig. 5 Blind shaft below Čepička hill, diameter aprox. 22m, orientation to the East K rozborům byla aplikována metoda rentgenové spektrální analýzy s využitím elektronového rastrovacího mikroskopu PHILIPS XL 30, který pracuje ve spojení s energiově disperzním mikroanalyzátorem EDAX, k obrazové a chemické mikroanalýze a rentgenový difraktometr PHILIPS X Pert k mineralogické analýze práškových vzorků hornin a rudnin. Z odebraných vzorků rudnin bylo stanoveno po jejich rozdrcení a rozemletí ve vibračním achátovém mlýnku na jemný prášek (cca 1 až 50 m) průměrné chemické složení, základní mineralogická konstituce, a vlastní speciálně vypracovanou metodou semikvantitativní poměrné mikroanalýzy [9, 10] pro účely prospekce, také jejich vztahu ke zbytkovým, minoritním (akcesorickým) minerálům. Tyto minerály tvoří jistý podíl bývalých, původně vytříděných rudnin, tj. v podstatě dnešních hlušin, tvořících výplně šachtic, kutacích jam, dobývek, stařin, montánních reliktů aj. stop dávné aktivní těžby ukončené před staletími. Vzorky ze šachtic pod Čepičkovým vrchem 654 m n.m. Obr.6 Odval pod šachticí G, směr k severu. Fig. 6 Waste bank below the blind shaft G, orientation to the North K rozborům byly uvedeným způsobem připraveny vzorky odebrané z tahu šachtic pod Čepičkovým vrchem pracovně označené symboly A, F a G (obr. 4, obr. 5). Výsledky rozborů průměrného chemického složení již vytěžených rudnin (v podstatě hlušin) jsou uspořádány v tabulce 1. Z mineralogického hlediska převládal v rudnině šachtice A minerál křemen SiO 2 9 %, dále klinochlor (Mg 2,96 Fe 1,09 Al 1,275 )(Si 2,64,Al 1,376 O 10 )(OH), živec albit NaAlSi 3 O 8 35,6 %; jako celek obsahovala rudnina v hm.%: Obr. 7 Šachtice F, směr k severozápadu (foto L. Stránský) Fig. 7 Blind shaft F, orientation to the North-West (foto L. Stránský) 102

105 Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Historie hutnictví Tab. 1 Chemické analýzy složení hlušiny šachtice A, F, G [hm.%] Tab. 1 Chemical analyses of constitution deads - inspection blind schaft A, F, G [wt.%] Šachtice A (krajní) F průměr 6,1m G (největší) Prvek průměr x odchylka s x průměr x odchylka s x průměr x odchylka s x O 44,16 2,63 44,55 0,44 50,25 0,75 Na 2,99 0,23 1,02 0,11 0,28 0,06 Mg 3,70 0,66 0,78 0,07 0,06 0,10 Al 9,48 0,35 6,22 0,20 0,86 0,14 Si 20,82 0,19 17,80 0,25 44,32 0,78 P 0,83 0,50 0,30 0,02 0,18 0,07 S 0,16 0,05 0,25 0,05 0,39 0,15 Ag (0,24) (0,05) (0,29) (0,08) (0,49) (0,08) K 1,08 0,31 2,08 0,04 0,36 0,08 Ca 2,32 0,28 0,25 0,02 0,22 0,05 Ba (0,00) (0,00) (0,00) (0,00) (0,00) (0,00) Ti 1,22 0,04 0,39 0,03 0,21 0,06 Cr 0,08 0,14 0,18 0,02 0,22 0,05 Mn 0,31 0,12 1,11 0,05 0,25 0,08 Fe 11,40 1,85 24,62 0,79 0,80 0,06 Cu 0,77 0,10 0,00 0,00 0,65 0,05 Zn 0,45 0,19 0,00 0,00 0,45 0,20 Pb (0,00) (0,00) (0,00) (0,00) (0,00) (0,00) suma 100,01-99,84-100,00 - atom. číslo ~ 13,07 ~ 14,54 ~ 11,50 Poznámky: hodnoty v závorkách ( ) jsou v okolí mezí detekovatelnosti prvku 44,2 O, 20,8 Si, 11,4 Fe, 9,5 Al, 3,7 Mg, 3,0 Na, 2,3 Ca, 1,2 Ti a 1,1 K (celkem 93,5 %) a pod 1 % dalších příměsových prvků včetně mědi (0,77 %) a zinku (45 %). V rudnině šachtice F dominovala směs minerálů křemene SiO 2 54,5 % a goethitu FeO (OH) 45,5 % a jako celek obsahovala v hm.%: 44,6 O, 24,6 Fe, 17,8 Si, 6,2 Al, 2,1 K, 1,1 Mn (celkem 99,4 %) a pod 1 % dalších příměsí pouze se stopami mědi a zinku. V rudnině šachtice G opět jednoznačně převládal minerál křemen a její složení tvořily prvky: 50,3 O, 44,3 Si (celkem 94,6 %) a opět pod 1% dalších příměsí včetně mědi (0,65 %) a zinku (0,45 %). Poznamenejme, že v žádném ze vzorků rudnin odebraných ze šachtic nebylo při plošné analýze průměrného složení detekováno baryum. Tento prvek byl běžně registrován až při bodové analýze mikroskopických částic po rozemletí rudnin v kulovém vibračním mlýnku, tj. teprve při semikvantitativní poměrné mikroanalýze SPA, která využívá fyzikální separace mikročástic práškového vzorku v zobrazení zpětně odražených elektronů BSE. Výsledky semikvantitativní poměrné mikroanalýzy rudnin odebraných ze šachtic A, F a G jsou uspořádány v tabulce 2. Vzestupně uspořádané hodnoty stanovených obsahů prvků v tabulce 2 ukazují, že k nejvyšším obsahům prvků vázaným na akcesorické minerály v šachticích náleží baryum a olovo. Například v pořadí šachtic A, F a G byly stanoveny tyto spodní, minimální obsahy barya 5,83, 2,32 a 4,24 mg Ba/kg a olova 1,60, 2,34 a 0,472 mg Pb/kg. Baryum se ve zdejších rudninách vyskytuje jako minerál síran barnatý (těživec) BaSO 4, a olovo se zde vyskytuje též jako minerál síran olovnatý (anglesit) PbSO 4, který je izomorfní s barytem [11]. Poměrně vysoký a vcelku rovnoměrně rozdělený obsah síry vázané na a.m. v šachticích A až G 0,895, 0,343 a 1,14 mg S/kg umožňuje předpokládat, že rudní minerály byly tvořeny sulfidy pyritem FeS 2, chalkopyritem CuFeS 2 a určitým nositelem stříbra zde byl patrně též baryt. U šachtice G o tom svědčí též koeficienty korelace r mezi železem a stříbrem, mědí a stříbrem a též baryem a stříbrem, které jsou: r Fe-Ag = 0,7735, r Cu-Ag = 0,7735 resp. r Ba-Ag = 0,4112, pro počet stupňů volnosti = 20 jsou statisticky významné (na hladině spolehlivosti = 0,01 pro Fe a Cu, resp. na hladině = 0,1 pro Ba). Semikvantitativní poměrná analýza rudnin umožňující testovat parciální vztahy mezi prvky vázanými na akcesorické minerály je zároveň vhodná pro posouzení původního složení těžených hornin a také k odhadu složení základní hutnické vsázky. 103

106 Historie hutnictví Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Tab. 2 Chemické analýzy mikročástic hlušiny - ze šachtic A, F, G. Tab. 2 Chemical analyses micro - particles deads inspection blind shafts A, F, G. Šachtice A průměr cca 5,0 m F průměr cca 6,1 m G průměr cca 22,4 m Prvek mg/kg hm.% max.% Prvek mg/kg hm.% max.% Prvek mg/kg hm.% max.% Cr 0,0467 0,1466 0,69 Cu 0,0112 0,0454 0,92 P 0,0386 0,2206 0,47 Ag 0,0578 0,1815 0,95 Nd 0,0169 0,0685 7,76 Ca 0,0404 0,2309 0,56 K 0,0667 0,2094 1,57 La 0,0193 0,0783 8,05 K 0,0418 0,2389 3,25 Mn 0,0790 0,2480 2,05 Ce 0,0278 0, ,97 Cr 0,0522 0,2983 1,33 Fe 0,0794 0, ,92 V 0,0356 0,1444 0,48 Mg 0,0566 0,3235 1,30 Ca 0,0945 0,2967 1,43 Na 0,0400 0,1622 3,39 Mn 0,0762 0,4355 1,26 Zn 0,0984 0,3090 1,91 Ca 0,0424 0,1720 3,92 Ag 0,0969 0,5538 1,52 Cu 0,218 0,6845 2,17 Cr 0,0430 0,1744 0,56 Al 0,101 0,5772 6,79 Mg 0,224 0,7033 3,06 Ti 0,0750 0,3042 1,72 Na 0,142 0,8115 1,21 P 0,230 0,7222 3,37 P 0,0800 0,3245 8,81 Zn 0,155 0, ,17 Ce 0,288 0, ,92 Ag 0,0898 0,3642 0,69 Cu 0,201 1,1487 2,11 Na 0,327 1,0267 3,93 K 0,115 0,4664 1,91 Ti 0,305 1,7430 5,72 Ti 0,414 1,2999 4,12 Zr 0,144 0, ,58 Pb 0,472 2, ,72 S 0,895 2, ,33 Mg 0,151 0,6125 1,37 S 1,14 6, ,13 Pb 1,60 5, ,88 Al 0,218 0,8842 7,80 Si 1,98 11, ,64 Si 2,66 8, ,19 S 0,343 1, ,03 Fe 2,56 14, ,21 Zr 3,50 10, ,21 Zn 0,396 1,6062 7,02 Ba 4,24 24, ,64 Ba 5,83 18, ,29 Si 0,547 2, ,50 O 5,80 33, ,33 O 7,15 22, ,69 Fe 1,81 7, ,24 suma 17, ,0000 Al 7,99 25,0875 7,80 Ba 2,32 9, ,65 at. č. 26,48 suma 31, ,0000 Pb 2,34 9, ,15 N č. 20 at. č. 26,01 O 7,67 31, ,31 rad.n 3,25 N č. 21 Mn 8,12 32, ,47 rad.n 3,88 suma 24, ,0000 at. č. 27,77 N č. 21 rad.n 4,20 Poznámky: výsledky stanovené v [mg/kg] [g/t] a v [hm.%] jsou uspořádány vzestupně; výsledky uspořádané jako max.% značí maximální koncentraci prvku stanovenou v souboru všech analyzovaných N mikročástic; symbol at. č. značí průměrnou hodnotu atomového čísla N analyzovaných mikročástic; rad. N [ m] značí střední poloměr z celkové plochy N analyzovaných mikročástic redukované podle počtu N mikročástic na kružnici; N č.značí počet mikročástic měřený při semikvantitativní poměrné analýze. Vzorky od štoly a šachty pod Horním Čepím Ke štolám jmenovaným jako štola Kryštof (obr. 8 a 9) a ke štole uváděné dnes jako Šachta Pod lesní cestou (obr. 10 a 11) je třeba sestoupit od již popsaného tahu šachtic pod Čepičkovým vrchem (ve výšce cca 600 m n.m.), po křižujících se lesních cestách až na vrstevnici ve výšce cca 450 m n.m, tj. asi o 150 m níže (obr. 1). Obr. 9 Štola Kryštof, těžba polymetalických rud, v okolí nejsou žádné odvaly Fig. 9 Gallery Kryštof (Christopher), mining of complex ores, no dumping grounds were found in its vicinity Okolí štoly Kryštof je dnes prosté, bez jakýchkoli okolních šachtic, odvalů a dobývek. Naproti tomu pod šachtou (jámou) jmenovanou jako Šachta pod lesní cestou se nachází přímo pod bezpečnostním zábradlím mohutný odval na příkrý svah vytěžené a po svahu sesuté rudniny. Obr. 8 Štola Kryštof, číslo 2152, po pravé straně cesty shora, nepřístupná (foto 8 až 11 K. Stránský) Fig. 8 Gallery Kryštof (Christopher), No. 2152, on the right side of the road from above, inaccessible (foto 8 to 11 K. Stránský) 104

107 Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Historie hutnictví Obr. 10 Šachta pod lesní cestou, číslo 2151 po levé straně cesty shora, nepřístupná Fig. 10 Shaft below the forest road, No mining of complex ores, nearside roads from above, inaccessible Z odvalu byly ke kontrolní chemické a mineralogické analýze vyzvednuty tři vzorky nejčastěji se v něm vyskytující horniny o velikosti vzorků dětské pěsti a označeny K1, K2, K3. Vzorky byly nejprve rozdrceny, v kulovém vibračním mlýnku připraveny jako vzorky práškové a poté analyzovány. Obr. 11 Šachta pod lesní cestou, těžba polymetalických rud, pod šachtou je mohutný odval Fig. 11 Shaft below the forest road, mining of complex ores, huge dumping ground exists below the shaft Výsledky průměrného složení rudnin Analýzami bylo stanoveno průměrné chemické složení rudnin, dále průměrný podíl prvků vázaných na akcesorické minerály práškového vzorku a také jejich mineralogické složení. Výsledky jsou obsaženy v tabulkách 3 a 4. Tab. 3 Chemické analýzy složení rudniny K1, K2, K3 soubor 1 [hm.%] Tab. 3 Chemical analyse of the constitution ore K1, K2, K3 set 1 [wt.%] Šachta pod lesní cestou vzorky z odvalu pod šachtou Prvek K1 K2 K3 průměr Odchylka O 27,47 28,17 38,64 31,43 6,26 Na 0,93 1,08 0,60 0,87 0,25 Mg 0,05 0,24 1,31 0,53 0,68 Al 0,35 0,50 9,61 3,49 5,30 Si 1,25 1,70 17,77 6,91 9,41 P 0,14 0,29 0,02 0,15 0,14 S 10,65 9,8 3,15 7,87 4,11 Ag (0,19) (0,38) (0,00) (0,19) (0,19) K 0,12 0,22 3,33 1,22 1,83 Ca 0,19 0,21 1,14 0,51 0,54 Ba 52,34 48,29 12,07 37,57 22,17 Ti 3,56 3,37 0,97 2,63 1,44 Cr 0,2 0,28 0,00 0,16 0,14 Mn 0,16 0,29 0,05 0,17 0,12 Fe 0,50 1,09 2,60 1,40 1,08 Cu 0,24 0,33 0,13 0,23 0,10 Zn 0,26 0,73 5,76 2,25 3,05 Pb 1,41 3,03 2,83 2,42 0,88 Suma 100, ,98 100,00 0,02 at. č. 37,06 36,55 20,41 31,34 19,03 N m Poznámky: - měřeno plošnou analýzou práškového vzorku na el. vodivé karbonové pásce ve třech místech z plochy při rastrujícím elektronovém paprsku a zvětšení 24krát; - hodnoty v závorkách ( ) jsou v okolí mezí detekovatelnosti prvku; - symbol at. č. značí průměrnou hodnotu atomového čísla; - symbol N m. značí počet měření při expozici N m 100 sec. 105

108 Historie hutnictví Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Tab. 4 Chemické analýzy mikročástic rudniny K1, K2, K3 soubor 1 a mikročástic hlušiny z šachtic A, F, G soubor 2 Tab. 4 Chemical analyses of micro particles ore K1, K2, K3 set 1 and of micro particles deads from inspection blind schaft chamber A, F, G set 2 Šachta pod lesní cestou-vzorky K1, K2, K3 z odvalu (soubor 1 set 1) Šachtice A, F, G, pod Čepičkovým vrchem (soubor 2 set 2) prvek hm.% mg/kg prvek hm.% mg/kg Pr 0, ,650 Nd 0, ,0169 Ce 0, ,11 La 0, ,0193 Mn 0, ,06 V 0, ,0356 Cr 0, ,17 Cr 0, ,142 Ca 0, ,27 Ca 0, ,177 K 0, ,66 K 0, ,224 Na 0, ,26 Ag 0, ,245 Ti 0, ,13 Ce 0, ,316 Mg 0, ,20 P 0, ,349 Cu 0, ,58 Cu 0, ,430 P 0, ,87 Mg 0, ,432 Ag 0, ,0 Na 0, ,509 Fe 0, ,6 Zn 0, ,649 Al 0, ,5 Ti 1, ,794 Zn 0, ,8 S 3, ,38 Si 1, ,2 Zr 4, ,64 Ba 1, ,5 Pb 5, ,41 O 6, Fe 6, ,45 S 10, Si 7, ,19 Pb 76, Mn 11, ,28 suma 100, ,710 Al 11, ,31 at. č. 66,99 - Ba 16, ,4 N č O 27, ,6 N ms suma 100, ,0022 at. č. 27,68 - N č N ms Poznámky: - symbol at. č. značí průměrné atomové číslo celkového počtu bodově analyzovaných mikročástic vybraných v zobrazení BSE; - symbol N č. značí celkový počet bodově při pevném svazku měřených analyzovaných) mikročástic vybraných v zobrazení BSE; - symbol N ms. značí dobu měření jedné mikročástice 50 sec. Z tabulky 3 plyne, že složení sestává z vysokého obsahu barya 37,6 hm.%, v mezích od 12,1 do 53,4 %, a zvýšeného obsahu olova, jehož obsah se pohybuje v průměru kolem 2,4 hm.% a kolísá od 1,4 do 3,0 %. Zajímavý údaj poskytly průměrné hodnoty SPA mikroanalýzy práškových částic, které ukazují, že práškové částice obsahují vysoký podíl olova vázaného na akcesorické minerály. Olova obsahují více než 77 %, barya nad 1,7 %, zinku 0,68 %, mědi 0,22 % a stříbra 0,25 %. Ve výsledcích průměrného složení rudnin z odvalu Šachty pod lesní cestou jsou vysoké průměrné obsahy barya, mědi, zinku a zejména olova vskutku pozoruhodné. Analyzované obsahy těchto prvků jsou řádově větší než jejich poměrné obsahy stanovené semikvantitativní poměrnou analýzou (tj. SPA) které se vztahují k šachticím A až G pod Čepičkovým vrchem. V nich byly srovnatelné obsahy uvedených čtyř prvků (Ba, Cu, Zn, Pb, Ag) stanoveny až ve vazbě na akcesorické minerály a v tabulce 4 jsou vyjádřeny podílem hm.% prvků vázaných na tyto minerály. Aby 106 bylo možno analýz vzorků ze šachtic pod Čepičkovým vrchem a vzorků řady K z odvalu Šachty pod lesní cestou navzájem porovnat, byla též u obou skupin vzorků rudnin aplikována semikvantitativní poměrná analýza. V zobrazení zpětně odražených elektronů (BSE) bylo ze série tří práškových vzorků z odvalu šachty Pod lesní cestou a postupně i ze tří vzorků z šachtic A, F, G analyzováno celkem 120 (2krát 60) mikroskopických částic. Výsledky v tabulce 4, která obsahuje shodně bodově analyzované prvky v mikročásticích vybraných v zobrazení BSE ze série vzorků z odvalu Šachty pod lesní cestou a ze série vzorků ze šachtic A, F, G z tahu pod Čepičkovým vrchem, tj. výsledky získané za podobných podmínek odběru vzorků i jejich analýz, mají rozdílné kvalitativní i kvantitativní znaky. Vzorky z odvalu Šachty pod lesní cestou mají:

109 spodní (minimální) obsah prvku [hm.%] spodní (minimální) obsah prvku [hm.%] Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV Historie hutnictví - klesající obsah barytu v pořadí vzorků K1, K2, K3, přičemž ve stejném pořadí vzorků roste podíl křemene (křemíku); - ve vzorku K1 je čistý baryt, tj. Ba (SO 4 ); - ve vzorku K2 je 13 % čistého barytu Ba (SO 4 ) a 87 % minerálu barytu s olovem (Ba 0,69 Pb 0,31 ) (SO 4 ), což je poměr cca 87/13 = 6,69 - ve vzorku K3 je 49 % křemene SiO 2, 31 % dolomitu (Ca Mg) CO 3, 20 % barytu Ba (SO 4 ) a pod 1 % kamenné soli Na Cl; Vzorky z odvalu Šachty pod lesní cestou 1 jsou co do množství olova i dalších prvků provázejících olovo podstatně bohatší, neboť: 1a) mají vyšší poměrné obsahy těžitelných prvků olova, zinku, mědi a stříbra v mikročásticích vázaných na akcesorické minerály v hm.%: je to olovo 76,2 Pb, zinek 0,68 Zn, měď 0,22 Cu a stříbro 0,26 Ag (tab. 4, viz též graf na obr. 12 a příklad analyzované mikročástice obr. 14); 1b) mají vyšší poměrné obsahy týchž těžitelných prvků olova, zinku, mědi a stříbra v mikročásticích; v [mg/kg] je to: olovo 2999 Pb, zinek 11,6 Zn, měď 8,58 Cu a stříbro 10,0 Ag v mikročásticích (tab. 4); Chemické složení není v horninách odvalu vázáno pouze na zbytkové, menšinové, akcesorické minerály, nýbrž se promítá přímo do makrostruktury hornin, tj. do obsahu jistého množství anglesitu (Pb SO 4 ). Naproti tomu vzorky ze šachtic A, F, G pod Čepičkovým vrchem 2 mají: 2a) nižší obsahy těžitelných prvků polymetalických rud, tj. olova, zinku, mědi a stříbra v mikročásticích vázaných na akcesorické minerály, v hm.%: olovo 5,96 Pb, zinek 0,87 Zn, měď 0,58 Cu a stříbro 0,33 Ag (tab. 4, viz též graf na obr. 13 a příklad analyzované mikročástice obr. 15); 2b) nižší poměrné obsahy stejných těžitelných prvků, tj. olova, zinku, mědi a stříbra v mikročásticích v [mg/kg] je to: olovo 4,41 Pb, zinek 0,649 Zn, měď 0,430 Cu a stříbro 0,245 Ag v mikročásticích (tab. 4); Porovnáme-li nyní výsledky analýz vzorků odebraných z vytěžených šachtic pod Čepičkovým vrchem 2, které se dnes opírají v podstatě o analýzy z hlušiny fyzikálně separovaných práškových mikročástic v zobrazení zorného pole BSE na jedné straně, s výsledky analýz vzorků z rudnin uložených pod Šachtou pod lesní cestou 1, které obsahovaly vysoké obsahy barya s olovem, mědí, zinkem a stříbrem, fyzikálně separované a analyzované stejnou cestou jako vzorky v předešlém případu 2, na straně druhé, pak ze srovnání plyne, že výsledky obou stavů 1 a 2 jsou extrémně rozdílné. Rudnina z odvalu pod šachtou pod lesní cestou 1 obsahuje doposud řádově větší množství olova, mědi, zinku a stříbra než hlušina ze šachtice 2, jejíž rudní minerály byly, možno říci, dokonale vytěženy v dávné minulosti ještě za pánů z Pernštejna. Řádově větší množství těžitelných prvků v hornině rudnině 1, tak poskytuje zcela rozdílné informace o poměrech na obou lokalitách, tj. v šachticích pod Čepičkovým vrchem a v obou štolách. Tento výsledek analýz je přirozený a bylo možno jej očekávat. Ukazuje však, že rudnina pod šachtou 1 nebyla hutnicky zpracována, přestože obsahovala dosti velké a v 18. století ještě racionálně těžitelné množství olova, mědi, zinku a stříbra. Zároveň bylo ověřeno, že chemické složení prvků ve vytěžených šachticích je dnes možno stanovit fyzikální separací mikročástic v zorném poli BSE a jejich analýzou. Neboť původně v dávné době, byly racionálně těžitelné prvky v dnešních stařinách, tj. v bývalých šachticích, dokonale vytěženy. Dnes jsou vázány pouze v malém množství v mikročásticích detekovatelných ve zbytkových, menšinových (tj. akcesorických) minerálech ,1 0,01 Pr Ce Mn Cr Ca K Na Ti Mg Cu P Ag Fe Al Zn Si Ba O S Pb prvky v mikroskopických částicích Obr. 12 Obr. Prvky 12 v mikročásticích v souboru vzorků rudniny 1 K1, K2, K3 Fig. 12 Chemical elements in micro-particles from the set of ore samples 1 K1, K2, K ,1 0,01 Nd La V Cr Ca K Ag Ce P Cu Mg Na Zn Ti S Zr Pb Fe Si Mn Al Ba O prvky v mikroskopických částicích Obr. 13 Obr. Prvky 13 v mikročásticích v souboru vzorků rudniny (hlušiny) 2 Šachtice A, F, G Fig. 13 Chemical elements in micro-particles from the set of green ore samples (barren rock) 2 blind shaft A, F, G Obr. 14 Mikročástice ze vzorku K3 ze souboru 1; hm.%: 71,63 Pb;12,50 S;1,06 Ag;1,12 Cu; 1,09 Zn (suma 87,40) Fig. 14 Micro-particle in the sample K3 from the set 1; wt.%: Pb; S; 1.06 Ag; 1.12 Cu; 1.09 Zn (sum 87.40) 107

110 Historie hutnictví Hutnické listy č. 5/2012, roč. LXV - Tyto informace, které se opírají o analyticky stanovená data, nás přesvědčují o tom, že hornina obsahující baryt ve směsi s anglesitem, byla zřejmě v poslední fázi činnosti těžby ze štoly a šachty (Kryštof a Šachty pod lesní cestou) sice vytěžena, avšak nebyla již dále metalurgicky zpracována. Literatura Příspěvek byl zpracován díky projektu GAP 107/11/1566 Obr. 15 Mikroskopická částice z šachtice G ze souboru 2; hm.%: 56,40 Ba; 6,58 S; 2,15 Pb;1,52 Ag; 2,01 Cu; 2,30 Zn (suma 70,96). Fig. 15 Microscopic particle from the blind shaft G from the set 2; wt.%: Ba; 6.58 S; 2.15 Pb; 2.01 Cu; 2.30 Zn (sum 70,96). Souhrn Příspěvek přináší nové poznatky a zkušenosti získané z prospekce rudnin v oblasti skupiny šachtic na Čepičkově vrchu a štoly pod Čepičkovým vrchem. - Největší rozdíly byly zaznamenány u olova, u něhož poměrný obsah prvků Zn, Cu a Ag (tj. v olovu) ve vzorcích 1 z odvalu od Šachty pod lesní cestou činí 259 Pb/Zn, 350 Pb/Cu, 300 Pb/Ag a je o více než jeden řád vyšší, než činí poměrný obsah týchž prvků v olovu ve vzorcích ze šachtic 2 A, F, G, v nichž obnáší 6,8 Pb/Zn, 10,3 Pb/Cu a 18,0 Pb/Ag. - Zatímco při hutnickém zpracování vytěženého odpadu z odvalu 1 Šachty pod lesní cestou bylo olovo jakoby nositelem zinku, mědi a stříbra například z 1000 g olova vytěženého z odpadu bylo možno získat až cca 3,86 g zinku, 2,86 g mědi 3,33 g stříbra; nositelem olova je v daném případě baryt Ba SO 4, který je izomorfní s anglesitem Pb SO 4 [11] a který byl v těžené hornině doprovázen zinkem, mědí a stříbrem. - Naproti tomu v šachticích 2 A, F, G jsou původně těžitelné kovy Pb, Zn, Cu, Ag dnes po staletích zcela volně v hlušině rozptýlené, takže jsou vázány výhradně v akcesorických minerálech a více méně svědčí o tom, že zde byly v minulosti důkladně horníky vytěženy, separovány a tehdejšími hutníky důkladně zpracovány (extrahovány). [1] POLÁK, A.: Nerostné bohatství Bystřicka. Krajské nakladatelství v Brně. Brno 1960, 76 s. [2] PAŘÍZEK, J.: Dobývání nerostných surovin v okrese Žďár nad Sázavou a okolí. Listy Horáckého muzea, svazek 3, Nové Město na Moravě 2000, 68 s. [3] DOLEŽEL, J., SADÍLEK J.: Středověký důlní komplex v trati Havírna u Štěpánova nad Svratkou. Mediaevalia Archaeologica 6. Příspěvek k dějinám těžby stříbra v oblasti severozápadní Moravy ve 13. a 14. století. Praha-Brno-Plzeň, 2004, s ISBN Příloha III. BLAŽÍKOVÁ, J., STRÁNSKÝ, K.: Analýza strusek z lokality Havírna, k.ú. Štěpánov nad Svratkou, s [4] STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., KAVIČKA, F., STRÁNSKÝ, L., SEKANINA, B., KARBOWNICZEK, M., BAŽAN, J.: Těžba a metalurgické zpracování rud na panství pánů z Pernštejna. Hutnické listy, 2011, roč. LXIV, s [5] STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., STRÁNSKÝ, L., ROUPCOVÁ, P.: Těžba a zpracování stříbronosných rud ve Švařci u Štěpánova nad Svratkou II. část. Slévárenství, 2010, roč. LVIII, č , s [6] VOREL, P.: Páni z Pernštejna. Vzestup a pád rodu zubří hlavy v dějinách Čech a Moravy. Rybka Publisher, Praha 1999, 318 s. ISBN X. [7] VOREL, P.: Česká a Moravská aristokracie v polovině 16. století. Edice register listů bratří z Pernštejna z let Pardubice 1997, 320 s. ISBN [8] HOSÁK, L., ŠRÁMEK, R.: Místní jména na Moravě a ve Slezsku I. A L. ACADEMIA, Praha, 1970, 576 s. [9] STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., POSPÍŠILOVÁ, S., DOBROVSKÁ, J.: Poměrná semikvantitativní mikroanalýza těžkých kovů v horninách, struskách a rudách. Hutnické listy 2009, roč. LXII, č. 3, s ISSN [10]STRÁNSKÝ, K., JANOVÁ, D., POSPÍŠILOVÁ, S., DOBROVSKÁ, J.: Možnost poměrné semikvantitativní mikroanalýzy těžkých kovů v horninách, rudninách a struskách. Slévárenství, 2009, roč. LVII, č. 7-8, s ISSN [11]VOTOČEK, E.: Chemie anorganická. IV. vydání, doplněno spoluprací Jaroslava Heyrovského. I a II. díl. Nákladem České chemické společnosti pro vědu a průmysl. Praha s. ( s. 584) Recenze: prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc. Ing. Kateřina Skotnicová, Ph.D. 108

111 Hutnické listy č.5/2012, roč. LXV Historie hutnictví Hutnické listy geneze Ing. Jan Počta, CSc., CSM Ostrava (Pokračování) Obraz vývoje hutní výroby, objevy, přehledy a zprávy ze světa v Hornických a hutnických li stech a v Báňském světě Přehledové články jsou zajímavým a cenným zdrojem informací o hutní výrobě ve světě a o postavení jednotlivých zemí ve svazku Rakousko-Uherska. Články tohoto zaměření byly původní, autorské nebo mnohdy přejaté z jiných tiskových zdrojů. Tak se v Hornických a hutnických listech objevuje původní publikace V. Jičínského o historii hornictví, souhrnný přehled jeho publikací u příležitosti smutečního oznámení jeho úmrtí v r. 1902, publikace prof. F. Počty z oboru paleontologie a geologie, zajímavé redakční příspěvky o prvních stavbách budov z hliníku ve Washingtonu a Chicagu v r. 1901, informace Rakouského spolku architektů a inženýrů z r o zavádění metrické míry pro vybrané technické parametry (výkon), které až po 30 letech [11] navazovaly na zavedení jednotné metrické soustavy délkových, plošných, objemových a hmotnostních měr v habsburské monarchii. Ústředním tématem v hutnických zprávách byla výroba surového železa a oceli. Zpočátku patřilo prvenství ve výrobě surového železa Štýrsku, které soustřeďovalo zhruba dvě třetiny celkové výroby v Předlitavsku. Po zavedení Thomasovy technologie ve výrobě oceli po r. 1878, bylo možno využívat rudu se zvýšeným obsahem fosforu. Tím došlo v severních zemích Předlitavska (Čechy, Morava, Horní Slezsko, Halič) a Horních Uhrách k obratu ve výrobě surového železa, neboť tamní hutě mohly zpracovávat místní vysokofosfornaté rudy. Význam jejich železářské výroby ukazuje diagram na obr. 5 sestavený podle údajů v [12]. V celém sledovaném období posledních 20 let 19. století a počátku 20.století převyšovala výroba surového železa v severních zemích štýrskou výrobu o 50 % až skoro čtyřnásobně. Obr. 5 Podíl výroby surového železa v Čechách, na Moravě a ve Slezsku vůči výrobě ve Štýrsku Ve 2. polovině 19. stol. docházelo ke znatelné koncentraci výroby surového železa. V r pracovalo 132 vysokých pecí, v r již jen 52 vysokých pecí. Přitom výroba surového železa dosáhla v tomto období šestinásobné hodnoty a s tím souvisel bouřlivý rozvoj těžby černého uhlí i rudy. V r se vytěžilo t a v r již ,8 t železné rudy. Jiné zdroje prezentované dále v tab. 3 uvádějí, že výroba surového železa ve světovém měřítku se ve 2. polovině 19. století zvýšila dokonce 8,5x. Územní proporce v těžbě a hutní produkci ukazuje diagram na obr. 6 sestavený podle údajů v [13]. Podíl severních zemí na surovinové těžbě a hutní výrobě v Rakousko- Uhersku byl značný a dlouhodobě vysoce převyšoval 50 % v rámci všech zemí monarchie. Severní země zde představují Čechy, Moravu, Horní Slezsko a Halič. K alpským zemím patří Štýrsko, Korutany, obojí Rakousy, Solnohrad a Tyrolsko. Jižní země jsou Dalmácie, Bukovina, Krajina, Istrie a Terst. 109