Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej pokierują badaniami nad nowymi gatunkami stali przeznaczonymi do zastosowania w infrastrukturze kolejowej. Opracowane rozwiązanie pozwoli na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla oraz wydłuży trwałość torów.
Badania będą prowadzone w ramach projektu „GreenSteel4Rail”, w którym Politechnika Wrocławska pełni rolę lidera. Na jego realizację konsorcjum firm i jednostek naukowych z Hiszpanii, Portugalii, Niemiec, Belgii i Polski otrzymało blisko 11,3 mln euro z Funduszu Badawczego Węgla i Stali.
W ramach projektu naukowcy opracują nowe gatunki stali przeznaczonych do zastosowania na szyny kolejowe o wyższej trwałości w porównaniu do obecnie stosowanych materiałów. Stworzenie demonstratora wymaga m.in. optymalizacji procesów wytwarzania stali w elektrycznym piecu łukowym (EAF – Electric Arc Furnace), dostosowania składu chemicznego oraz kontroli mikrostruktury nowych gatunków stali, opracowania procesu wytwarzania stali wraz z obróbką plastyczną, technologią łączenia i strategią instalacji w torach, a także przygotowania powierzchni szyn do eksploatacji.
Gotowy demonstrator będzie się składał z kilkunastu przemysłowych wytopów stali (a finalnie 2 × 90 m toru kolejowego), a następnie szyny zostaną zainstalowane na torze łączącym jednostki przemysłowe firmy ArcelorMittal w Hiszpanii.
Nasz projekt pozwoli na znaczną redukcję śladu węglowego w sektorze hutniczym dzięki elektrycznym procesom metalurgicznym, wsparciu niskoemisyjnego transportu kolejowego oraz wydłużeniu cyklu życia szyn dzięki nowym gatunkom stali i metodom ich regeneracji – wyjaśnia dr inż. Aleksandra Królicka z Katedry Obróbki Plastycznej, Spawalnictwa i Metrologii na Wydziale Mechanicznym PWr.
Jak ograniczyć emisję dwutlenku węgla w produkcji stali?
Sektor wytwarzania stali odpowiada globalnie za około 25% emisji dwutlenku węgla generowanych w przemyśle. W Europie dominują procesy z wykorzystaniem wielkiego pieca i konwertora tlenowego (BOF).
Tymczasem wytwarzanie stali z wykorzystaniem pieców elektrycznych (EAF) cechuje się zdecydowanie niższą emisją dwutlenku węgla oraz wysokim wykorzystaniem złomu, sięgającym nawet 90%. W ramach projektu zakładamy redukcję emisji CO2 związanej z wytwarzaniem stali o około 35%. Wartość ta odpowiada redukcji wynoszącej około 1 milion ton dwutlenku węgla rocznie w odniesieniu do procesów BOF – tłumaczy dr Królicka.
Nowe materiały na szyny będą charakteryzować się dłuższym cyklem życia, co również przyczyni się do zmniejszenia zapotrzebowanie na stal i obniży ślad węglowy w sektorze kolejowym.
Nowe gatunki stali będą wykorzystywać szereg umocnień i strategii projektowania składu chemicznego, w tym inspirowanych stopami o podwyższonej entropii. Chcemy zweryfikować możliwość zastosowania stali wielofazowych o strukturze bainitycznej i martenzytycznej oraz wprowadzenia hierarchicznej struktury w celu podwyższenia właściwości mechanicznych – dodaje dr Królicka. – Ponadto planujemy dodatkowe wzmocnienie powierzchni roboczej szyn oraz regenerację metodami laserowymi, co znacząco wydłuży trwałość torów kolejowych, zarówno dla obciążonych szyn towarowych, jak i w przyszłości dla kolei dużych prędkości.
Międzynarodowa współpraca
W projekcie bierze udział jedenastu partnerów przemysłowych i badawczych. Firma ArcelorMittal (Hiszpania) jest związana bezpośrednio z opracowaniem technologii wytwarzania stali z wykorzystaniem EAF oraz produkcją demonstracyjnej szyny kolejowej. Przedsiębiorstwo Vias (Hiszpania) stanowi wsparcie związane z procesami instalacji i przygotowania szyn do eksploatacji. Elektro Thermit (Niemcy) odpowiada za opracowanie technologii spawania termitowego szyn, a Tecnoclad (Hiszpania) jest związany z metodami regeneracji oraz wzmocnienia powierzchni roboczej szyn technikami laserowymi.
Zadaniem jednostek badawczych będzie optymalizacja rozwiązań materiałowych i procesów technologicznych. CSIC (Hiszpania) wesprze proces projektowania nowych gatunków stali i będzie realizować badania mikrostruktury oraz przemian fazowych z wykorzystaniem badań dylatometrycznych. CRM (Belgia) odpowiada w projekcie za produkcję wytopów laboratoryjnych nowych gatunków stali, analizę procesów ich zużywania oraz określenie kontaktowej wytrzymałości zmęczeniowej.
Sieć Badawcza Łukasiewicz (Polska) przeprowadzi analizę procesów termomechanicznych nowych gatunków stali, oceną naprężeń własnych oraz opracowaniem obróbki cieplnej, a ISQ (Portugalia) wesprze procesy spawania. Politechnika Wrocławska koordynuje cały projekt.
Badania rozpoczną się w pierwszym kwartale przyszłego roku i potrwają do połowy 2030 r. Pierwszy demonstrator powstanie w ciągu dwóch lat od rozpoczęcia projektu i obejmie opracowanie technologii wytwarzania stali w elektrycznym piecu łukowym w ArcelorMittal. Następnie zostaną wyprodukowane szyny kolejowe z początkowo komercyjnego gatunku stali perlitycznej, a następnie nowego gatunku opracowanego w laboratoriach. Demonstrator obejmie testowy tor kolejowy, którego instalacja zakończy się w ostatnim roku projektu.
źródło: PWr
Czym będą malować, farbą olejną na bazie ołowiu 🤣🤣🤣🤣🤣
A ta energia elektryczna to skąd się bierze? Ze spalania węgla brunatnego i brykietów, czyli odnawialnego drewna? Można oczywiście wytapiać stal tylko wtedy, kiedy wieje wiatr lub świeci słońce - będzie wtedy bardziej "zielona", niż średniowieczna i niż brunatna :-)