Projekt – Ions Monit
Przemysł usług elektrolitycznego polerowania oczekuje odpowiedzi na pytanie: przy jakim zanieczyszczeniu kąpieli jonami żelaza, chromu, niklu proces staje się ekonomicznie stopniowo coraz mniej opłacalny i jaki ma to wpływ na jakość powierzchni stali po elektropolerowaniu? Ten interdyscyplinarny problem uwzględniający zagadnienia z pogranicza technologii chemicznej, ochrony środowiska, inżynierii powierzchni oraz matematyki nadal stanowi wyzwanie naukowe i ekonomiczne.
Nowatorski Pomysł
Projekt zakłada opracowanie nowatorskiego modelu matematycznego, co pozwoli na określenie granicznego zanieczyszczenia kąpieli stosowanych w przemysłowym procesie elektropolerowania stali chromowo-niklowych. Ponadto model ten będzie miał zastosowanie nawet dla zmieniających się kosztów odczynników chemicznych oraz energii elektrycznej. Projekt obejmuje realizację następujących zadań: przeprowadzenie badań zanieczyszczenia kąpieli procesowej w warunkach laboratoryjnych oraz w skali technicznej, analizę zmian jakości elektropolerowanych powierzchni w miarę wzrostu zanieczyszczenia kąpieli, identyfikację i analiza kosztów procesu w skali technicznej obejmująca również koszt neutralizacji szkodliwych dla środowiska odpadów, opracowanie modelu matematycznego umożliwiającego kontrolę zanieczyszczenia kąpieli oraz określenie granicznego zanieczyszczenia kąpieli uzasadnionego w odniesieniu do kosztów, prace przygotowujące do wdrożenia m.in. weryfikacja opracowanego wieloczynnikowego modelu matematycznego w skali technicznej.
Grupą docelową są zakłady produkcyjne zajmujące się elektropolerowaniem stali chromowo-niklowych w Polsce (perspektywa krótkofalowa) i w Europie np. Niemczech (perspektywa długofalowej). Opracowanie modelu dla najczęściej wykorzystywanego materiału w obróbce elektrolitycznego polerowania, jakim są stale nierdzewne, stanowić może podstawę do opracowania w przyszłości podobnych modeli dla innych materiałów tj. stopy tytanu.
Cel ogólny
Celem ogólnym projektu jest opracowanie nowatorskiego wieloczynnikowego modelu matematycznego umożliwiającego monitorowania zanieczyszczenia kąpieli stosowanej w procesie elektropolerowania austenitycznych stali nierdzewnych. Model ten umożliwi optymalizację oraz redukcję kosztów procesu oraz będzie miał wpływ na ograniczenie zanieczyszczenia środowiska podczas elektrolitycznego polerowania austenitycznych stali nierdzewnych. Osiągnięcie założonego celu wymaga realizacji następujących celów szczegółowych:
- Analizy i oceny zanieczyszczenia kąpieli procesowej w warunkach laboratoryjnych.
- Analizy i oceny zanieczyszczenia kąpieli procesowej w skali technicznej.
- Analizę zmian jakości elektropolerowanych powierzchni w miarę wzrostu zanieczyszczenia kąpieli w warunkach laboratoryjnych i w skali technicznej (połysk i morfologia powierzchni, odporność na korozję wżerową, skład chemiczny warstwy pasywnej).
- Identyfikację i analizę kosztów procesu w skali technicznej obejmująca również koszt neutralizacji szkodliwych dla środowiska odpadów.
- Opracowania wieloczynnikowego modelu matematycznego umożliwiającego kontrolę zanieczyszczenia kąpieli oraz określenie granicznego zanieczyszczenia kąpieli uzasadnionego ze względu na koszty.
Rezultaty projektu
Efektem końcowym projektu będzie opracowanie innowacyjnego modelu monitorowania postępującego zanieczyszczenia kąpieli do elektropolerowania. W celu opracowania modelu będą brane pod uwagę następujące czynniki:
- poziom zanieczyszczenia kąpieli jonami metali,
- poziom eksploatacji kąpieli wyrażony w Ah/dm3 kąpieli,
- koszt neutralizacji kąpieli procesowej,
- koszt energii elektrycznej do procesów elektrodowych,
- chropowatość i połysk powierzchni elementów ze stali chromowo-niklowej przed i po procesie elektropolerowania,
- czas procesu elektropolerowania detali w zestawieniu z ładunkiem jednostkowym, który przepłyną przez układ w Ah/dm2 powierzchni elektropolerowanego elementu, w zestawieniu z oczekiwanym połyskiem powierzchni po procesie.
Daną wyjściową w planowanym wieloczynnikowym modelu matematycznym będzie precyzyjne określenie granicznego poziomu zanieczyszczenia kąpieli procesowej powyżej, którego uzyskanie oczekiwanego wygładzenia powierzchni oraz wysokiego połysku będzie możliwe, ale będzie nieuzasadnione ze względów ekonomicznych i środowiskowych (duże zużycie energii elektrycznej i relatywnie wysoki koszt neutralizacji zanieczyszczonych kąpieli i popłuczyn). Punkt graniczny będzie wartością zmienną ściśle związaną z aktualnym kosztem energii elektrycznej oraz kosztem odczynników chemicznych. Dodatkowo opracowany opis matematyczny wpływu zanieczyszczeń na stopniowe pogarszanie się efektywności procesu elektropolerowania odznacza się wartością naukową, ponieważ procesy wpływu zanieczyszczenia kąpieli procesowych na elektrolitycznego polerowanie metali nie zostały dotychczas opisane modelami.
