Šķidru alumīnija sakausējumu degazēšanas intensifikācija no izšķīdušā ūdeņraža ar argona mikroburbuļiem, kurus rada ar intensīvu turbulentu šķidrā metāla strūklu, izveidojot to ar bezkontakta elektromagnētisku maisītāju

Projekta nosaukums: Šķidru alumīnija sakausējumu degazēšanas intensifikācija no izšķīdušā ūdeņraža ar argona mikroburbuļiem, kurus rada ar intensīvu turbulentu šķidrā metāla strūklu, izveidojot to ar bezkontakta elektromagnētisku maisītāju.

Projekta identifikācijas numurs: KC-PI-2017/72

Projekta īstenošanas termiņš: no 29.01.2018. līdz 28.07.2018. (6 mēneši)

Projekta kopējais finansējums: 25 000,00 euro, no kuriem atbalsta finansējuma apmērs (90%): 22 500,00 euro, LU finansējums (10%): 2 500,00 euro.

Projekta zinātniskais vadītājs: LU Fizikas institūta vadošais pētnieks Imants Kaldre

Projekta administratīvais vadītājs: Gints Rieksts, e-pasts: gints.rieksts@lu.lv

Projekta mērķis – komercializēt izstrādāto bezkontakta degazācijas tehnoloģiju.

Projekta īss kopsavilkums:

Degazācija ir tehnoloģisks starpposms alumīnija ražošanā starp metāla kausēšanu un liešanu. Šķidrajā alumīnijā ražošanas gaitā ir izšķīdis ūdeņradis. Lai tas neradītu poras liešanas procesā, no ūdeņraža atbrīvojas - šķidro metālu degazē. Tipiski degazāciju panāk injicējot metālā inertu gāzi, galvenokārt argonu, kas piesaista ūdeņradi. Lai industriāli process būtu efektīvāks, argona burbuļu izmēram jābūt pēc iespējas mazākam. Šobrīd visplašāk izmantotā metode, lai šķeltu šos burbuļus, balstās uz metālā ievietotu rotoru. Lai arī šāda mehāniska burbuļu smalcināšana veicamo uzdevumu izpilda, tai ir arī būtiski trūkumi, attiecīgi tiek meklētas alternatīvas.

Degazācijas procesu iespējams realizēt ievadot speciāli izveidotā šķidrā metāla starptilpumā inertu gāzi (Argonu vai slāpekli). Šajā nesējgāzē ūdeņradis šķīst labāk kā alumīnijā, tāpēc nesējgāzes burbuļos tiek piesaistīts ūdeņradis, kas kopā ar nesējgāzes burbuļiem tiek izvadīts uz šķidrā metāla virsmas, kur tas savukārt augstās temperatūras un skābekļa vidē sadeg. Lai arī fizikāli šāds process strādā vienkārši ievadot nesējgāzi šķidrajā metālā, izveidotie burbuļi veidojas salīdzinoši lieli, ar zemu virsmas laukums pret tilpumu attiecību. Rezultātā nepieciešams ļoti liels gāzes daudzums, lai nodrošinātu efektīvu degazācijas procesu. Šī iemesla dēļ, gāzi metālā tipiski ievada caur rotējošu grafīta detaļu, kur gāze tiek metālā padota radiāli caur uzgali. Rotācijas ātrumam uz uzgaļa malas sasniedzot 3 - 4 m/s, tiek sasniegta tāda ātruma nobīde starp šķidro metālu un ievadāmo gāzi, ka lielie gāzes burbuļi tiek sasmalcināti smalkākos, nodrošinot nepieciešamu virsmas/tilpuma attiecību efektīvai degazācijai.

Šobrīd identificēti sekojoši industriāli izmantotās tehnoloģijas trūkumi un problēmas:

• Nepieciešams regulāri mainīt grafīta rotorus.
• Tiek piesārņots metāls rotora noārdīšanās apkārtējās vides dēļ.
• Degazācija notiek lokālā apgabalā, izšķīdušās gāzes var netikt izvadītas no sakausējuma pilnībā.
• Virsmas svārstības veicina virsmas oksidāciju un oksīdu plēves pārtrauktību.
• Degazācijas sistēmas konstrukcija ir sarežģīta un dārga izgatavošanā, turklāt ietver lielas iekārtas apkalpošanas izmaksas un komplicētu sistēmas operēšanu.

Izstrādātā bezkontakta degazēšanas tehnoloģijas piedāvā  šos trūkumus mazināt vai pat izskaust pavisam.

Projekta galvenie rezultāti:

1)      Tehniski ekonomiskā priekšizpētes izstrāde;

2)      Komercializācijas stratēģijas izstrāde.

Projekta izpilde uz 30.05.2018.:

Projekta ietvaros ir izsludināts konkurss (ID Nr. LU 2018/14_ERAF) uz  Komercializācijas stratēģijas un TEP izstrādes pakalpojumiem. Uz esošo brīdi ir noslēgti pakalpojuma līgumi ar pakalpojuma sniedzēju, kuri jau uzsākuši veiksmīgu sadarbību ar LU FI personālu TEP izstrādē- gan tiekoties klātienē, gan attālināti uzsākuši sagatavot nepieciešamās sadaļas. LU FI personāls aktīvi ir sākuši pētīt un papildināt zinātniska rakstura informāciju par tehnoloģiju un to pielietojumu, apzināt potenciālos riskus tehnoloģiju izstrādē un ieviešanā ( vājās un stiprās puses), apkopo tehnoloģijas galvenos darbības principus, u.c. informāciju, lai sagatavotu TEP un tā pamatojošo dokumentāciju. "

Projekta izpilde uz 31.07.2018.:

Projekta ietvaros ir sagatavots projekta dokumentācijas kopums, kas ietver lielu apjoma datu, zinātniskās informācijas, tehnoloģijas analīzes un  strukturētu informācijas apkopojumu. Projekta dalībnieki dokumentus izstrādājuši sadarbībā ar SIA “Inovatīvās Konsultācijas” un SIA “IRB” apvienību, ietverot tajos projekta galvenos plānotos rezultātus- Tehniski ekonomiskā priekšizpēti,  Komercializācijas stratēģiju un Komercializācijas pasākuma plānu. Visi dokumenti iesniegti LIAA, lai ārvalstu eksperti varētu izvērtēt esošās tehnoloģijas komercializācijas potenciālu.

Projekta izpilde uz 28.09.2018.:

28.09.2018.saņemts pozitīvs LIAA lēmums par projekta atbalstīšanu un finansējuma piešķiršanu projekta turpmāko darbību realizācijai, līdz ar to no 28.09.2018.uzsākas projekta 2.kārtas īstenošana.

Projekta 2.kārtā plānotas šādas darbības un rezultāti:

• Darbība nr.1. “Eksperimentālās izstrādnes”:

- EM tehnoloģijas mērogošana (TRL 6),

Darbības rezultāts: Pētniecības atskaites ar definētajiem nepieciešamajiem parametriem- 1 (viena) gab.;

- Industriālā prototipa konstruēšana (TRL 6),

Darbības rezultāts: Rasējumu komplekts prototipa izgatavošanai- 1 (viens) gab.;

- Detaļu izgatavošana un iekārtas salikšana (TRL 6),

Darbības rezultāts: Izgatavots tehnoloģijas prototips,  ar kuru var pētīt un demonstrēt tehnoloģijas darbību ražošanai pietuvinātos apstākļos- 1 (viens) gab.;

- Tehnoloģijas testi ar prototipa iekārtu (TRL 7),

Darbības rezultāts: Tehnoloģijas testu atskaites ar kvantitatīviem rezultātiem, kas apstiprina tehnoloģijas priekšrocības darbībā- 1 (viena) gab.;

- Saražotā materiāla (Al stieņi)  ķīmiska sastāva analīze  (TRL 7),

Darbības rezultāts: Veikto analīžu rezultāti/atskaites- 1 (viens) komplekts;

• Darbība Nr.2 “Patentu pieteikumu iesniegšana”,

Darbības rezultāts: Sagatavoti un iesniegti Latvijas un PCT patentu pieteikumi- 1 (viens) komplekts;

• Darbība Nr.3 “Izstāžu/konferenču un individuālo vizīšu apmeklējumi un prototipa demonstrējumi”,

Darbības rezultāti: Dalība vismaz 4 (četrās) konferencēs/izstādēs un vismaz 4 (četras) tikšanās ar potenciāliem sadarbības partneriem;

• Darbība Nr.4 “Komercializācijas piedāvājuma sagatavošana”,

Darbības rezultāti: tehnoloģiskais piedāvājums- 1 (komplekts);

• Darbība Nr.5 “Projekta vadība un administrācija”,

Darbības rezultāts: īstenots 1 (viens) projekts;

• Darbība Nr.6 “Licences līguma sagatavošana”,

Darbības rezultāts: vismaz 1 (viena) licences līguma un citu intelektuālā īpašuma nodošanas līgumu sagatavošana;