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Mechanics of refractory materials at high-temperature for advanced industrial technologies

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Applicare la modellazione non-lineare per potenziare il settore dell’acciaio

Il progetto HOTBRICKS, finanziato dall’UE, sostiene la progettazione industriale all’avanguardia in Europa con la promozione dell’eccellenza nella modellazione non-lineare.

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Creare modelli precisi delle prestazioni di materiali resistenti agli shock termici in difficili condizioni industriali potrebbe far risparmiare denaro ai produttori e aumentare la sicurezza. Un passo avanti in questo campo è stato fatto riunendo accademici specializzati nella modellazione del comportamento non-lineare dei materiali e un leader dell’industria nella produzione di materiali refrattari (materiali che mantengono la loro resistenza ad alte temperature) per l’industria dell’acciaio, del vetro e della fonderia. “I risultati di questo progetto hanno le potenzialità per migliorare le prestazioni economiche e ambientali del settore dell’acciaio,” spiega il coordinatore del progetto HOTBRICKS, il dott. Francesco Dal Corso, assistente professore di meccanica solida e strutturale presso l’Università di Trento in Italia. “Un team di professionisti altamente qualificati è stato adesso preparato e dotato di una serie di competenze tecniche e abilità pratiche, che avranno un impatto immediato nel settore e colmeranno il divario spesso identificato tra l’accademia e l’industria.” Capire il comportamento del materiale La meccanica solida non-lineare è lo studio di come i materiali si comportano sotto pressione, di fronte a cambiamenti di temperatura e in altre condizioni di carico. Capire ciò è fondamentale per la progettazione di dispositivi usati in applicazioni meccaniche avanzate, in particolare in presenza di condizioni di carico estreme. Molte applicazioni di meccanica solida non-lineare riguardano per esempio l’ingegneria aerospaziale e robotica e i processi industriali che comportano formatura del metallo o ceramica. I materiali simili a rocce, chiamati geomateriali, sono una classe ampia di materiali che comprendono rocce, calcestruzzo, terreno e ceramica. Questi materiali sono di grande interesse dal punto di vista dell’ingegneria, perché sono usati per molti scopi industriali, come assorbenti di urti e vibrazioni, come protezione contro gli incendi, come barriere termiche e ovviamente come prodotti refrattari. La loro alta temperatura di scioglimento e la grande stabilità termica e chimica rendono questi materiali ideali per applicazioni ad alta temperatura, come per esempio quando si lavora con acciaio e ferro fusi. “L’obiettivo di questo progetto era quello di portare la modellazione non-lineare più vicino all’industria per ottenere progetti industriali in grado di garantire prestazioni superiori,” dice Dal Corso. “I progressi fatti nelle applicazioni industriali ad alte temperature usando geomateriali possono essere ottenuti solo mediante la modellazione non-lineare di complessi processi di produzione.” Competenze di prossima generazione Il programma di ricerca HOTBRICKS, lanciato a settembre 2013, ha riunito accademia (Università di Trento) e industria (Vesuvius) per impiegare la meccanica solida non-lineare nella progettazione di materiali refrattari per applicazioni con acciaio liquido. Insieme il team ha competenze di modellazione, simulazione numerica, analisi sperimentale, caratterizzazione dei materiali e ottimizzazione della progettazione. “Il nostro obiettivo era far crescere una nuova generazione di giovani ricercatori in un ambiente multidisciplinare e intersettoriale,” dice Dal Corso. Il successo più importante del progetto è stato la modellazione precisa del comportamento meccanico dei materiali refrattari ad alta temperatura, che ha portato a un nuovo modo di ottimizzare la progettazione di dispositivi per applicazioni ad alte temperature. “I risultati della ricerca rappresentano non sono un progresso per il sapere scientifico ma anche un passo avanti per la progettazione meccanica di componenti refrattari prodotti dall’industria,” osserva Dal Corso. Dalla conclusione ufficiale del progetto alla fine di agosto 2017, sono stati sviluppati nuovi metodi di progettazione per applicazioni ad alta temperatura che sono attualmente impiegati dal partner industriale Vesuvius. L’azienda belga sta usando le competenze collaborative per incrementare la sicurezza, ridurre lo spreco di materiali ed energia a diminuire l’inquinamento ambientale dei processi di produzione. “I risultati del progetto permetteranno inoltre a Vesuvius di implementare processi e tecnologie adeguati in modo più sostenibile, economico e veloce,” aggiunge Dal Corso.

Parole chiave

HOTBRICKS, industria, acciaio refrattario, materiali, spreco, Vesuvius, geomateriali

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