Laserový systém ohlídá tavenou ocel. Rychle a levně.  
Materiáloví vědci z Walesu vyvinuli převratný systém, který monitoruje teplotu a chemické složení tavené oceli v reálném čase. Takové zařízení ušetří jedné ocelárně mnoho milionů ročně.
Szymon Kubal v ocelárně Tata Steel Port Talbot. Kredit: Tata Steel
Szymon Kubal v ocelárně Tata Steel Port Talbot. Kredit: Tata Steel

Když chtějí v ocelárně otestovat tavenou ocel, tak obvykle musejí zastavit výrobu. Pak do taveniny spustí jednorázové sondy, které změří teplotu roztavené oceli a odeberou vzorky pro chemickou analýzu. S novým laserovým systémem by se to ale mělo změnit.

 

Port Talbot Steelworks. Kredit: Chris Shaw / Port Talbot Steelworks.
Port Talbot Steelworks. Kredit: Chris Shaw / Port Talbot Steelworks.

Současný systém sond pro monitorování tavené oceli stojí výrobce oceli hodně peněz. Jde o cenu sond samotných a také o cenu za samotné zdržení výroby. Szymon Kubal z britské Univerzity ve Swansea a jeto tým vyvinuli převratný laserový systém, který obchází obě dvě zmíněné nevýhody monitorování tavené oceli.

 

Nový systém zahrnuje vystřelení laserového paprsku do pece na výrobu oceli a přímo do roztavené oceli. Laserový paprsek přitom prochází takzvanými dmyšnami (odborně tuyère), což jsou kanálky ve stěně pece, které přivádějí do pece předehřátý vzduch. Probíhá to za plného provozu, přičemž se do dmyšny nepřetržitě vhání plyn, aby zůstala průchozí pro laserový paprsek. Systém tímto laserovým paprskem změří jak teplotu, tak i chemické složení vyráběné oceli.

 

Poetika ocelárny. Kredit: Grubb / Wikimedia Commons.
Poetika ocelárny. Kredit: Grubb / Wikimedia Commons.

Metoda Kubalova týmu je založená na spektrometrii. Data získává ze světla vyzařovaného ocelí pasivně, v případě určení teploty tavené oceli, a také vyzařovaného aktivně, po zásahu laserovým paprskem, což slouží k určení složení vyráběné oceli.

 

S touto technologií budou v ocelárnách sledovat teplotu a chemické složení tavené oceli v peci, v reálném čase. Jedna ocelárna by podle odhadů mohla ušetřit až 4,5 milionu liber (přes 132 milionů Kč) ročně. Asociace The Worshipful Company of Armourers and Brasiers udělila zmíněné technologii cenu Materials Science Venture Prize, která zahrnuje odměnu 25 tisíc liber. Univerzita ve Swansea je první institucí, která tuto cenu získala dvakrát. V obou případech šlo o průkopnický počin ve výrobě oceli.


Nová technologie byla testovaná v ocelárně Tata Steel Port Talbot na jihu Walesu. To je jedna z nejvýznamnějších oceláren ve Velké Británii a také v celé Evropě, která zaměstnává přes 4 tisíce lidí. Teď tuto technologii zavádí na trh spinoff se sídlem ve Swansea, Kubal-Wraith Ltd. Podle dostupných informací je možné tuto metodu monitorování taveniny využít i při produkci dalších kovů, jako je hliník, měď nebo nikl. 

Video:  Steel Works: Port Talbot's Heart


Literatura
Swansea University 14. 6. 2018.

Datum: 25.06.2018
Tisk článku

Hra o trůny - Opravdová ocel (1/6) -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 299 Kč
cena: 248 Kč
Hra o trůny - Opravdová ocel (1/6)

Související články:

Lehčí než voda a pevný jako ocel     Autor: Stanislav Mihulka (04.02.2014)
Sklo pevné skoro jako ocel     Autor: Stanislav Mihulka (07.11.2015)
Nový biomateriál z celulózních nanovláken prolomil rekord v pevnosti     Autor: Stanislav Mihulka (11.05.2018)



Diskuze:

Trump si 25% daní rychle a levně pohlídá anglickou výrobu oceli i bez laserů

Josef Hrncirik,2018-07-10 06:13:09

Odpovědět

Marný je boj J.Jandy s proruskými fake news, když takto dopadla zpráva z Swansea University o jejich bádání, které bylo odměněno cenou cechu platnéřů a ?brasiers.

Josef Hrncirik,2018-06-26 19:43:22

Jediná rozumná zmínka je v: www.theengineer.co.uk/laser-monitoring-save-steelmakers/

Szymon Kubal, said: “We have been able to adapt and combine recent advances in refractory manufacturing and laser metrology to enable continuous monitoring with no break in production.”

He explained that the process allows a laser beam to be projected into a (!molten furnace!) through a refractory gas-swept channel (or tuyère) in the "molten furnace wall".?! “Previous attempts of laser measurement techniques have been thwarted because metallic accretions block the channel through which the laser is probing, rendering the devices unreliable,” he said. “This innovation does do not suffer from such problems.”
“We have been able to adapt and combine recent advances in refractory manufacturing and laser metrology to enable continuous monitoring with no break in production.”
The technology, which recently won the Materials Science Venture Prize awarded by The Worshipful Company of Armourers (platnéři) and ?Brasiers?, is the subject of a patent owned by Swansea University to which Kubal-Wraith has exclusive exploitation rights.”

Snahu university utajit podstatu vynálezu velmi podpořil://optics.org/news/9/6/30.
Laser-based monitoring of molten metal has been a topic of research for some time. Potential applications have included the use of laser scattering methods to deliver non-contact temperature measurements, by monitoring the growth! of oxide? in? the melt? and the resulting changes in reflected light intensity, relating the rate of intensity reduction to the temperature of the molten metal?!. Kolik ušetřili na optických pyrometrech?

Another avenue of interest has been the application of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for online monitoring of the corrosion behavior of molten metal.

Szymon Kubal's research at Swansea in collaboration with Tata Steel has already included a number of non-optical developments and redesigned structural elements to improve the handling of molten metal, but he has also previously discussed the potential for laser scanning technology to play a role in cost-effective metal furnaces and refractories, beyond its established use in the monitoring of refractory wall thicknesses?!. /?? zdá se tedy, že skutečně laserem prostřelil durch všemi plášti i vyzdívkami. Proč však nakonec do ohnivé pece vstupuje nesměle oklikou silně chlazenými tuyère?/ (protože heslem platnéřů je: Vždy bezpečně!

In a paper for the 2017 Unified International Technical Conference on Refractories, he commented on the impact that laser scanning could have on the total cost of ownership of converter refractories for operators.

"Modern laser scanning technology offers much more than just information on residual thicknesses of converter lining for safety purposes," he said. "Scan results can provide information on lining temperature; optimize runout time and yield by assisting tapping; aid material selection to eliminate heavy wear zones; and optimize maintenance practices to maximize value in use."

Nyní zbývá jen nastudovat na wiky co to je LIBS.
Prostě krátké intenzivní pulzy laseru perfektně fokusované na materiál ho lokálně vypaří, plazma expanduje, ochladí se a chvíli září v optické oblasti používané např. při klasické metalurgické spektroskopii po buzení el. jiskrou.

Odpovědět


Potřebné horory ze života oceli v TATA Steel UK Limited lze snadno najít v ekologických hodnoceních výroby

Josef Hrncirik,2018-06-26 22:21:04

https://naturalresources.wales/media/676099/20160208-eprbl7108imv015-tata-port-talbot-permit-signed.pdf
Připravovaný koks a hrubý podíl rudy a vápno jsou plněny do 2 vysokých pecí a je přidáváný sintr z prachových podílů rudy. Do pecí se vhání dyšnami fučnami (tuyère fucken) vzduch 1200°C s mletým uhlím. Odtah kychtových plynů má přetlak 2 bar, kolik je ve fucknách se raději neuvádí. Každá pec vyrobí cca 2,5 Mt surového železa/rok.
Surové železo se zušlechťuje na ocel ve 2 BOS jednotkách.
Cca 250 t surového Fe o teplotě cca 1600°C je v pánvi odsířeno Mg a vápnem, struska je stažena a Fe nalito do BOS konvertoru, přidán šrot, ev. ruda či pelety sintru.
"O2 is blown with supersonic velocity!". Je to tedy O2 konvertor s bazickou vyzdívkou, tj. chemicky Thomasův. O2 však není brutálně vháněn fucknami ode dna, alebrž seshora zanořovanými.
Jde asi jen o drobné detaily, jako při vaření piva. Tyto moderní procesy se liší jen způsobem vhánění O2, všechny jsou bazické.
Obsah C v oceli původně cca 4% je snižován spalováním na CO, který se pochopitelně jako koncentrované palivo chladí, čistí a jímá. Strusku zbavuje kovu kontraktor (Black Waters).
Po analýze je proces ev. prodloužen.
Následují další úpravy složení dle přání zákazníků v RD KTB nebo CAS 1 či CAS 2.
Potom je tavenina zpracována konti-litím a válcováním s žíháními.
Ocelářskou hantýrku a názvy procesů je možno najít v dizertačce:
//etheses.whiterose.ac.uk/2591/1/parrystephen.pdf

Odpovědět


Potřebné info k LIBS je např. DOI: 10.1366/11-06574

Josef Hrncirik,2018-06-27 08:03:16

Pro dosažení cca 5-20 kK ke vzniku čarového spektra je zapotřebí cca 10 ns pulz intenzity GW/cm2, tj. dodat cca 1 J/mm2. Toho lze při dobré fokusaci snadno dosáhnout.
Při horší fokusaci dlouhým ohniskem teleskopu jsou požadované výkony laseru stále přijatelné. Dlouhé ohnisko je nutné kvůli požadované distanci optiky od drastické taveniny i strusky a menší citlivosti na pohyb hladiny kovu v konvertoru. Část optických drah může jít vlákny. Kvůli potlačení šumu je asi nutné vybrat jen světlo z dopadového ohniska a měřit jen signál z vlastního dopadu opakovaných pulzů s vhodnými časovými filtry.
Pravděpodobně to bude vyžadovat fotonásobiče při měření spektrálních čar.
Pro potřeby metalurgie je LIBS dostatečně přesná 5-10%rel, je však silně závislá na matrici (jsou ale velmi podobné). V metalurgie se také moc nehledí na vypálená oka, ani nebývá čím.
Pravděpodobně v měřené oblasti musí být nad zklidněnou čistou taveninou bez strusky inertní plyn aby se neanalyzoval jen povrchový oxid, avšak navíc vzorek musí být rychle cirkulován mezi celým objemem konvertoru, aby byl reprezentativní.
Protestuji se, že Šimona nepovýšili do šlechtického stavu.

Odpovědět

Prosba o korektury

Aleš Fifka,2018-06-25 07:49:52

Citace: "Nový systém zahrnuje vystřelení laserového paprsku do pece na výrobu oceli a přímo do roztavené oceli."

Úspěšný průchod laserového paprsku roztavenou ocelí si představuji jen s velkými obtížemi. Rovněž tak nějaký stabilní odraz od hladiny.
Pokud jde ve skutečnosti o vysokou pec a řeší se výroba surového železa, představivost mi při popisovaném využívání laseru selhává úplně stejně.

Odpovědět


Re: Prosba o korektury

Pavel Hudecek,2018-06-25 09:54:59

Průchod to téměř určitě nebude:-)

Doporučuji si spíš představovat měření spektra vyzařovaného žhavým povrchem a jeho změnu po přihřátí laserem. Nebo ten odraz, jen si ale nepředstavovat, že se jedná o odraz zrcadlový. Obecně naopak odráží každý povrch, který není absolutně černý, což je vlastně každý reálný povrch. A nepochybuji o tom, že takhle žhavý povrch bude vykazovat klasické absorpční spektrum.

Odpovědět


Prosba o konvertory

Josef Hrncirik,2018-06-25 11:47:48

Vylezl Šimon na obr.1 z Bessemerova či Thomasova konvertoru?

Odpovědět


Re: Prosba o konvertory

Pavel Hudecek,2018-06-25 14:24:15

Pokud i s fotografem pak nevylezli ze stroje času, tak spíš z kyslíkového. Můžu se mýlit, ale mám za to, že oba byly už před 100 lety zastaralé.

Odpovědět


Re: Re: Prosba o korektury

Jakub Beneš,2018-06-25 14:24:49

no ale kde tam bude ten snímač? v článku je popsáno jak obtížné je dostat do pece vůbec ten laserový paprsek. už se nezmiňuje, jak ho dostanou po tom náhodném rozptýleném odrazu ven. silně pochybuju, že snímač bude uvnitř :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Prosba o korektury

Pavel Hudecek,2018-06-25 15:57:09

Tipuju, že bude hned vedle laseru, velmi pravděpodobně ještě za nějakým filtrem. A taky tipuju, že pokud by se jednalo o absorpční spektrum, nebude úplně snadné signál odlišit od tepelného pozadí.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Prosba o korektury

Milan Krnic,2018-06-25 20:59:11

A já se zase obávám, že to má co společného s kvantovými jevy. A tedy že do pece uděláme BAF nkrát, z pece se nkrát ozve LEK LEK LEK, my z toho uděláme statistiku a vyjde nám škála čistoty spodků, kterou napasujeme na teplotu a oproti vší selské logice to bude sedět s realitou. Snad to ale jsou pouhá kouzla, to by se mi ulevilo.

Odpovědět


Re: Prosba o korektury

Jiří Kocurek,2018-06-25 18:01:21

Posvítiť do teho krz hen tentú trysku veprostřed? Gdyž sa može spektrálnú analýzú měřiť plazma v tokamaku, tož co by né?
https://en.wikipedia.org/wiki/Basic_oxygen_steelmaking#/media/File:Sch%C3%A9ma_LD_m%C3%A9tallurgie.svg

Odpovědět


Re: Re: Prosba o korektury

Josef Hrncirik,2018-06-27 07:01:49

U oceli vařené horním kvašením to na koncu (pusy) tej lanzny svítí samo hořením žižlavého železa v kysléku. Zpomeňte si na perskavky lebo propálování trezúrů.
V kyslékovém stanu nekouřit!

Odpovědět

Nejde tu o ocel

Milan Jánský,2018-06-25 07:29:51

Text článku je lehce zmatený. Port Talbot je ocelárna s uzavřeným hutním cyklem, která si pro výrobu oceli vyrábí své vlastní surové železo z rudy. A právě o měření parametrů (teploty, chemické složení)surového železa se tu s největší pravděpodobností jedná. Do oceli totiž v žádném případě nelze dmyšnami ve stěně pece dmýchat předehřátý vzduch, došlo by k jejímu naplynění dusíkem a vyhoření uhlíku a legujících prvků.
Naopak tato technologie je běžně využívána při výrobě surového železa ve vysoké peci.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace