نوآوری LUS: سودآوری در فولادسازی

به گزارش می‌متالز، صنعت فولاد در آستانه تغییر تحول به سمت اقدامات سبزتر و پایدارتر قرار دارد. یکی از نوآوری‌های امیدبخش در این گذار، فناوری اندازه‌گیری دانه‌های ریزساختار با استفاده از روش تلفیقی لیزر آلتراسونیک (LUS) است. این فناوری لبه علم که توسط مؤسسه تحقیقات فلزات سوئد توسعه داده شده است، بینش بی‌سابقه‌ای در مورد ریزساختار فولاد ارائه می‌دهد و راه را برای روش‌های تولیدی کارآمدتر و سازگار با محیط‌ زیست هموار می‌کند. فناوری لیزر آلتراسونیک یک تکنیک غیرتماسی است که از لیزر برای تولید و تشخیص امواج فراصوت در مواد استفاده می‌کند. به عبارت ساده‌تر شامل شلیک پالس لیزر کوتاه در سطح یک ماده برای ایجاد امواج فراصوت است که سپس از میان ماده عبور می‌کند. سپس لیزر دیگری پاسخ این امواج را تشخیص می‌دهد و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا خواص و ریزساختار مواد را تحلیل کنند. تصویر شماتیک اصول اندازه‌گیری آلتراسونیک در شکل ارائه شده است.

این فرآیند با لیزر پالسی کوتاه شروع می‌شود که به‌ عنوان لیزر سوئیچ Q شناخته می‌شود که با ایجاد پلاسما در سطح ماده، امواج فراصوت را تولید می‌کند. این پلاسما باعث انبساط حرارتی می‌شود که شوک فراصوت یا آلتراسونیک ایجاد می‌کند. سپس پاسخ موج آلتراسونیک با تحلیل شیفت داپلر بازتاب سطحی با استفاده از لیزر دیگر اندازه‌گیری می‌شود. این روش که در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ توسعه یافت، از اوایل دهه ۲۰۰۰ به‌ صورت تجاری در صنعت فلزات برای پایش ضخامت دیواره در فرآیند تولید لوله‌های فولادی بدون درز به کار گرفته شده است. فناوری جدید اندازه‌گیری دانه‌های ریزساختار مبتنی بر LUS نشان‌دهنده یک جهش قابل‌توجه در تکنولوژی تولید فولاد است. این سیستم که در خط نورد گرم کارخانه Borlang سوئد نصب شده است، اولین راه‌اندازی دائمی برای نظارت بر ریزساختار فولاد در حین نورد گرم به شمار می‌رود. این تجهیز بعد از آخرین قفسه و قبل از میز خنک‌کاری ورق قرار می‌گیرد و اطمینان حاصل می‌کند که داده‌های بحرانی را در طول فرآیند تولید ثبت می‌کند. یکی از ویژگی‌های کلیدی این تجهیز توانایی اندازه‌گیری اندازه دانه فولاد در زمان واقعی است. اندازه دانه عامل مهمی در تعیین خواص مکانیکی فولاد با مقاومت بالا و انواع دیگر فولاد‌های پیشرفته است. به‌ طور سنتی، اندازه‌گیری اندازه دانه در طول فرآیند نورد گرم به دلیل شرایط شدید چالش‌برانگیز بوده است. با دما‌های بین ۸۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد و حرکت مواد در سرعت‌های تا ۱۰ متر ثانیه، اندازه دانه بر پایه فناوری LUS تنها روشی است که بر این چالش‌ها غلبه می‌کند، در حالی‌ که اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل‌اعتمادی را ارائه می‌دهد.

اندازه‌گیری اندازه دانه بر پایه LUS با تحلیل مودال وابسته به فرکانس امواج فراصوت در حین عبور از فولاد انجام می‌شود. در ادامه مراحلی از فرآیند اندازه‌گیری توضیح داده خواهد شد: ۱-تولید امواج فراصوت: یک پالس لیزری به سطح فولاد برخورد می‌کند و یک شوک آلتراسونیک ایجاد می‌کند. ۲- تشخیص پاسخ: یک لیزر دیگر پاسخ امواج آلتراسونیک را که به داخل فولاد منتقل می‌شوند تشخیص می‌دهد. ۳- تحلیل فرکانس: سیستم دمپینگ وابسته به فرکانس این امواج را تحلیل می‌کند، فرکانس‌های بالاتر بیشتر از فرکانس‌های پایین‌تر تضعیف می‌شوند و این تضعیف مرتبط با اندازه دانه فولاد است. ۴- محاسبه اندازه دانه: با استفاده از منحنی‌های کالیبراسیون، سیستم تضعیف اندازه‌گیری‌شده را به مقدار متوسط اندازه دانه تبدیل می‌کند. این روش امکان پایش ریزساختار فولاد را در زمان واقعی فراهم می‌کند و داده‌های ارزشمندی را برای بهینه‌سازی فرایند تولید فراهم می‌آورد.

توسعه روش اندازه‌گیری دانه بر پایه فناوری LUS به‌ ویژه در زمینه گذار به فولاد سبز بسیار قابل‌توجه است. با حرکت این صنعت به سمت فعالیت‌های پایدارتر تأکید روبه‌رشدی بر استفاده از فولاد تولیدشده بر پایه قراضه و استفاده از روش‌های احیا هیدروژن وجود دارد. این روش‌های جدید با هدف کاهش ردپای کربن تولید فولاد استفاده می‌شوند؛ اما ضروری است که اطمینان حاصل شود که فولاد حاصل دارای خواصی مشابه با فولاد ساخته‌شده با روش‌های سنتی بر پایه سنگ‌ آهن است. روش اندازه‌گیری دانه بر پایه فناوری LUS نقش مهمی در تأیید این فرآیند‌ها دارد. با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق ریزساختار فولاد اطمینان حاصل می‌شود که فولاد جدید و سبزتر استاندارد‌های موردنیاز را برآورده می‌کند. این قابلیت برای پذیرش صنعت و پذیرش گسترده روش‌های تولید پایدار فولاد ضروری است. روش اندازه‌گیری اندازه دانه بر پایه LUS قبلاً در کارخانه SSAB در Borlange سوئد نصب و تست شده است. این سیستم توانایی خود را در ارائه اندازه‌گیری‌های قابل‌اعتماد در محیط سخت یک کارخانه نورد گرم ورق نشان داده است. طراحی این تجهیز به‌ صورت پایدار شامل اپتیک برای فاصله کاری طولانی بیش از نیم متر و حفاظت مناسب در برابر شرایط سخت بوده است. در شرایط عملی این تجهیز مزایای متعددی را پیشنهاد می‌کند. برای نمونه کنترل کیفیت پیشرفته را می‌توان توضیح داد: با پایش اندازه دانه در زمان واقعی، این تجهیز به شناسایی انحرافات در فرآیند تولید کمک می‌کند، اجازه تنظیمات فوری و تضمین کیفیت سازگار را می‌دهد، برای برخی از گرید‌های فولاد می‌توان از رابطه هال-پچ برای اندازه‌گیری خواص مکانیکی، تسهیل داده‌های مکانیکی در طول کل نوار، یا کویل بدون نیاز به آزمایش‌های پرهزینه و زمان‌بر و همچنین افزایش بازده استفاده کرد.

از دیگر مزایای این فناوری بهینه‌سازی فرآیند است: از داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط این تجهیز می‌توان برای بهینه‌سازی فرآیند تولید در هر دو حلقه کنترل پیشرو و همچنین کمک به بهینه‌سازی فرآیند راه‌اندازی استفاده کرد. داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط این تجهیز می‌تواند برای بهینه‌سازی فرآیند استفاده شوند. همچنین توسعه سریع مواد از دیگر مزایای آن است: داده‌های ریزساختار واقعی و تفصیلی تهیه‌شده توسط این تجهیز را می‌توان برای توسعه مفاهیم جدید آلیاژسازی و بهبود مدل‌های موجود مواد به کار برد، در نتیجه سرعت نوآوری در صنعت فولاد را تسریع کرد. روش اندازه‌گیری دانه بر پایه فناوری LUS یک فناوری بدیع است که پتانسیل زیادی در صنعت فولاد دارد. با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق ریزساختار فولاد گذار به روش‌های تولید سبزتر را پشتیبانی کرده و کیفیت و ثبات فولاد تولیدی را تضمین می‌کند. هر چه شرکت‌های فولاد بیشتری از این فناوری استفاده کنند، می‌توان انتظار داشت که پیشرفت‌های قابل‌توجهی هم در بازدهی و هم در پایداری تولید فولاد مشاهده شود.

منبع: ایراسین