百年不变的炼钢取样方法就此颠覆

英国斯旺西大学凭借监测钢水温度和成分的新技术获得了由Armourers and Brasiers Company颁发的2018年“材料科学创新奖”，该技术能够为钢厂每年节省高达450万英镑的费用。由Szymon Kubal和斯旺西大学的一个研究团队开发的这项技术使用了一台向炼钢炉中发射激光的激光器，能够连续监测炼钢炉中的温度，而不需要一次性探针或停止生产。

Szymon Kubal在英国塔塔钢铁公司的塔尔伯特港上的钢水炉旁。图片来源：塔塔钢铁公司。

塔塔钢铁公司的博士同时也是斯旺西大学的研究员Szymon Kubal评论称：“我们的新技术使激光束通过炉壁上的一个叫做‘风口’的通道投射到炼钢炉中，并且利用最新的气体注入技术保护回传数据通道。其中的难题之一就是在正常生产条件下对正在运转的炼钢炉进行测试，然而我们通过与英国塔塔钢铁公司的合作，得以进行了全面的试验。”

这项新技术赢得了Armourers and Brasiers公司授予的材料科学风险奖，奖金25,000英镑。斯旺西大学是第一个两次获得这项奖项的机构，两次都是它在钢铁领域做出了开拓性的贡献。

图片来源：Armourers & Brasiers twitter

目前，在炼钢过程中，需要暂时停止生产，然后将一次性探头浸入熔融金属中以测量温度。而这是非常低效的，因为它需要很长的时间，需要昂贵的探针，而且生产效率低下。

如果新技术能够提高质量控制而不需要额外的停工，那么对钢铁制造企业而言，其潜在节约的成本可能相当可观。斯旺西大学在领取该奖项时表示，这项新技术能够“为钢厂每年节省450万英镑”，并可能适用于其他金属的冶炼，如铝、铜和镍。通过使用新的监测方法，可以看到成本和生产效益的巨大变化。2018年1月斯旺西大学成立了新公司Kubal-Wraith Ltd，以将该技术商业化并将其推向市场。

转变制造流程

研究团队由SzymonKubal博士领导，其中包括斯旺西大学工程学院的专家Cameron Pleydell-Pearce博士和Adrian Walters博士。该奖项的评审团成员之一Bill Bonfield说道：“这个项目展示了研究和创新如何能够改变已经长期建立的制造业流程，我们的奖项旨在鼓励英国的科学创业，并提供资金以帮助像这样的创新发展得以实现其发展潜力。”

斯旺西大学皇家社会企业家Adrian Walters博士说：“2016年斯旺西大学凭借开创性的解决腐蚀问题的方法赢得了2016年创业奖，改进了钢铁产品，而今年的获奖者则改善了钢铁制造工艺的第一阶段，这表明斯旺西大学正在为钢材提供创新性解决方案。”

斯旺西大学知识产权负责人Gerry Ronan博士说：“这是一个极具声望和竞争力的奖项，并为早期创业提供了极大的可信度。

图片来源：Tata Steel UK twitter

基于激光的熔融金属监测一直是一个重要的研究课题。目前的方法包括使用激光散射来实现非接触温度测量，或者通过监测熔体中氧化物的生长以及由此导致的反射光强度的变化，以及将强度降低速率与熔融金属的温度相关联等。

另一种方法是应用激光诱导击穿光谱在线监测熔融金属的熔化过程。Szymon Kubal在斯旺西大学与塔塔钢铁公司合作的研究已经包括了许多非光学开发和重新设计的结构元素来改善熔融金属的处理，但他之前也曾讨论过激光扫描技术监测金属冶炼炉和耐火材料，这已经超出了其在监测耐火材料壁厚方面的既定用途。

在2017年国际耐火材料技术会议的论文中，Szymon Kubal评论了激光扫描技术的应用对钢铁企业运行成本的影响。他表示：“现代激光扫描技术提供的不仅仅是为了安全目的而获取冶炼炉耐火材料厚度的信息，其扫描结果还能够提供衬里温度的信息，通过协助出钢来优化循环时间和提高产量，还能够帮助选择材料以消除严重的磨损区域，以及优化维护流程以最大限度地提高其使用价值。”

三年内拿到第二个奖项表明了斯旺西材料科学方面的专业实力以及大学创造出的商业机会的质量。这也是Adrian Walters博士的荣誉，他与这两个成功的团队进行了密切的合作。“