این تعریف که متالورژی که از قدیمی‌ترین هنرها و یکی از جدیدترین علوم است ، بخوبی تاریخچه طولانی و جالب رشته متالورژی را بیان می‌کند. از زمانی که بشر فلز را شناخت، متالوژی را به‌ عنوان یک هنر فرا گرفت.

به گزارش استیل پدیا، این علم ، فرآوری مواد معدنی از کانه‌های آنها (جدا سازی از سنگ معدن) ، ذوب ، تصفیه و تولید شمش ، بهبود خواص و تهیه آلیاژها و فن کار بر روی فلزات و شکل دادن آنها را در بر می‌گیرد. صنعت متالورژی در جهان از دیرباز به‌عنوان صنعت مادر شناخته شده ، با پیشرفتهای روز افزون تکنولوژی ، نقش آن آشکارتر می‌گردد.

در حال حاضر کنترل اثرات زیست محیطی یکی از مهمترین موضوعات پروژه های تحقیق و توسعه در جهان می باشد. در حالی که صنایع متالورژی امریکا همواره به دنبال دستیابی به پیشرفت هایی در زمینه فناوری های جدید می باشند ، در کنار آن بر روی رقابت بین مواد تمرکز نموده و در سال های اخیر نیز به حفظ محیط زیستی سالم و تولیدی اقتصادی توجه بیشتری داشته اند که به شتاب روند اجرای پروژه های تحقیق و توسعه از طریق همکاری های فیمابین شرکت های خاص ، دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی افزوده است.

مدیر اجرایی انجمن فناوری آهن و فولاد امریکا (AIST) می گوید امروز تمرکز زیادی بر روی توسعه فناوری ها در رابطه با بهبود اثرات زیست محیطی، کارآمدی مصرف انرژی ، تولید آلیاژهای جدید و فرایندهای کلی و بهبود کیفیت محصول می شود. فصل مشترک تمامی این فناوری های جدید ،حافظ محیط زیست یا دوست دار محیط زیست بودن آنها می باشد. به عبارت دیگر هدف همه این فناوری ها رسیدن به یک سوددهی مستمر از طریق یک تصمیم گیری اصولی در رابطه با مسائل اقتصادی و اکولوژیکی می باشد که در این راستا حداکثر کوشش و تلاش صورت می پذیرد.

همه جنبه های یک فرایند جدید از نظر ایجاد بهبود احتمالی کاملاً مورد مطالعه قرار می گیرد. مثلا در فولادسازی قوس الکتریکی همواره استفاده از تزریق آهک به کوره قوس رو به افزایش می باشد. با این عمل 10 درصد از مصرف کل آهک کاسته شده و موجب کاهش افت عملکرد فیلترها شده و با کاهش هزینه دفع باطله منتج به ایجاد یک محیط کارگاهی تمیز تر به دلیل حذف گرد و غبار آهک می شود.

علاوه بر این بازارهای مصرف کنندگان نهایی نیز نیازمند به نوآوری هرچه بیشتر و سریع تر در این صنعت می باشند چراکه آنان همواره خواهان ارتقاء عملکرد و بهبود خواص مواد بوده و این ضرورت محققین را مصمم به دستیابی به راهی برای پاسخگویی به نیازهای مورد نظر و مطلوب محصولات فلزی مشتریان نموده است.  

کارشناس ارشد فناوری شرکت امریکایی Alcoa (سومین تولیدکننده بزرگ آلومینیوم در جهان) می گوید ما در این شرکت فعالیت های گسترده تحقیقاتی زیادی را انجام داده ایم. در سال های اخیر این فعالیت های پژوهشی و نوآورانه با همکاری مشتریان و بر اساس نیازهای آنان و با استفاده از فناوری های جدید صورت می پذیرد و این همکاری ها انگیزه ای مضاعف برای تولید محصولات نسل آتی شده اند . در گذشته این نوع همکاری ها بر خلاف آنچه که در مقطع کنونی رایج است چندان متداول نبوده و تا زمینه ای برای همکاری های بیشتر فراهم شود.

مدیر بخش فناوری و کیفیت شرکت فولاد سازی تیمکن امریکا اظهار دارد در حال حاضر ما فعالیت های تولیدیمان را بر اساس خواسته های مشتریان انجام می دهیم و نه انگیزه های فناوری، چون در طی ده سال گذشته تمرکز بر روی خواسته های مشتریان نسبت به گذشته افزایش یافته و توانایی ما برای تبدیل نتایج تحقیق و توسعه به تولیدات تجاری نسبت به گذشته که شاهد آن بودیم افزایش یافته است.

بزرگترین و تمیز ترین ماشین ریخته گری کنونی در جهان

ماشین ریخته گری عمودی جدید و عظیم بلوم (شمشه) متعلق به کارخانه فولاد سازی تیمکن در اوهایوی امریکا به ارتفاع یک ساختمان 21 طبقه است و گفته می شود که بزرگترین ماشین ریخته گری پیوسته عمودی بلوم در جهان می باشد  و در نوع خود در امریکای شمالی بی نظیر می باشد.

این ماشین قادر به تولید بلوم هایی به ابعاد 18 ₓ 24 اینچ و 11 ₓ 17 اینچ است که عملکرد آن بالا و محصول نهایی آن بسیار یکنواخت و همگن می باشد. استفاده از تجهیزات ریخته گری مداوم SMS و نیز تعدادی از ویژگی های اختصاصی طراحی شده توسط Timken بعضاً به دلیل طراحی عمودی آن، از نظر آلودگی هوا کمترین آلودگی زیست محیطی را دارد که فقط 2 درصد از ماشین های ریخته گری شمش در جهان دارای وضعیت عمودی می باشند.

این ماشین ریخته گری دارای سه لاین تولید می باشد که می تواند در حدود یک میلیون تن فولاد در سال تولید نماید که می توان آن را با اضافه کردن یک خط دیگر توسعه داد. علاوه بر این مشتریان شرکت Timken از تجهیزات تست مشخصه های ماشین تراش فلزات برای ساخت چرخ دنده و تراش دنده بهره مند هستند. این تجهیزات بسیار حائز اهمیت می باشند چون نه تنها از هزینه های مشتری از طریق افزایش عمر ماشین ابزار می کاهند بلکه برای تولید فولاد با گریدهای بهینه برای ساخت ماشین های تراش استفاده می کنند.

به طور کل هدف نهایی یا دیدگاه صنعتی در رابطه با توسعه و پیشرفت این فناوری مشتری گرا ، تولید محصولات سبکی می باشد که در آن فلز نیز به کار رفته باشد که در صنایعی از قبیل ساخت خودروهای سبک مورد استفاده قرار می گیرد که در کاهش مصرف سوخت تا سال 2025 بسیار موثر خواهند بود که در اصلاح به آن ابداعات سبک در آینده (LIFT) می گویند. این مواد جدید برای سایر وسائط حمل و نقل از جمله  در ساخت سواری ، کامیون ، لوکوموتیو ، وسایل نقلیه زرهی ، کشتی ها و هواپیماهای سبک هم به کار خواهد رفت.

از جمله شرکت هایی که در طرح LIFT مشارکت دارند می توان به Alcoa ، Luvata ،  RTI اینترنشنال متالز ، شرکت فلزات تیتانیوم (Timet) ، متریون ، کارپنتر تکنولوژی ، گروه هولدینگ ، پودرمت ، نانو استیل و شرکت فولاد ورهاوس اشاره نمود. سایر اعضاء عبارتند از سازندگان قطعات اصلی ماشین آلات حمل و نقل ، سازندگان تجهیزات ، انجمن های تجاری ، دانشگاه ها و آزمایشگاه های تحقیقاتی ملی و غیر انتفاعی.

علاوه براین در بخشی از این تحقیقات برای سبک تر کردن وزن مصنوعات صنعتی ، تولید نسل آتی فولادهای با استحکام بالای پیشرفته می باشد که در صنایع خودروسازی استفاده خواهند شد. این فولادها ضمن داشتن استحکام بالا دارای خواص شکل پذیری و چکش خواری بسیار قابل توجهی می باشند و از نظر وزنی نیز بسیار سبک هستند. سایر مواد نیز دربازار خودرو با فولاد رقابت شدیدی دارند که این رقابت از ده ها سال پیش آغاز شده است که دست اندرکاران صنعت فولاد را بر این داشته تا بتوانند رضایت مشتریان را در این رقابت با ارائه محصولات جدیدی جلب کنند.

پیشرفت های انقلابی

صنعت آلومینیوم آلیاژهایی را تولید کرده است که نسبت به آلیاژهایی که در حال حاضر در بازار وجود دارند مستحکم تر و حتی سبک تر می باشند. یکی از نمونه های آن تکنولوژی جدید میکرومیل است که در پایان سال گذشته به بازار عرضه شده و از آن به عنوان یک پیشرفت انقلابی یاد می کنند. این تکنولوژی بخشی از استراتژی شرکت آلکوا برای گرفتن سهم بیشتری از بازار و پیشرو بودن در بازار می باشد. پیش بینی می شود که در راستای افزایش تقاضا برای خودروهای سبک مصرف ورق های آلومینیومی از سال 2012 تا 2025 به یازده برابر خواهد رسید.

آلیاژ تولیدی توسط سیستم میکرومیل 30 درصد قوی تر و 40 درصد شکل پذیرتر از آلیاژهای آلومینیومی است که در حال حاضر از فرآیند سنتی واحدهای نورد تولید می شود. این فناوری به خودروسازان این امکان را می دهد قطعات زیباتری را برای خودرو تولید کنند، همچنین با استفاده از فلز سبک تر نسبت به قطعات قبلی فولادی از استحکام بالاتری نیز برخوردار می شوند. برتری دیگر این فناوری سرعت تولید ورق های خودروسازی است که در هر 20 دقیقه یک ورق خودرو تولید می کند که پاسخگوی افزایش تقاضای خودرو سازان برای ورق های آلومینیومی است.

شرکت آلکوا هنوز تصمیم نگرفته است که آیا مجوز یا لیسانس این فناوری را به سایر تولید کنندگان آلومینیوم بدهد یا نه ، که این اتفاق تأثیرقابل توجهی در بازار و صنعت خواهد گذاشت.

اما صدور مجوز هسته ای استراتژی توسعه فناوری برخی از شرکت هاست مانند شرکت نانواستیل پاراویدنس که یک شرکت تولید کننده مواد پیشرفته است و بر روی تولید و طراحی آلیاژهای جدید تمرکز دارد. این شرکت اخیراً آلیاژی را ابداع کرده است که دارای استحکام بسیار بالایی بوده و سیاست شرکت این است که مجوز حق اختراع خود را که دارای خواص مکانیکی خاصی است و از طریق نانوتکنولوژی تولید می شود را به شرکت های فولاد سازی بفروشد.

تکنولوژی ریخته گری تسمه (Castrip) متعلق به شرکت فولاد سازی Charlotte در امریکا می باشد که یک سرمایه گذاری مشترک بین شرکت نوکور و شرکت فولاد سازی Blue Scope استرالیا و شرکت ژاپنی IHI می باشد. این شرکت اخیراً اعلام نموده است که یک توافقنامه فروش استفاده از این فناوری را با یکی از فولاد سازان پیشرفته امریکای شمالی منعقد نموده است که از سال آتی 500 هزار تن کوتاه در سال تولید خواهد داشت.

هنوز نام این فولادساز مشخص نشده است و اولین دارنده مجوز این فناوری خواهد بود که نوکور اجازه ساخت تجهیزات Castrip را بدان شرکت خواهد داد. این تجهیزات نورد دوقلو قادر به تولید تسمه ریخته گری فوق العاده نازک (UCS) به صورت کلاف تا پهنای 1680 میلیمتر و ضخامت 8/0 میلیمتر و 8/1 میلیمتر خواهد بود.

تکنولوژی castrip یک مرحله نسبت به ریخته گری اسلب نازک سنتی محصولات فولادی ، پیشرفته تر است. فولاد تولید شده از طریق این فناوری سریعاً استحکام یافته و سرعت ریخته گری آن بسیار سریع می باشد ، شار حرارتی آن نیز بالاتر می باشد و محصول آن نازک تر از ریخته گری اسلب نازک استاندارد می باشد. علاوه بر این این فناوری از هیچگونه روغن کاری بین سطح غلطک و فولاد مذاب و از نوسانات قالب استفاده نمی کند و تماس نزدیکی بین پوسته منجمد شونده و غلطک برقرار می شود. این تکنولوژی امکان انتقال حرارتی و میزان انجماد را تا 15/0 ثانیه در مقایسه با ریخته گری اسلب به روش سنتی کاهش می دهد.

کاهش تقاضای انرژی

با توجه به اهمیت تقاضا برای انرژی و اثرات آن بر روی محیط زیست و مصرف بالای انرژی توسط ذوب فلزات ، فناوری های زیادی برای کاهش مصرف انرژی در جهان ابداع گردیده و دستاوردهای متعددی برای بهبود فرایند ها حاصل شده است. به عنوان مثال بازیافت حراراتی و کنترل دود فرایندهای متالورژیکی از ابتدایی ترین روش های شرکت ها در این راستا می باشد.

بسیای از شرکت ها انرژی حراراتی خود را بازیافت می کنند و برخی از واحدهای خدماتی نیز فناوری هایی را ابداع کرده اند که می توان نه تنها انرژی بلکه فلزات را هم بازیافت نمود. بدون شک انرژی همچون خون در رگ تولید می باشد و تحقیقات زیادی در زمینه تأمین انرژی و کارآمدی آن در دست انجام است. اما چالش موجود این است که چگونه دستاوردهای علمی را با آنچه که در مقیاس آزمایشگاهی رخ می دهد به یکدیگر مرتبط سازیم. به هر صورت آزمایشگاه های تحقیقاتی در دانشگاه ها زمینه های مطلوبی را برای توسعه یا تولید نسل بعدی محصولات ایجاد می نماید.

در این رابطه در مرکز تصویر سازی و شبیه سازی (CVIS) در دانشگاه پردو در امریکا هم اکنون با همکاری تولیدکنندگان تجهیزات ، مراکز تأمین کننده انرژی و مصرف کنندگان نهایی فولاد 18 پروژه با استفاده از فناوری های شبیه سازی و تصویرسازی (Simulation Visualization) هشت موضوع مورد بررسی قرار گرفته است که عبارتند از توسعه نیروی انسانی ، ایمنی محیط کار ، کارآمدی انرژی ، قابلیت اعتماد و نگهداری ، آثار زیست محیطی ، مواد اولیه و تولید هوشمند که قرار است اجرای این پروژه ها از ابتدای ژانویه 2016 آغاز گردد.

محیط مجازی

کارشناسان می گویند شبیه سازی و تصویرسازی روش جامعی برای شرکت های فولاد سازی و سایر فلزات است. این فناوری نوعی انیمیشن (animation) نیست بلکه با استفاده از اطلاعات کمی و کیفی یک محیط مجازی از شرایط واقعی صنعتی خلق می کند. به عنوان مثال در پروژه های مربوط به کارآمدی انرژی، شرکت ها نه تنها از اطلاعات مربوط به درجه حرارت ، اطلاعات و یا سرعت در هر نقطه در داخل کوره آگاهی پیدا می کنند، بلکه آنان می توانند در واقع داخل کوره مجازی شده و با توجه به شرایط مختلف و به دلایل افت کارآمدی انرژی پی ببرند.

از دهه 1980 میلادی CVIS (مرکز شبیه سازی و تصویرسازی) با 88 سازمان خارجی از جمله شرکت های فولاد سازی ، آلومینیوم سازی و سایر فلزات در روی این پروژه ها همکاری دارد که نتیجه تحقیقات کاهش چشم گیر در میزان مصرف انرژی در این شرکت ها بوده است. علاوه بر این برنامه های فناوری کارآمدی بلند مدت انرژی در صنعت فولاد در دست اجرا و توسعه می باشد که هدف این برنامه ها رسیدن به بهره وری بالا ، تولید چدن خالص با مصرف انرژی اندک، افزایش بازیافت و کاهش هزینه های بهره برداری می باشد.

شاید بزرگترین دستاوردها و یا پیشرفت های فناوری از طریق افزایش قدرت روز افزون کامپیوتر و نرم افزارهای موجود صورت پذیرد که با خلق ساختارهای مجازی ذوب فلزات نیازهای مشتریان را تأمین کنند. باید به خواسته مشتریان توجه کرده و با توانایی های فنی موجود و آخرین دستاوردها در علوم و قدرت محاسبه و طراحی فرایند به نیاز مصرف کننده پاسخ داد.

استیل پدیا | مرجع خبر و تحلیل صنعت فولاد ایران و جهان