”Vår metallurgiska forskning är glödhet”

Teknikområde 23, Metallurgi (TO 23) är med sina 19 medlemsföretag Jernkontorets största teknikområde. Dessutom medverkar adjungerade forskningsutförare från Kungliga Tekniska högskolan, Luleå tekniska universitet och Swerim AB.

Teknikområde 23 bildades vid årsskiftet 2020/2021 genom en sammanslagning av två tidigare teknikområden, ett som fokuserade på malmbaserad metallurgi och ett om ljusbågsugnsteknik och skänkmetallurgi.

Efter sammanslagningen omfattar forskningsverksamheten i det nya teknikområdet hela järn- och ståltillverkningsskeendet, från reduktionsteknik och smältning, via olika raffineringssteg i konvertrar och skänkar, till en produkt som är klar för gjutning. Såväl processtekniska som stålkvalitetshöjande verksamheter prioriteras, liksom olika projekt med fokus på hållbarhet. Alla aspekter inom järn- och ståltillverkningsområdet behandlas inom teknikområdet, även användande av artificiell intelligens (AI) och maskininlärningsmetoder för att utveckla tillverkningsprocesserna.

– Det var ett lyckat drag att slå ihop de båda tidigare teknikområdena. På flera sätt är det mer effektivt att ha den gemensamma metallurgiska forskningen samlad i ett teknikområde, säger Robert Vikman, Jernkontorets forskningschef för teknikområdet.

För att underlätta hanteringen av teknikområdets omfattande verksamhet bedrivits den inom fyra separata forskningsblock (FB):

• Primärmetallurgi: Koksverk, reduktionsmetallurgi och masugnsteknik, förbehandling av råjärn och ljusbågsugnsteknik (FB23010).
• Konvertermetallurgi: LD-, AOD- och CLU-konvertrar (FB23030).
• Sekundärmetallurgi: Skänkmetallurgi inklusive vakuummetallurgi (FB23040).
• Eldfast teknik: Alla stålverkstillämpningar (FB23080).

Teknikområdet leds av en styrelse bestående av ordförandena i respektive forskningsblock och Jernkontorets forskningschef, Robert Vikman.

– TO 23:s första år verksamhetsår har varit intensivt och fruktsamt. Metallurgin är ju A och O när det gäller ståltillverkning – ett jätteområde att teknikbevaka och forska på och då är det bra att vi är många medlemmar. Företagen är generösa och berikar varandra. Jag tycker att man kan säga att vår gemensamma metallurgiska forskning är glödhet, säger Robert Vikman, med glimten i ögat.

Nedan beskrivs tre av teknikområdets sammankomster det gångna året, och som enligt Robert Vikman har varit särskilt givande och intressanta:

Seminarium om stålindustrins omställningsarbete

Forskningsblocket Primärmetallurgi anordnade i juni ett miniseminarium om framtidsutsikterna, när masugnstillverkat råjärn fasas ut och ståltillverkningen än mer baseras på omsmältning av skrot. Förväntad skrotbrist och processrelaterade frågor kring användning av direktreducerat järn, HBI (Hot Briquetted Iron) och DRI (Direct Reduced Iron), som råvara för ståltillverkning, var ämnen som togs upp till diskussion.

Som inramning till seminariet berättade Hanna Friberg från SSAB om det pågående omställningsarbetet i Oxelösund. Såväl hårda som mjuka delprojekt står på dagordningen. Stängning av befintliga utrusningar, koksverk, masugnar, LD-konvertrar och kraftverk, hantering och försörjning med råvaror (skrot) och el samt investeringar i ny stålverksutrustning är naturligtvis frågor av vikt som arbetas med men även mer kunskapsorienterade projekt ges stor betydelse. Bland de senare kan nämnas processutveckling för de nya utrustningarna i stålverket, utveckling och säkerställande av nuvarande och nya stålsorter samt kompetensuppbyggnad hos personalen.

Rutger Gyllenram, Kobolde & Partners AB, gav en redogörelse för vad som kommer att hända när masugnarna i Norden läggs ner. Perspektiv på transformationen från såväl nordiskt, europeiskt som globalt håll på ett flertal olika parametrar redovisades. Den förutsedda skrotbristen kommer att kompenseras av en ökad tillverkning av direktreducerat järn (HBI och DRI) vilket, i sin tur, ställer krav på utveckling av el-, vätgas-, biokol- och råvaruförsörjningen. Betydelsen av att vara noggrann vad gäller malmtillgång och -kvalitet, belystes med avseende på de slaggmängder som kan förväntas uppstå vid smältningen av järnråvaran i ljusbågsugnar.

Anders Werme, bergsingenjör och teknisk doktor, med erfarenheter från SSAB och ArcelorMittal delgav en grundlig betraktelse av, framför allt, europeiska initiativ på omställning från masugnsdrift och undvikande av koldioxidutsläpp och de utmaningar det medför. Arbetet i Norden, genom Hybrit, SSAB:s och LKAB:s interna projekt samt Ovakos omställning, anses som banbrytande inom området och här förväntas koldioxidneutralitet nås under 2020- och 2030-talen.

Alla större europeiska råjärnsbaserade ståltillverkare med ArcelorMittal, Thyssen, Tata Steel, Voestalpine, Salzgitter, SHS driver egna projekt om tillverkning av DRI med hjälp av vätgasreduktion. Målet är att bli koldioxidneutrala 2040–2050. I dessa projekt kommer även olika andra tekniker att användas; CCS, CCU samt injektion av vätgas eller träkol i masugnar. Arbete pågår på alla kontinenter om att nå koldioxidneutralitet till 2050–2060.

Att omställningen från masugnsdrift till direktreducering kommer att ske är nödvändigt med tanke på klimatfrågorna. Anders Werme presenterade tre frågor som kan bli intressanta att följa de närmaste trettio åren:

• Kommer kunderna att vara beredda att betala ett högre pris för fossilfritt stål?
• När kommer de rörliga kostnaderna för stål från vätgasreducerad DRI bli samma som för konventionellt tillverkat stål (inklusive kostnader för utsläppsrätter)?
• Hur kommer investeringskostnaderna för koldioxidfri ståltillverkning att utvecklas?

Styrelsemöte i Sandviken med verksbesök och praktiska inslag av smide

I slutet av september höll TO 23 ett tvådagars styrelsemöte hos Alleima Tube AB i Sandviken och på Högbo Bruk. Vid sammanträdet diskuterades uppslag till förstudier och genomförbarhetsstudier som finansieras med teknikområdets egna medel. Förstudierna kan sedan ligga till grund för framtida projektansökningar i forskningsprogrammen. Ett exempel på pågående förstudier är om och hur vätgasanvändning i stålprocesserna påverkar eldfasta material i ugnar och metallurgiska kärl. Biokol- och vätgasinjektion i ljusbågsugnar samt brikettering av interna restprodukter är andra områden som undersöks.

Dessutom diskuterade gruppen hur ingenjörsyrkets attraktivitet kan ökas och vilka aktiviteter styrelsemedlemmarna själva praktiskt deltar i gentemot skolor, högskolor och samhället i övrigt. Att visa upp spännande projekt på högskolor och institut verkar inspirerande för personer på skolorna som är nyfikna på teknisk utveckling inom metallurgiområdet, varför det är viktigt att söka och få projekt hos exempelvis det strategiska innovationsprogrammet Metalliska material.

Mötesdagarna kryddades med verksbesök på Surftech hos Alleima och lite praktiskt smidesarbete i Högbo.

"Envart teknikområde sin egen framgångs smed". TO 23:s styrelse inkl. smeddrängen Kurt Svahn (5:a från vänster). Foto: Johan ”SméJohan" Sandström.

Styrelsemötet finns ytterligare beskrivet i en egen artikel, se Teknikområde 23 vid konverterteknikens vagga (Högbo Bruk).

Workshop om hjärtstyckshållbarhet

Forskningsblocket Eldfast teknik anordnade i november en workshop om hjärtstyckshållbarhet i ljusbågsugnar.

Presentationer från Ovako Sweden, Uddeholm, Höganäs och RHI Magnesita (en leverantör av eldfasta produkter) gavs om de speciella påfrestningar och slitage som det så kallade hjärtstycket i ljusbågsugnarna utsätts för. Intressanta slutsatser kan dras genom att de iakttagelser som gjorts vid olika verk överensstämmer och bekräftar varandra. Överslag och termiska påfrestningar kan anses vara negativt för hjärtstyckshållbarheten. Positiva erfarenheter har uppnåtts genom:

• Spraykylning av valvet
• Vattenkylning av valv eller montage av en extra kylslinga
• Uppflyttning av kylslingan för att minska risken för överslag
• Minskning av gasströmmar i ugnen
• Ökat avstånd mellan valv och bad
• Byte av gjutmassa (kan ge bättre hållbarhet)
• Användning av fiberarmerad gjutmassa
• Torkning av hjärtstycket i ugn i stället för med gasol
• Minskning av hjärtstyckets yta
• Kontinuerlig drift. Kan ge livslängd på 3000 charger
• "Lean start", det vill säga lägre spänning innan elektroderna hunnit borra sig ner i beskickningen. Ljusbågar i starten bidrar negativt.

Om Jernkontorets teknikområden
Gemensam forskning bedrivs inom 15 teknikområden (TO) på Jernkontoret. Forskningen omfattar material- och processteknik från råvara till färdiga stålprodukter samt bearbetningssteg som till exempel valsning, extrusion och dragning.

Det finns också teknikområden för materialens egenskaper, värmningsteknik, analytisk kemi, oförstörande provning, digitalisering, pulvermetallurgi samt restprodukter. Avdelningen för forskning och utbildning leder verksamheten.

Så gott som alla stålverk i Sverige, Finland och Norge samt viktiga leverantörer och kunder till stålindustrin deltar i samarbetet.
Läs mer om Jernkontorets teknikområden.