uusin.
– Uuden teräslaadun tie markkinoille on usein pitkä, mutta yksinkertaisen simulointimallin avulla sen koostumusta voi suunnitella lähes pelinomaisesti, ilman fyysistä kokeilua tuotantolaitoksessa, toteaa idean isä, tutkija Mika Järvinen Aalto-yliopiston Energiatekniikan laitokselta.
Normaalisti yhden sulatuksen teko 150 tonnin teräskonvertterilla kestää tunnin verran. Käsittelyn aikana hiilidioksidia ja kuonaa syntyy noin 10 000 kilogrammaa kutakin. Simulointimallin laskenta-aika on vain noin 30 sekuntia – sen käyttö on jopa 120 kertaa nopeampaa eri vaihtoehtojen testaamiseen kuin reaaliprosessi, ja lisäksi päästötöntä.
– Tehokkaan mallinnuksen avulla saadaan nopeasti selville mitä teräksen koostumukselle voidaan luonnonlakien puitteissa tehdä ja miten siihen päästään mahdollisimman pienillä materiaalikuluilla, Järvinen toteaa.
Tuotekehitystä ilman hakuammuntaa
Laskennallisesti tehokkaan teräskonvertterimallin lähtökohta on yksinkertainen: lasketaan tarkasti vain ne alueet, joissa olennaiset ilmiöt tapahtuvat. Ensin selvitettiin yhden kaasukuplan ympärillä tapahtuvat ilmiöt. Tässä syntynyt osaaminen siirrettiin todellisen prosessin reaktiovyöhykkeelle käyttäen moduuliajattelua.
– AOD-prosessissa käytetyt moduulit ovat kuplien nousualueen tulppavirtausreaktori sekä terässulan ja kuonan kuvaamiseen käytetyt tankkireaktorit, kertoo Järvinen.
Malli pohjautuu luonnonlakeihin ja monet sen antamista suureista pystytään mittaamaan. Fysikaalisen perustan ansiosta "hihavakioiden" määrä on minimoitu. Mallia on vertailtu laajasti teollisuuden prosessien kanssa ja sen antama tulos vastaa hyvin todellisuutta. Mallin käyttäminen on tehokasta selkeän käyttöliittymän ansiosta. Jatkossa mallia on tarkoitus laajentaa lisäämällä omat moduulit esim. pintapuhallukselle.
– Laskenta-aika on radikaalisti lyhyempi kuin muilla mallinnustavoilla, joten tulokset saadaan nopeammin kuin reaaliprosessista. Siten mallia voi käyttää konvertterien ja reaktoreiden on-line -ohjauksessa, kertoo professori Timo Fabritius Oulun yliopiston Terästutkimuskeskuksesta.
Nopeaa ja päästötöntä
Suomalaisen terästeollisuuden mennessä kohti yhä haastavampien teräslaatujen valmistusta, malli auttaa oikean toimintatavan valinnassa. Kun säästetään kokeellisia prosesseja ja käytetään simulointia, säästetään kulujen lisäksi myös ympäristöä.
– Mitä pienemmillä yksikköpäästöillä valmistamme terästä Suomessa, sen todennäköisemmin tekniikka kiinnostaa myös ulkomailla, toteaa FIMECCin toimitusjohtaja Harri Kulmala.
Teräskonvertterimalli kuuluu FIMECCin ELEMET-ohjelman AMME-hankkeeseen ja siinä ovat mukana mm. Outokumpu, Rautaruukki, Oulun yliopisto, Aalto-yliopisto ja VTT. Outokumpu on jo käyttänyt mallia hyvin tuloksin. Tulevaisuudessa sitä voidaan soveltaa metallurgian lisäksi myös kemianteollisuudessa.
