تکنولوژی و تجهیزات

ماهنامه پردازش – وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت (METI) از جمله مسائلی را که صنعت مواد فلزی ژاپن با آن مواجه است، به شرح زیر شناسایی کرده است:

 1) پیچیدگی و تنوع نیازهای مصرف‌کنندگان به مواد

 2) رقبای خارج از کشور درحال رسیدن

۳) کاهش تقاضای داخلی و محدودیت‌های انرژی و زیست‌محیطی

۴) تاثیر دیجیتالی‌شدن بر اصلاحات.

استراتژی‌های پیشنهادی برای توسعه تکنولوژی شامل توسعه تکنولوژی‌های طراحی مواد، تولید، آنالیز و ارزیابی، آموزش منابع‌انسانی، نگهداری پیشگیرانه با استفاده از داده‌های دیجیتال، استفاده موثر از منابع و انرژی، و توسعه مواد با درنظر گرفتن اثرات زیست‌محیطی. استراتژی‌ها برای تقویت پایه تولید داخلی شامل پیشگیری از حوادث صنعتی، تقویت رقابت‌پذیری از طریق سازماندهی مجدد کسب‌وکار، پاسخگویی به مسائل انرژی و زیست‌محیطی و پاسخ به تغییرات ناشی از دیجیتالی‌شدن می‌باشند. یک استراتژی جهانی، بازچرخانی منابع، از جمله بازیافت، در پاسخ به خطرات مرتبط با تامین موادخام است. فولادسازان ژاپنی نیز مروج توسعه تکنولوژی و به‌کارگیری تجهیزات همراستا با این جهت‌ها و موضوعات هستند.

در سال‌های اخیر، دیجیتالی‌شدن و شبکه‌سازی در مقیاس جهانی به‌سرعت گسترش یافته است، علم و تکنولوژی‌هایی همانند اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی (AI)، حسگرها، احراز هویت بیومتریک و روبات‌ها درحال پیشرفت هستند. توسعه تکنولوژی با استفاده از این دستاوردها، به‌ویژه در زمینه monodzukuri (تولید به سبک ژاپنی) درحال ترویج است.

پنجمینبرنامه پایه علم و تکنولوژی ژاپن، تلاش‌ها برای تحقق اولین “جامعه فوق‌هوشمند” جهان را برای “جامعه ۵٫۰” (انقلاب صنعتی پنجم) تعریف می‌کند وایجاد صنایع جدید وتحول اجتماعی را با اطمینان از اینکه دستاوردهای علم و تکنولوژی در تمام زمینه‌ها و مناطق نفوذ می‌کند هدف قرار می‌دهد. با ادغام درحال انجام “فضای اطلاعاتی” (فضای مجازی) و “فضای واقعی” (فضای فیزیکی) و هم‌چنین گسترش به “فضای روانی” (مغز و…)، کسب، یکپارچه‌سازی، آنالیز و بسترسازی اطلاعات و داده‌ها در فضای‌مجازی مهم شده‌اند. هم‌چنین در صنعت آهن‌وفولاد، تمام فولادسازان بزرگ، یکپارچه هم‌چنان درحال تداوم چالش با بهره‌برداری و نگهداری تجهیزات در سایت‌های تولید، تحقیق‌وتوسعه و گسترش تولید با به‌کارگیری تکنولوژی هوش‌مصنوعی هستند.

در مقابل این پس‌زمینه،صنعت آهن‌وفولاد ژاپن به‌طور مداوم توسعه محصول تامین‌کننده نیاز مصرف‌کنندگان را ترویج می‌کند، برای مثال، با توسعه فولادهای فوق پراستحکام (UHSS) با شکل‌پذیری بالا برای رقابت با سایر مواد، در عین حال درنظر گرفتن هم‌افزایی بین مواد مانند جستجوی ارزش جدید توسط کامپوزیت‌هایی که انواع مختلفی از مواد را ترکیب می‌کنند.

در میان اقدامات مقابله باگرمایش کره‌زمین، با هدف دستیابی به “کربن – خنثی” تا سال ۲۰۵۰، ژاپن هدف کاهش ۴۶ درصدی انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG) تا سال ۲۰۳۰ را نسبت به سال ۲۰۱۳ اعلام کرده است و هم‌چنین چشم‌انداز بلندمدتی را تحت عنوان “الگوی آینده ایده‌آل”، شامل بخش انرژی و بخش صنعتی، در “استراتژی بلندمدت تحت پیمان پاریس به‌عنوان استراتژی رشد” ارائه کرده است. صنعت فولاد ژاپن هم‌چنین اعلام کرده که به مقابله با چالش “فولاد کربن صفر” به‌عنوان monodzukuri کربن‌زدایی‌شده که از قبل با تلاش‌های مختلفی آغاز شده است خواهد پرداخت.

در ادامه روندهای اصلی تکنولوژی و موضوعات فنی در اعضای با عملکرد پایدار ISIJ در زمینه تکنولوژی آهن‌وفولاد معرفی می‌شود.

۱٫ تولید آهن

در سال ۲۰۲۱ تولید چدن خام در ژاپن، ۳۴/۷۰ میلیون‌تن بود که نسبت به سال قبل ۲/۱۴ درصد افزایش، اما نسبت به سال ۲۰۱۹، به میزان ۱/۶ درصد کاهش داشت. به‌عنوان بخشی از مرور سیستم تولید آن، در سپتامبر ۲۰۲۱ شرکت “نیپون استیل” کوره‌بلندهای شماره ۱ و ۲، کارخانه‌های زینتر شماره ۱ و ۲ خود در ناحیه Setouchi Works Kure، و کوره‌بلند شماره ۱، کوره کک‌سازی شماره ۵ و کارخانه زینتر شماره ۱-۵ در ناحیه Wakayama را تعطیل کرد، درحالیکهتعطیلی برنامه‌ریزی‌شده کوره کک‌سازی شماره ۴ در ناحیه واکایاما از نیمه اول سال مالی ۲۰۲۲ تا پایان سال مالی ۲۰۲۴ به تعویق افتاد. نیپون استیل هم‌چنین اعلام کرد که کوره‌بلند شماره ۳، کوره کک‌سازی شماره ۲A، B، C و D و نیز کارخانه زینتر شماره ۳ در ناحیه Kashima هم تا پایان سال مالی ۲۰۲۴ تعطیل خواهند شد. در نتیجه این اقدامات، ۲۱ کوره‌بلند در پایان سال ۲۰۲۱ در ژاپن فعال بودند که ۴ واحد کمتر از پایان سال ۲۰۱۹ بود. این کوره‌ها شامل ۱۴ کوره‌بلند درحال کار با حجم داخلی پنج هزار مترمکعب یا بیشتر بودند.

در نوسازی تجهیزات، “نیپون استیل” تعمیرات کوره کک‌سازی شماره ۳ مجتمع فولاد ناگویا را تکمیل کرد، و شرکت “JFE استیل” نسوزچینی مجدد کوره‌بلند شماره ۴ منطقه Kurashiki و تعمیرات باتری B کوره کک‌سازی شماره ۳ در ناحیه Fukuyama را تکمیل کرد.

در توسعه تکنولوژی، “نیپون استیل” ساخت یک کارخانه آزمایشی در مقیاس کوچک را در مرکز تحقیق‌وتوسعه Hasaki خود به‌عنوان بخشی از “فرآیندهای نوآورانه و یکپارچه فولادسازی گریدهای بالا برای مقابله با نزول کیفیت اجتناب‌ناپذیر سنگ‌آهن” را که به‌طور مشترک با “JFE  استیل”، کوبه استیل، و مرکز تحقیق‌وتوسعه ژاپن برای فلزات (JRCM) درحال انجام است تکمیل نمود و آزمایش تایید را در ژانویه ۲۰۲۲ آغاز کرد.

۲٫  فولادسازی

در سال ۲۰۲۱ تولید فولاد خام ژاپن ۳۳/۹۶ میلیون‌تن بود که افزایش ۸/۱۵ درصدی نسبت به سال ۲۰۲۰ اما کاهش ۰/۳ درصدی نسبت به سال ۲۰۱۹ داشت. در شرکت “نیپون استیل”، امکانات فولادسازی در ناحیه Setouchi Works Kure در سپتامبر ۲۰۲۱ تعطیل شدند. علاوه بر برخی تجهیزات، دستگاه ریخته‌گری پیوسته شماره ۳ در ناحیهKansai Works Wakayama  در نیمه اول سال مالی ۲۰۲۲ تعطیل می‌شود، “نیپون استیل” هم‌چنین اعلام کرد کهقصد تعطیلی دستگاه ریخته‌گری پیوسته شماره ۱ در ناحیه Kimitsu را تا پایان سال مالی ۲۰۲۱ (پایان مارس ۲۰۲۲) دارد. در اقدامی برای بکارگیری تجهیزات جدید،”JFE  استیل” دستگاه ریخته‌گری پیوسته شماره ۷ را در ناحیه  Kurashiki راه‌اندازی کرد.

در نتیجه تقویت مقررات زیست‌محیطی در چین، افزایش قیمت‌ها به‌دلیل شرایط سخت عرضه و تقاضا از سال قبل آشکار شده بود. علاوه بر این، در سال ۲۰۲۱، تولید منیزیای ذوب‌شده، که ماده اولیه دیرگدازهای منیزیتی است، و آلومینای ذوب‌شده، ماده اولیه دیرگدازهای آلومینایی، نیز به‌دلیل کمبود انرژی برق در چین، به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته است و نگرانی در مورد خرید، به‌ویژه در مورد تامین منیزیای ذوب‌شده افزایش پیدا کرده است.

به همین ترتیب، قیمت بازار فروسیلیس، نیکل، منگنز و سایر موادی که به‌عنوان عوامل اکسیژن‌زدا استفاده می‌شوند نیز درحال افزایش است و همراه با بهبود تولید فولاد، قیمت الکترودهای گرافیتی نیز روند صعودی نشان می‌دهد زیرا قیمت موادخام کک سوزنی دوباره درحال افزایش است و همه این عوامل در هزینه‌های بالاتر فولادسازی نقش دارند.

به‌عنوان نمونه‌ای از دستاوردهای توسعه شناخته‌شده عمومی، “فرآیند ذوب احیایی سنگ کروم با استفاده از مشعل سوخت هیدروکربنی شرکت “JFE استیل”، پنجاه‌وسومین جایزه ایچیمورا (در سال ۲۰۲۰) در صنعت برای دستاوردهای برجسته، و “ایجاد تکنولوژی بازیافت حلقه بسته برای دیرگدازهای مستعمل” جایزه تکنولوژی و سیستم بازیافت منابع در سال ۲۰۲۱″دفتر سیاست‌گذاری و محیط‌زیست علم و تکنولوژی صنعتی و محیط‌زیست، وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت (METI)” را دریافت کردند.

۳٫ محصولات فولادی

۱-۳ ورق

     در زمینه ورق فولادی خودرو، کاهش وزن بدنه خودرو با استفاده از ورق‌های فولادی با استحکام بالاتر که امکان کاهش ضخامت ورق را فراهم می‌کند، به‌منظور بهبود بیشتر اقتصاد سوخت و کاهش انتشار CO_۲ و کاربردهای ورق‌های فولادی با استحکام کششی بالا (HTS) به‌شدت مورد نیاز بوده و درحال گسترش است. اما، به‌دلیل رابطه موازنه بین استحکام و شکل‌پذیری، قطعاتی که در آنها می‌توان از محصولات HTS با استحکام ۹۸۰MPa و بالاتر استفاده کرد، تاکنون به قطعات ساده با شکل‌های آسان محدود شده بودند.

برای غلبه بر این مشکل، “نیپون استیل” یک روش برشی شکل‌دهی را توسعه داد که برای شکل‌دهی قطعات “S-شکل” که از ویژگی‌های متمایز اجزای خودرو مانند قسمت جلو و عقب می‌باشد مناسب است. رفتار فولاد در قالب با یک تکنیک شبیه‌سازی مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفت و مشخص شد که با تغییرشکل لقمه خام و روش تغییرشکل ماده فولادی می‌توان از ترک‌ها و چین و چروک‌ها جلوگیری کرد و امکان تشکیل اشکال پیچیده در هنگام استفاده از “فوق- HTS”را فراهم کرد. این مورد توسط خودروسازان پذیرفته شد و به بکارگیری کلاس ۱۱۸۰MPa فولاد Hi-Ten در قسمت جلویی که به سختی شکل می‌گیرد، برای اولین بار در جهان منتج گردید.

علاوه بر این، “نیپون استیل” یک تکنولوژی شکل‌دهی با پرس را با استفاده از یک تکنیک شبیه‌سازی برای اشکال پیچیده که دارای منحنی L یا T-شکل یا فلنج یکپارچه هستند و مکرر در قطعات خودرو مشاهده می‌شوند، کنترل بهینه تغییرشکل مواد را در طی شکل‌دهی پرس انجام می‌دهد توسعه داد و پنجاه‌وسومین جایزه “ایچیمورا” در صنعت برای دستاوردهای برجسته (جایزه مشارکت) را دریافت کرد. در مقایسه با تکنولوژی مرسوم، میزان تغییرشکل مواد در طی شکل‌دهی به ۵۰ درصد یا کمتر کاهش می‌یابد و امکان تبدیل ورق‌های فولادی با استحکام کششی فوق‌العاده بالا به قطعاتی با اشکال هندسی پیچیده را فراهم می‌کند.

از سوی دیگر،”JFE  استیل” یک روش شکل‌دهی جلوگیری‌کننده از برگشت فنری را برای کلاس HTS با استحکام GPa5/1 (MPa 1470) توسعه داد که بالاترین سطح استحکام در جهان در قطعات سازه‌ای خودرو با پرس سرد است، این در تقویت مرکز سقف بکار گرفته شد. از آنجا که برگشت فنری که در HTS در طی شکل‌دهی با پرس ورق‌های فولادی به‌وجود می‌آید در مقایسه با مورد ورق‌های فولادی معمولی بزرگ است، شکل قالب باید با دقت بیشتری طراحی شود تا شکل صحیح قطعه پس از برگشت فنری بدست آید، اما ساخت این قالب‌ها از قبل بسیار گران و وقت‌گیر می‌باشد. با استفاده از اثر بوشینگر، فولاد JFE روشی را توسعه داد که تنش پسماند را در طی شکل‌دهی با پرس که عاملی برای برگشت فنری است کاهش می‌دهد.

اما، اگر مواد “فوق-HTS” در اجزای قسمت‌ جلو، اجزای قسمت‌ عقب و سایر قسمت‌هایی که نیاز به جذب انرژی برخورد دارند بکار برده شوند، ممکن است قطعه در اثر ضربه کمانش کرده یا ماده پایه ممکن است در حین تغییرشکل خمشی شکسته شود و جذب انرژی لازم را ناممکن سازد. برای غلبه بر این مشکل و قابلیت استفاده از “فوق-HTS” در قطعات جاذب انرژی،”JFE  استیل” یک ساختار چند ماده‌ای توسعه داد که در آن یک رزین با شکل‌پذیری بالا و چسبندگی بالا بین بدنه قطعه که از فوق-HTS ساخته شدهکه از یک قطعه ساخته‌شده از ورق فولادی ضخامت نازک است (ساندویچ) قرار می‌گیرد. ساندویچ کردن رزینشعاع خمش ناحیه تغییرشکل‌یافته را هنگامی که یک قطعه جاذب انرژی در حین برخورد کمانش کرده یا خم می‌شود به‌شدت افزایش می‌دهد و ظرفیت جذب انرژی قطعه به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابدزیرا قطعهفوق-HTS شکسته نمی‌شود. به‌عنوان یک مزیت اضافی، ارتعاش ایجادشده در طی سفر به‌طور گسترده توسط رزین کاهش می‌یابد که به‌راحتی ارتعاش را جذب می‌کند.

شرکتJFE  استیل یک فرآیند نورد گرم پیوسته (از این پس “نورد بی‌پایان”) را برای HTS توسعه داد. نورد بی‌پایان HTS با توسعه تکنولوژی اتصال کلاف اولیه بدست آمد. این تکنولوژی در خط نورد نوار ورق (استریپ) کارخانه منطقه چیبا معرفی شد و به بهبود بهره‌وری و تولید پایدار HTS کمک می‌کند.

هم‌زمان با شکل‌پذیری با پرس، مقاومت در برابر خوردگی نیز در قطعات بدنه خودرو با استحکام بالا و ضخامت نازک به‌منظور بهبود دوام بدنه خودرو ضروری است. JFE استیل درحال ترویج توسعه ورق‌های فولادی گالوانیله‌شده (galvannealed) با استحکام کششی بالا (از این پس HTS GA) با شکل‌پذیری عالی است و لوح تقدیر علم و تکنولوژی وزیر آموزش، فرهنگ، ورزش، علم و تکنولوژی (رده توسعه) برای توسعه تکنولوژی ساخت ورق‌های فولادی نازک گالوانیزه گرم با استفاده از کنترل نوآورانه اتمسفر را دریافت کرده است.JFE استیل با کنترل دقیق اتمسفر در فرآیند تولید، موفق شد این غلظت عناصر استحکام‌دهنده را در سطح ورق فولادی مهار کند و در نتیجه این منبع عیوب را از بین ببرد. در نتیجه، اکنون امکان افزایش میزان عناصر استحکام‌دهنده و تولید ورق‌های فولادی HTS GA کلاس ۵۹۰ تا MPa980 بدون عیوب سطحی و درعین‌حال، افزایش میزان ازدیاد طول نسبی که شاخصی از شکل‌پذیری با پرس است، تا تقریبا ۲۰ درصد در مقایسه با فولاد معمولی وجود دارد.

“JFE استیل” جایزه Steelie سال ۲۰۲۰ را برای توسعهورق فولادی مغناطیسی گرادیان Si با صرفه‌جویی در منابع که برای موتورهای پرسرعت مناسب است دریافت کرد. جوایز Steelie توسط انجمن جهانی فولاد هر ساله در ۷ رده اهدا می‌شود.  JFE استیل جایزه ۲۰۲۰ را در رده “نوآوری سال” برای قدردانی از توسعه تکنولوژی‌های نوآورانه را که در زمینه‌هایی مانند کاهش بارهای زیست‌محیطی و بهبود بهره‌وری کمک می‌کنند، برای فولاد جدید گرادیان Si دریافت کرد. محصول جدید با بهینه‌سازی گرادیان غلظت Si در جهت ضخامت ورق، امکان دستیابی به بازدهی بالاتر و طراحی‌های فشرده‌تر را در موتورها با دستیابی هم‌زمان هم به کم‌اتلافی آهن با فرکانس بالا و هم چگالی بالای شار مغناطیسی میسر می‌سازد. شرکت JFE استیل همچنین اولین فولادساز ژاپنی دریافت‌کننده جایزه Steelie بود.

در مارس ۲۰۲۱، شرکت “کوبه استیل” تولید تجاری خط پیوسته گالوانیزه گرم (CGL شماره ۳) را در کارخانه نوار ورق نورد سرد خود درKakogawa  آغاز کرد.CGL شماره ۳ به‌طور مشترک برای خط تولید هم ورق‌های فولادی نورد سرد و هم ورق‌های فولادی گالوانیزه گرم (پوشش‌شده با روی) استفاده می‌شود و مجهز به عملکردهای عملیات حرارتی پیشرفته است. کارخانه جدید علاوه بر افزایش ظرفیت تولید شرکت، پاسخگویی به نیازهای آتی را برای استحکام بیشتر و شکل‌پذیری بالاتر نیز ممکن می‌سازد.

۲-۳ صفحه (پلیت)

در زمینه صفحه‌ها، نیپون استیل یک صفحه فولادی با شکل‌پذیری بالا با مقاومت عالی در برابر برخورد و ساییده‌شدن بر روی زمین برای استفاده در بدنه کشتی‌ها تولید کرد که سومین جایزه بزرگ نوآوری باز ژاپن را از وزیر زمین، زیرساخت، حمل‌ونقل و گردشگری دریافت کرد. ریزش نفت ناشی از برخورد کشتی‌ها باعث آلودگی شدید محیط‌زیست دریایی می‌شود. برای کاهش آسیب کشتی با بهبود خواص مواد فولادی، “نیپون استیل” این فولاد با شکل‌پذیری بالا را با ۵۰ درصد ازدیاد طول نسبی بیشتر از فولاد معمولی با کاهش و پراکنش ناخالصی‌ها و آخال‌ها در فرآیند فولادسازی تا حداقل حد ممکن، و دستیابی به ساختار متالورژیکی ایده‌آل با استفاده از فرآیند ترمومکانیکی برای اصلاح ریزساختار و حذف عواملی که ازدیاد طول نسبی را بدتر می‌کنند توسعه داد.

شرکت “JFE استیل” اولین صفحه فولادی کلاس N/mm^۲ ۷۸۰ را توسعه داد که جوشکاری با حرارت ورودی بالا را امکان‌پذیر می‌سازد و گواهینامه وزارتی را برای این محصول به‌عنوان صفحه فولادی کلاس N/mm^۲ ۷۸۰  با نسبت تسلیم کم برای سازه‌های ساختمانی دریافت کرد.

 کاربرد اصلی آن ستون‌های قوطی (باکس) ساخته‌شده جوشکاری شده است که در بخش طبقه پایین ستون‌های قاب فولادی ساختمان‌های بلند استفاده می‌شود که در آن ترکیبی از استحکام بالا و تغییر شکل‌پذیری بالا (نسبت تسلیم کم) به ایمن‌سازی ضد زلزله کمک می‌کند. در مقایسه با سازه‌های معمولی، فولاد توسعه‌یافته امکان ساخت سازه‌های بلندتر و دهانه‌های بزرگ‌تر را فراهم می‌سازد و آزادی طراحی را هم مثلا، با امکان‌پذیر کردن ایمنی فضاهای باز بزرگ در طبقات پایین‌تر افزایش می‌دهد. به‌دلیل اینکه جوشکاری با حرارت ورودی بالا امکان‌پذیر است، محصول جدید همچنین به نیاز به صرفه‌جویی در نیروی کار برای مقابله با کمبود جوشکار در محل ساخت‌وساز که درحال تبدیل به مشکلی جدی در صنعت ساخت‌وساز است نیز جواب می‌دهد و به زمان جوشکاری بسیار کوتاه‌تری در جوشکاری ستون قوطی (باکس) دست یافته است. استحکام بالا و نسبت تسلیم کم به‌طور هم‌زمان با طراحی ترکیب شیمیایی و کنترل خنک‌کنندگی با استفاده از تجهیزات کوئنچ جدیدا معرفی‌شده بدست آمد.

۲-۳-۳ لوله

لوله بی‌درز پرآلیاژ حوزه نفت‌وگاز (OCTG) تولیدشده شرکت “نیپون استیل” توسط سرمایه‌گذاری مشترک Northern Lights  (از این پس JV) که یک پروژه CCS (گرفتن و ذخیره‌سازی کربن) در دریای شمال در اروپا به مدیریت شرکتEquinor ASA  (دفتر مرکزی: نروژ) است مورد استفاده قرار گرفت. هدف JV تجاری‌سازی خدماتی است که در آن دی‌اکسید کربن (CO_۲) گرفته‌شده از گازهای خروجی تولیدشده توسط منابع صنعتی در مناطق شهری نروژ و کشورهای همسایه جمع‌آوری شده و به یک تاسیسات ذخیره‌سازی میانی منتقل گردیده و سپستوسط خط لوله به فاصله ۱۰۰ کیلومتری از ساحل برای تزریق به مخزن زیرسطحی واقع در ۲۶۰۰ متری زیر بستر دریا انتقال می‌یابد. هنگام تزریق CO_۲ در زیر بستر دریا، مقاومت بالا در برابر خوردگی در لوله‌های فولادی مورد استفاده برای تزریق CO_۲ با غلظت بالا و مایع مورد نیاز است. OCTG پرآلیاژ توسعه‌یافته توسط “نیپون استیل”، مقاومت عالی در برابر خوردگی دارد و می‌تواند بدون خوردگی، حتی در محیط‌های CO_۲ بسیار غلیظ استفاده شود.  JVاز قبل کار خود را آغاز کرده است و شروع بهره‌برداری را سال ۲۰۲۴ تعیین کرده است. گرچه “نیپون استیل” تا به امروز حدود ۱۳۰ لوله (۱۵۵۰ متر) OCTG فولاد کربنی را تامین کرده است، JV هم‌چنین اخیرا سفارش جدیدی برای OCTG پرآلیاژی ارائه داده است. قرار بود عرضه در اکتبر ۲۰۲۱ آغاز شود و در مجموع حدود ۱۲۰ لوله (۱۳۹۰ متر) را شامل می‌شود.

شرکت‌های “نیپون استیل” و”Sumitomo”  به‌طور مشترکبه‌عنوان تامین‌کننده تجهیزات سال ۲۰۲۰،جایزه‌ای کههر سال یکبار توسط گروه رویال داچ‌شل (از این پس شل) انتخاب می‌شود اعلام شدند. هر سال تنها یک شرکت در جهان برای دریافت این جایزه انتخاب می‌گردد. این چهارمین بار است که “نیپون استیل” این جایزه را دریافت می‌نماید، از جمله در سال ۲۰۱۵ و ۳ سال متوالی ۲۰۱۸، ۲۰۱۹ و ۲۰۲۰٫

این جایزه به تامین‌کننده‌ای اعطا می‌شود که مهمترین سهم را در اهداف توسعه و تولید شرکت شل دارد و هدف آن را برای دستیابی به انتشار خالص صفر گازهای گلخانه‌ای تا سال ۲۰۵۰ به پیش می‌برد. این جایزه بر اساس این ارزیابی که آن شرکت در حال تداوم تامین لوله‌های فولادی ضروری و ناگزیر برای سطح بالای عملکرد تحویل به موقع شرکت “شل” می‌باشد و در نتیجه سهم مهمی در حفظ رقابت‌پذیری “شل” دارند، به “نیپون استیل” اعطا شد.

۴-۳ میله، شکل‌ها و قطعات ریخته‌گری و آهنگری‌شده فولادی

تکنولوژی تولید سیم‌مفتول‌های سازگار با محیط زیست با استحکام خیلی بالا برای کابل‌های پل توسعه‌یافته توسط “نیپون‌استیل”، لوح تقدیر علوم و تکنولوژی (رده توسعه) وزارت آموزش، فرهنگ، ورزش، علم و تکنولوژی (MEXT) در سال مالی ۲۰۲۱ را دریافت کرد. به‌طور معمول، سیم‌های پل مورد استفاده در کابل‌های اصلی پل‌های معلق از مواد سیم‌مفتول فولادی پرکربن تولیدشده توسط یک فولادساز تولید می‌شوند. سازنده سیم این ماده را گرم کرده، عملیات حرارتی برای تنظیم ساختار متالورژیکی و استحکام کششی را با غوطه‌وری مواد در حمام سرب مذاب در فرآیندی به نام پاتنت‌کاری با سرب (از این پس فرآیند LP) انجام داده و سپس فرآیندهای کشش سیم و پوشش دادن Zn را انجام می‌دهد. اما، به‌دلیل ظرفیت پایین تولید فرآیند LP و مقررات زیست‌محیطی در مورد سرب که توسط دولت وضع شده است، تولید سیم‌مفتولی که بتواند بدون استفاده از فرآیند LP کشیده شود، به‌شدت مورد نظر بود.

در این توسعه، نیپون استیل برای اولین بار در جهان موفق به توسعه سیم‌مفتولی برای استفاده در سیم‌های پل شد که می‌تواند بدون فرآیند LP با افزودن موثر بور و تیتانیوم که در این کاربرد بی‌سابقه بود، کشیده شده و برای جلوگیری از تشکیل ریزساختاری که شکل‌پذیری سیم را کاهش می‌دهد، و انجام DLP (پاتنت‌کاری مستقیم در خط) برای تنظیم ریزساختار و استحکام کششی با غوطه‌وری مواد در حمام نمک مذاب بلافاصله پس از نورد تولید شود.

شرکت Japan Steel Works M&E یک دستگاه فورج چهار قالبی (FDFD) توسعه‌یافته توسط شرکت Lazorkin Engineering  (اوکراین) در یک دستگاه پرس ۳۰۰۰ تنی در کارخانه Muroran خود را بکار گرفت. FDFD فورج ساده چهار طرفه بیلت‌ها و بلوم‌های گرد و مربع را با فورج چهار قالبی که در آن فشار عمودی و افقی به‌طور هم‌زمان اعمال می‌شود را فراهم می‌کند و امکان کوتاه کردن زمان آهنگری تا ۴۰ درصد را امکان‌پذیر می‌سازد.

۳-۲ ارزیابی تمیزی مواد فولادی

شرکت فولاد مخصوص سانیو (Sanyo Special Steel) یک تکنیک ارزیابی تمیزی را توسعه داده است که به بهبود بیشتر در قابلیت اطمینان محصولات فولادی مخصوص کمک می‌کند. به‌منظور بهبود استحکام خستگی مواد فولادی، کاهش آخال‌های غیرفلزی که به نقطه منشاء شکست خستگی تبدیل می‌شوند، ضروری است. اما، به‌دلیل کم بودن احتمال وجود آخال‌های غیرفلزی در فولادهای با تمیزی بالا، بررسی حجم بیشتری در ارزیابی محصولات با تمیزی بالا ضروری است.

با تکنیک‌های مرسوم مانند مشاهده میکروسکوپی و عیب‌یابی فراصوتی، ارزیابی حداکثر اندازه آخال و انواع مختلف آخال‌ها به‌طور دقیق در مدت زمان کوتاهی دشوار بود. برای حل این مشکل، شرکت “سانیو” تکنیک اندازه‌گیری سریع و دقیقی را برای ارزیابی بزرگترین آخال‌ها در فولاد،با حجم بیشتر به‌عنوان هدف مورد بررسی، توسط ایجاد شکست خستگی با ترکیبی از شکنندگی توسط هیدروژن و آزمایش خستگی فراصوتی، با استفاده از طرح قطعه آزمایشی اصلی با اندازه بزرگ‌شده توسعه داده است. استفاده از روش آمار مقادیر کرانه‎ای برای نتایج اندازه‌گیری‌های متعدد با روش توسعه‌یافته، امکان تخمین اندازه بزرگ‌ترین آخال‌های موجود در مواد فولادی را با دقت بالاتری نسبت به گذشته فراهم کرده است.

۴٫ اندازه‌گیری/کنترل/سیستم‌ها

در تکنولوژی‌های مربوط به اندازه‌گیری،JFE  استیل “ربات‌های آزمایش فراصوتی خودکار برای بازرسی صفحات فولادی” را با ترکیب یک ربات خودران و یک عیب‌یاب فراصوتی توسعه داد و سه واحد را در فرآیند بازرسی آفلاین عیوب صفحه در واحد نورد صفحه خود در کارخانه Keihin بکار گرفت. این ربات از یک سیستم خودموقعیت‌یاب با دقت بالا از نوع داخلی استفاده می‌کند و می‌تواند در حین حرکت خودکار در مسیر هدف با تشخیص تفاوت در موقعیت خود و موقعیت هدف که در آن ربات باید روی صفحه حرکت کند، بازرسی فراصوتی معایب را انجام دهد. به‌دلیل اینکه تمام فرآیندها از عملیات تشخیص عیب واقعی تا قضاوت قبول یا رد می‌تواند خودکار باشد، قابلیت اطمینان بازرسی برابر با بازرسی خودکار آنلاین نقص است و قابلیت اطمینان بازرسی و بازدهی کار با اتوماسیون کار بازرسی دستی نقص بهبود یافته است. علاوه بر این، نتایج بازرسی به‌طور خودکار به‌صورت داده‌های دیجیتال ذخیره می‌شوند و به بهبود ردیابی و ساده‌سازی مدیریت روند کیفیت کمک می‌کنند. قابلیت استفاده نیز به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است، زیرا اندازه و وزن ربات به سطحی کاهش یافته است که می‌تواندتوسط یک نفر بلند گردیده و حمل شود.JFE استیل هم‌چنین یک “سیستم بازرسی سطحی با تجزیه‌و‌تحلیل بافت” را با استفاده از تکنولوژی فرآوری تصویر مبتنی بر ادراک چشمی انسان برای بازرسی آنلاین توسعه داد. با روش مرسوم بازرسی سطحی نوع تصویری، بازرسیچشمی توسط بازرسان انسانی در برخی موارد اجتناب‌ناپذیر بود، زیرا تشخیص عیوب زمانی که اختلاف کنتراست کم بود دشوار بود، اما تشخیص خودکار با روش توسعه‌یافته، که امکان تشخیص خودکار عیوب تنها با تفاوت‌های کنتراست جزیی که تشخیص خودکار آنها با تکنولوژی معمولی دشوار بود، امکان‌پذیر شده است. این سیستم میزان شباهت بین تصاویر عکاسی‌شده رابر اساس ادراک چشمی انسان و الگوهای نواری (راه راه) با طول‌ها و جهت‌های مختلف محاسبه نموده، نتایج را به‌صورت آماری ارزیابی کرده وبا تعیین کمیتتفاوت بین الگو و یک قسمت عادی به عنوان درجه ناهنجاری، قسمت‌های معیوب را شناسایی می‌کند. این سیستم در فرآیند تولید ورق‌های فولادی گالوانیزه گرم در کارخانه Kurashiki بکار گرفته شد و با تشخیص مطمئن عیوب سطحیتوسط اتوماسیون کردن بازرسی چشمیبه بهبود کیفیتسطحی ورق‌های فولادیکمک می‌کند.

برای اصلاحات نظارتی یا اصلاحات مقررات ارتفاعی در مورد پهپادها، فدراسیون آهن‌وفولاد ژاپن درخواست‌های شرکت‌های فولادی را جمع‌آوری کردو از تیمی تحت کنترل وزیر کشور خواست تا آنها را تسهیل کنند و استانداردهای صدور مجوز پهپادها را روشن نمایند و این موضوعات را با سازمان‌های مرتبط به‌عنوان همکاری بخش‌خصوصی و دولتی رایزنی و مطرح کرد. در نتیجه این تلاش‌ها، مقررات تحت شرایط خاصی برای مناطقی که به وضوح از مناطق مسکونی مشخص شده‌اند و مشمول کنترل‌های بسیار دقیق ایمنی و پیشگیری از جرم و جنایت هستند، تسهیل شد. بر این اساس، شرکت‌های فولادی اکنون می‌توانند از پهپادهادر بازرسی در ارتفاعات پروازیقبلا محدود شده (بالای ۱۵۰ متر)، برای بازرسی مناطق وسیع با عملکرد خودکار پهپادها، و بازرسی اسکله‌ها و تجهیزات با پرواز در ساحل دیواره اسکله‌هادر کارخانه‌های فولاد، بیشتر استفاده کنند.

در زمینه سیستم‌های پشتیبانی عملیات،JFE  استیل سیستمی را توسعه داد که علائم ناهنجاری تجهیزات در کارخانه‌های فولادی را بر اساس تکنولوژی علم داده تشخیص می‌دهد و این سیستم را در کارخانه‌های نورد گرم نوار ورق در تمام نواحی، از جمله کارخانه‌های خود در نواحی‌ غرب و شرق ژاپن بکار گرفت.در خطنورد گرم نوار ورق در کارخانهKurashiki ، جایی که این تکنولوژی برای اولین بار در سال مالی ۲۰۱۸ معرفی شد، یک اثر پیشگیری از مشکل معادل ۵۰ ساعت در سال یا بیشتر (مقدار تولید ۳۰۰۰۰ تن در سال یا بیشتر) تایید شده بود. این شرکت در حال ترویج توسعه مدل بهینه در سطح شرکت با بکارگیری سیستم مشترک در همه نواحی و فراهم آوردن امکان اشتراک‌گذاری آسان توسط همه نواحی است. در این سیستم، حجم عظیمی از داده‌ها که شرایط عملیاتی تجهیزات را نشان می‌دهند که با داده‌های جریان الکتریکی، فشار، سرعت جریان، دما و ارتعاش شروع می‌شوند، با تکنیک‌های آنالیز “داده‌های بزرگ” تجزیه‌وتحلیل می‌شوند و می‌توان از بروز مشکل از قبل با مشخص کردن میزان تغییر از مقادیر استاندارد در طی عملیات عادی به‌عنوان درجه‌ای از ناهنجاری جلوگیری کرد. این سیستم صرفا به مشکلات تجربه‌شده در گذشته محدود نمی‌شود، بلکه می‌تواند برای جلوگیری از مشکلات غیرمنتظره نیز مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، ترسیم نقشه تغییرات در طول زمان در درجه ناهنجاری مطابق با بزرگی آن، شناسایی سریع دستگاه یا بخشی را که در آن ناهنجاری رخ داده است، امکان‌پذیر می‌کند و منتج به اقدامات تعمیر و نگهداری مناسب می‌شود. در آینده، هدف‌گذاری JFE استیل بهبود بیشتر بهره‌وری از طریق پیشگیری از بروز مشکلات تجهیزاتی با توسعه این سیستم در انواع دیگر فرآیندهای تولید است که با تولید آهن‌ و فولاد آغاز می‌شود.

شرکت JFE استیل سیستمی را توسعه داد که طرح‌های لجستیک سنگ‌آهن را در کارخانه‌های فولاد بهینه می‌کند. این شرکت یک “سیستم برنامه‌ریزی جانمایی پشته‌ها” ایجاد کرد که سنگ معدن‌های تولیدشده در مناطقی که تاثیر زیادی بر عملکرد پایدار دارند، برای مثال، سنگ معدن با فرکانس اختلاط بالا و… را انبارش و توزیع می‌نماید و روزانه الگویی را انتخاب می‌کند که تعداد پشته‌ها از میان تعداد زیادی از الگوهای ممکن چیدمان پشته‌ها به حداقل برسد. در نتیجه،اکنون می‌توان بامحاسباتی که می‌تواند درحدود یک دقیقه یا کمتر انجام شود،برنامه‌های عملیاتی بهینه محوطه را برای یک دوره چند ماهه آماده کرد. بهینه‌سازی برنامه‌ریزی عملیات محوطه سنگ‌آهن با ورود این سیستم، بهبود زیادی را هم در بازده لجستیک و هم در عملکرد پایدار محقق کرده است. این سیستم قبلاً در کارخانه فوکویاما استفاده شده است. در آینده، JFE این سیستم را برای استفاده با زغال‌سنگ متالورژی و استفاده در سایر کارخانه‌های فولاد خود مستقر خواهد کرد و قصد دارد بهینه‌سازی را در سطح شرکت ارتقا دهد و کل فرآیند مدیریت مواد خام از خرید تا بهسازی و تخلیه تا فرآیند بعدی را پوشش دهد.

“نیپون استیل” به‌عنوان یک “شرکت تاییدشده تحول دیجیتال (DX) تحت سیستم ایجادشده توسط وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت (METI)” گواهینامه دریافت کرده است. بر اساس “قانون تسهیل فرآوری اطلاعات”، دولت ژاپن به شرکت‌هایی که الزامات اساسی “کد حاکمیت دیجیتال” را برآورده کرده‌اند گواهینامه می‌دهد. نیپون استیل “ارتقای استراتژی‌های DX” را به‌عنوان یکی از چهار رکن برنامه مدیریت میان‌مدت تا بلندمدت خود که در ۵ مارس ۲۰۲۱ اعلام شد، اتخاذ کرده است. نیپون استیل با استفاده کامل از داده‌ها و تکنولوژی‌های دیجیتال و اجرای نوآورانه فرآیند تولید و کسب‌وکار، قصد دارد به یک شرکت پیشرفته دیجیتال در صنعت فولاد تبدیل شود.

۵٫ ساخت‌وساز و مهندسی عمران

در زمینه ساخت‌وساز، شرکت فولاد Aichi جایزه برنز بهترین جایزه توسعه (جایزه توسعه) را برای “استوانه‌های سبز عمودی” که در مرکز نمایشگاه و کنوانسیون بین‌المللی Aichi Sky Expo در کنفرانس سالانه انجمن بین‌المللی فولاد ضدزنگ (ISSF) نصب شد دریافت کرد. به‌دلیل اینکهمرکز کنوانسیون و نمایشگاه در جزیره فرودگاهی استقرار فرودگاه بین‌المللیChubu  واقع شده است، فولاد ضدزنگ برای برآورده کردن الزامات مقاومت در برابر فشار باد، مقاومت در برابر آسیب نمک و مقاومت در برابر هوا مورد استفاده قرار گرفت. استوانه‌های سبز عمودی ایمن و مطمئن هستند و به سبزشوندگی عمودی با جلوه طراحی بالا دست یافته‌اند و در عین حال هزینه‌های نگهداری تاسیسات پس از ساخت را نیز کاهش می‌دهند.

     در زمینه مهندسی عمران نیز تلاش‌ها از منظر زیست‌محیطی نمایان بود. نیپون استیل در پروژه مشترکی با شرکت‌های Obayashi  و Pozzolith Solutions، بتن ژئوپلیمری با قابلیت بهبودیافته برای ساخت‌وساز در محل توسعه داد و از این مادهبرای تعمیرات دیوار حائل (سازه بتن مسلح) در محیط با دمای بالا در ناحیه کارخانه کاشیمای شرکت نیپون استیل استفاده کرد. مواد اولیه اصلی بتن ژئوپلیمری عبارتند از خاکستر بادی (خاکستر زغال‌سنگ) و پودر ریز سرباره کوره‌بلند. در مقایسه با بتن ساده، بتن ژئوپلیمری مقاومت حرارتی بالاتری دارد و هم‌چنین دارای عملکرد زیست‌محیطی عالی می‌باشد، زیرا تولید CO_۲ در فرآیند تولید آن کمتر از یک چهارم محصول معمولی است. از طرفی به‌دلیل ویسکوزیته بالا و سخت‌شدن سریع آن، ریختن آن در فضاهای باریک یا استفاده در تعمیرات سازه‌هایی با سطح مقطع بزرگ مشکل بود. در این توسعه، با استفاده از افزودنی خاصی که توسطPozzolith  توسعه یافته است، می‌توان هم جریان‌پذیری مناسب برای استفاده در کارهای ساختمانی و هم استحکام را هنگام عمل‌آوری در دمای اتاق برآورده کرد. شرکت کوبه استیل و شرکتPozzolith  هم‌چنین به‌طور مشترک یک محصول آزمایشی ژئوپلیمری توسعه دادند که کاهش انتشار CO_۲ در فرآیند تولید را در مقایسه با بتن و ملات معمولی میسر می‌سازد که دارای جریان‌پذیری و استحکام بالاتری نسبت به محصولات معمولی بوده و برای طیف متنوعی از کاربردها مناسب است. علاوه بر این، کوبه‌استیل نیز در حال کاهش هزینه با استفاده موثر از محلول قلیایی پس از استفاده در فرآیند تولید، برای سرباره ریز کوره‌بلند و… می‌باشد. شرکت JFE استیل یکژئوپلیمر اولیه با مقاومت بالا در مقابل آسیب یخ زدن علاوه بر جریان‌پذیری در طی ساخت‌وساز و استحکام پس از عمل‌آوری را در پروژه مشترکی با دانشگاه توهوکو و دانشگاه نیهون توسعه داد.