Till huvudinnehållet
Metalliska Material

Projektinitiativ #58: Measurement Technic for the future process development

Fiber Bragg Gratings, FBGs are small refractive index modulations that are inscribed in optical fibers. By launching light into the fiber and detect the reflected wavelength of each FBG their respective temperature can be measured. An FBG sensor is the most established fiber sensor technology and the sensors as well as readout systems are commercially available from a number of companies.

7 februari, 2017 • 4 minuters läsning

The basic technology of fiber Bragg grating (FBG) is an established fiber optic measurement technique that is widely used in the oil and gas industry, but whose prevalence in other industrial sectors generally is very small if compared to the use of conventional thermocouple technology. The main reasons for the established usage for oil and gas applications is the obvious advantages of the fiber optic technology in these harsh environments and that these industries have been willing to take the relatively high cost of developing sensor elements and readout systems. Another reason for the limited use of FBGs is that there exist no real standards for encapsulation and packaging as for electrical sensors, and that FBG-sensor to a high extent needs to be custom made for specific applications.

However, since these costs have fallen sharply in recent years which make the technology attractive for other areas.

The challenge lies in the selection of the type and design of FBGs combined with an encapsulation and packaging method that achieves the high performance and robustness requirements for probes adapted for mould temperature monitoring, and to meet the flexibility needs that research projects such as that for Mould design.

The project will lead to a developed multipoint temperature probe of high importance for further development of optimized mould designs – as well as a better general understanding of the casting process. The optimized process control will enable improved quality and higher yield of the slabs processed. This will contribute to a more sustainable life cycle due to avoiding recasting and by producing a high quality material of extended life length in its end application. Avoiding recasting means reduced energy consumption, increased resource efficiency through material savings, as well as saved costs.

This Project initiative is supported by Jernkontorets teknikområde 24, Gjutning och stelning.

[1] Gunnar Hedin, et al. EXPLORING OPPORTUNITIES IN MOLD TEMPERATURE
MONITORING UTILIZING FIBER BRAGG GRATINGS

Namn Robert Vikman
Organisation Jernkontoret

Kommentar #1

Rise Acreo strongly supports this Project initiative and are also confident that we can provide technical expertise and know-how in order to reach project results that have a wide usage for the industry. Acreo has more than 20 years experience working with FBGs and has also developed high temperature resistant FBGs, so called CCGs which could be of interest in extreme environment. We have also experience on designing and building sensor systems using various types of commercially available low cost FBGs which can be very attractive for industrial applications. In general Acreo have fiber optic material expertise in-house and long experience in working with high temperature applications at steel industry, and would be very interested in discussing this proposal and how we can support it.

Namn Erik Zetterlund
Organisation Rise Acreo

Kommentar #2

Proximion identifies a strong potential for the industry to achieve a new level of insight into the process and thereby process know-how by providing 50x-100x the number of temperature measuring points compared to conventional systems. Proximion is interested in discussing this proposal with Acreo and other stakeholders from the industry. Proximion is focusing on tailored fiber optic sensing systems for harsh environment industries with a need for a high number of sensing elements.

Namn Johan Pejnefors
Organisation Proximion

Kommentar #3

ABB Metallurgy supports this Project initiative. We can also provide support for the use and analysis of the measured results.

Namn Jan-Erik Eriksson
Organisation ABB AB, IAPI/Metallurgy

Kommentar #4

This is interesting topic. New measurements would help process development to improve quality and yield of casted slabs.

Namn Agne Bogdanoff
Organisation SSAB Europe Oy

Kommentar #5

Mycket intressant då det ger ny information om vad som sker i kokillen, såsom värmeöverföring, rätt kokilldesign, gjutpulverfunktion, meniskens utseende osv. Med dessa temperaturmätningar kan processparametrar optimeras för att förbättra kvalitet och utbyte.

Namn Karin H Antonsson
Organisation Sandvik Materials Technology, R&D Metallurgy

Kommentar #6

Intressant teknik som bla kan användas som komplement eller i kombination med vår teknik för nivåmätning i kokillen.
Vår kunskap om nivåmätning samt vår erfarenhet från olika installationer runt om i världen kan passa bra i detta projekt.

Namn Johan Lindvall
Organisation Agellis Group AB

 

Kommentar #7

Vi behöver metoder för att bättre förstå vad som händer i kokillen och denna mätmetod ger oss ett generationsskifte inom mätteknik. Denna är på väg att lanseras på bred front inom stålindustrin, men vad kan vi lära oss mer? Projektet bör bygga på hur mätmetoderna kan användas för modellering, gjutpulverteori, oscillering och smörjning i allmänhet. Detta kav vara mycket givande för att ta nästa steg inom stränggjutning. Men, att hur en dylik utrustning skall installeras och utformas bör inte vara fokus inom detta forum.

Namn Christoffer Schmidt
Organisation Teknik Stålverk Avesta



Utblick

Vätgasplasma minskade återoxidationen, men stora hinder återstår

Australiska forskare har testat vätgasplasma som ett sista reduktionssteg för finmalm och förreducerat järn. Pulvret blev mindre benäget att återoxidera, men den aktuella reaktorn förlorade över 90 procent av materialet, nådde under 10 procents metalliseringsgrad och använde mycket energi. Resultaten pekar mot ett möjligt komplement snarare än en genväg till storskalig fossilfri järnproduktion.

Mats Janson
Mats Janson 26 oktober, 2026 • 6 minuters läsning
SwinH2
I försöksreaktorn SwinH₂+ förs järnmalmspulver genom en ström av argon och vätgasplasma. Försöken visade både minskad återoxidation och stora problem med materialutbyte, metalliseringsgrad och energianvändning. Cooper med flera, CC BY 4.0

Vätgasbaserad direktreduktion är en av de viktigaste teknikvägarna när stålindustrin ska lämna kolet. I en konventionell direktreduktionsprocess reagerar vätgas med järnoxid i fast form och bildar järn och vattenånga. Processen kräver emellertid att malmen har rätt egenskaper och ofta har förädlats till pellets.

Vätgasplasma erbjuder en annan väg. Vid mycket höga temperaturer bildas reaktiva vätearter som kan påskynda reduktionen. Om finmalet järnmalmspulver förs direkt genom plasman skulle pelletisering eller sintring i teorin kunna undvikas, samtidigt som den snabba reaktionen kan minska behovet av stora reaktorer.

En studie från Australian National University, Swinburne University of Technology och den statliga forskningsorganisationen CSIRO visar emellertid hur svårt det är att omsätta principen i en fungerande process.

Malmpulver genom en plasmareaktor

Forskarna testade en ny laboratoriereaktor med namnet SwinH₂+ som använder en likströmsdriven plasmabrännare och matar kontinuerligt in järnmalmspulver i en ström av argon och vätgas.

När partiklarna passerar genom plasman värms de snabbt, smälter eller förångas delvis och reduceras. Därefter kyls de och stelnar på nytt längre ned i reaktorn. Processen kallas in-flight-reduktion eftersom reaktionen ska äga rum medan partiklarna färdas genom plasmaströmmen.

Reaktorn kördes med en elektrisk effekt på mellan 36 och 41 kilowatt och med upp till 9 procent vätgas i plasmagasen. Pulvret matades in med en nominell hastighet på mellan 10 och 15 gram per minut. Varje försök pågick i högst två minuter.

Två australiska järnmalmer undersöktes. Den ena var en hematit- och goethitmalm från Pilbararegionen med 57,8 procent järn. Den andra var en mer högvärdig magnetitmalm från Tasmanien med 66,8 procent järn. Delar av den förstnämnda malmen reducerades i förväg med vätgas för att forskarna skulle kunna undersöka om plasman lämpade sig som ett avslutande reduktionssteg.

Partiklarna passerade för snabbt

Den största svårigheten var att styra hur länge partiklarna befann sig i den heta och reaktiva delen av plasman. Malmpulvret och den reducerande gasen rörde sig i samma riktning, vilket gjorde det svårt att förlänga partiklarnas uppehållstid utan att samtidigt förändra gasflödet.

När plasmagasen innehöll 9 procent vätgas tillfördes omkring 1,6 gånger så mycket vätgas som teoretiskt behövdes för att reducera den torkade hematitmalmen till järn. Trots det uppgick metalliseringsgraden till endast 8,3 procent.

Reduktionen blev dessutom ojämn. Vissa partiklar innehöll mycket metalliskt järn, medan andra bara hade reducerats i begränsad omfattning. Forskarna bedömer att partiklarna passerade genom olika delar av plasman och därför utsattes för olika temperaturer och reaktionstider.

Magnetitmalmen reducerades mer än hematitmalmen under motsvarande förhållanden. Ökningen av reduktionsgraden var omkring 3,5 gånger större. Forskarna kan dock inte slå fast att skillnaden berodde på själva mineralet, eftersom magnetitpulvret också bestod av mindre partiklar och hade en annan kemisk sammansättning.

Mer än 90 procent kunde inte samlas in

Ett ännu större problem var materialutbytet. Mindre än 10 procent av det inmatade hematitbaserade pulvret kunde samlas in som färdig produkt i reaktorns uppsamlingsdel.

En stor del av materialet fastnade på plasmabrännaren eller reaktorväggarna. Annat material kan ha förångats och sedan lämnat reaktorn som mycket små partiklar som uppsamlingsfiltret inte kunde fånga. Forskarna beskriver därför materialförlusten som större än 90 procent.

Även energianvändningen var hög. Vid 40 kilowatts effekt och en pulvermatning på 10 gram i minuten använde reaktorn omkring 67 kilowattimmar per kilogram malm, motsvarande 67 megawattimmar per ton. Beräkningen omfattar endast den el som tillfördes plasmabrännaren och tar inte hänsyn till möjlig framtida värmeåtervinning.

Det är lägre än i flera tidigare försök med flygande plasmareduktion, men fortfarande högre än de 40–41,7 kilowattimmar per kilogram som har rapporterats för plasmareaktorer med smältbad. Dessa har samtidigt nått en reduktionsgrad över 95 procent.

Forskarna konstaterar därför att reaktorer där partiklar och gas färdas i samma riktning sannolikt får svårt att konkurrera med smältbadsteknik vid storskalig järnproduktion.

Pulvret tålde luft bättre

Försöken gav samtidigt ett resultat som kan vara användbart i mer avgränsade tillämpningar. Det plasmabehandlade pulvret var mindre benäget att återoxidera än järn som enbart hade direktreducerats med vätgas.

När partiklarna smälte och stelnade på nytt slöts porerna. Metalliskt järn kapslades dessutom delvis in av slagg eller järnoxid. Det skyddade materialet mot kontakt med syre och bromsade återoxidationen vid temperaturer under 800 grader.

Återoxidation är ett praktiskt problem vid hantering av direktreducerat järn. Poröst järn kan reagera med luft, utveckla värme och i vissa fall innebära brandrisk vid lagring och transport. Järnsvamp pressas därför ofta till briketter för att bli stabilare.

Forskarna ser en möjlig nisch där finmalm först reduceras långt i en fluidiserad bädd och därefter passerar genom en plasmareaktor för den sista reduktionen och en samtidig passivering. Plasmabehandlingen skulle då inte ersätta direktreduktionen utan komplettera den.

Innan en sådan process kan bedömas krävs emellertid försök med betydligt mer förreducerat material. I den aktuella studien var förreduktionen för begränsad för att visa att plasmasteget faktiskt kan framställa järn med hög metalliseringsgrad.

Ingen konkurrent till dagens nordiska projekt

Resultaten ska inte jämföras direkt med Hybrits eller Stegras planerade processer. De bygger på vätgasbaserad direktreduktion i schaktugn och arbetar med pellets, medan den australiska forskningen gäller finmalm som passerar genom en plasmareaktor under mycket kort tid.

Studien visar inte heller att plasmatekniken kan minska investeringskostnaden eller energianvändningen i en industriell anläggning. Någon fullständig teknoekonomisk jämförelse har inte gjorts.

Reaktorn saknade dessutom möjlighet att direkt mäta plasmans temperatur, partiklarnas banor och deras uppehållstid i reaktionszonen. Resultaten beskriver därför främst den aktuella laboratoriereaktorn och kan inte utan vidare överföras till andra konstruktioner.

Möjliga förbättringar är bland annat en annan pulverinmatning, förändrade gasflöden eller en reaktor där gas och partiklar rör sig i motsatta riktningar. Det skulle kunna öka uppehållstiden och utnyttja vätgasen bättre, men någon sådan plasmareaktor har enligt forskarna ännu inte demonstrerats.

Studiens värde ligger därför mindre i den metall som producerades än i att den identifierar teknikens avgörande hinder. Snabb reaktionskemi räcker inte om partiklarna lämnar reaktionszonen för tidigt, fastnar i utrustningen eller kräver så mycket el att processen saknar industriell konkurrenskraft.

Vätgasplasma kan fortfarande få en roll i framtidens metallurgi. Den aktuella reaktorn visar däremot att rollen i första hand kan finnas i specialiserade processteg, inte som en färdig genväg till storskaligt fossilfritt järn.

Referens

Christopher Cooper, Bima Satritama, M. Akbar Rhamdhani, Duy Quang Pham, Andrew S. M. Ang, Dian Fellicia, Reiza Mukhlis, Christopher C. Berndt, Geoff Brooks, John Pye och Alireza Rahbari: ”Process Evaluation of Ironmaking Using In-Flight Hydrogen Plasma Reduction of Partially Pre-reduced Iron Ore”. Journal of Sustainable Metallurgy, volym 12, sidorna 5448–5462, 2026. Publicerad den 24 augusti 2026. DOI: 10.1007/s40831-026-01624-7



Utblick

Ingen gemensam väg för Kinas stålomställning

Kinas stålindustri kan minska utsläppen med 97 procent till 2060 – men inte genom en och samma teknik. En ny anläggningsbaserad modell visar att skrot, vätgas och koldioxidinfångning får olika roller i olika delar av landet. Samtidigt kan omkring 140 anläggningar behöva stängas och produktionen minska med närmare hälften.

Mats Janson
Mats Janson 26 oktober, 2026 • 5 minuters läsning
AdobeStock_2099049504
Tillgången till skrot, grön vätgas och lagringsplatser för koldioxid kan avgöra vilka omställningsvägar som blir möjliga för stålverk i olika delar av Kina. Stålverket i Wuhan anses vara ett av de verk som driver på en hållbar omställning. Adobe Stock

Kina svarar för omkring 54 procent av världens stålrelaterade koldioxidutsläpp. Hur landets stålindustri ställs om får därför stor betydelse även utanför Kina, både för de globala utsläppen och för vilka tekniker som får tillräcklig skala för att bli kommersiellt konkurrenskraftiga.

En ny studie i Nature Communications visar samtidigt att det inte finns någon enhetlig kinesisk väg bort från kol. Tillgången till skrot, förnybar el, grön vätgas och lagringsplatser för koldioxid skiljer sig kraftigt mellan regionerna. Det gör att olika delar av landet får olika kombinationer av skrotbaserad produktion, vätgasmetallurgi och masugnar med koldioxidinfångning.

Bygger på data från 755 anläggningar

Forskarna har kombinerat en databas över utsläppen från 755 kinesiska järn- och stålanläggningar med en kostnadsoptimerande teknikmodell och geografiska uppgifter om tillgängliga resurser. Underlaget omfattar 370 råstålsanläggningar, varav 229 använder masugnar och 141 har ljusbågsugnar.

Modellen tar hänsyn till bland annat anläggningarnas ålder, kapacitet, processteknik och utsläppsintensitet. Dessa uppgifter kopplas sedan till regional tillgång på skrot, grön vätgas och möjliga lagringsplatser för infångad koldioxid.

Kartläggningen visar hur starkt den kinesiska stålindustrin fortfarande är bunden till den kolbaserade masugnsprocessen. Masugn och syrgaskonverter svarar för omkring 90 procent av landets stålproduktion och 83 procent av sektorns koldioxidutsläpp. Ljusbågsugnar står för drygt 10 procent av produktionen, jämfört med ett globalt genomsnitt på omkring 29 procent.

Anläggningarnas ålder gör vägvalen brådskande. Omkring 35 procent av masugnarna är mellan tio och femton år gamla. De är tillräckligt unga för att kunna fortsätta användas länge, men samtidigt gamla nog för att snart kräva beslut om ombyggnad, ersättning eller avveckling. Nya investeringar i befintlig kolbaserad teknik kan därför låsa fast utsläppen under flera decennier.

Skrot och vätgas tar över

I forskarnas scenario för nära nollutsläpp minskar stålindustrins utsläpp med 97 procent till 2060. Det sker genom en kombination av teknikskifte, förtida avvecklingar och lägre produktion.

År 2060 står skrotbaserade ljusbågsugnar för 53,3 procent av produktionen i modellresultatet. Vätgasmetallurgi svarar för 34,6 procent, medan masugnar utrustade med koldioxidinfångning står för resterande 12,1 procent.

Omkring 140 anläggningar behöver enligt modellen tas ur drift. Det motsvarar nästan 480 miljoner ton produktionskapacitet och omkring 436 miljarder dollar i strandade tillgångar.

Samtidigt minskar den kinesiska råstålsproduktionen till omkring 545 miljoner ton 2060, vilket är 47 procent mindre än 2022. Den beräknade utsläppsminskningen är alltså inte enbart resultatet av ny teknik. Den bygger även på att efterfrågan och produktionen blir betydligt lägre än i dag.

Geografin avgör teknikvalet

Skrotbaserad ljusbågsugnsproduktion blir enligt studien en grundläggande teknik i hela landet. Vilken teknik som kompletterar den varierar däremot mellan regionerna.

Vätgasmetallurgi får störst utrymme i norra, östra och södra Kina, där tillgången på vind- och solkraft ger bättre förutsättningar att producera grön vätgas. I delar av centrala Kina får koldioxidinfångning en större roll, bland annat tack vare närheten till möjliga geologiska lagringsplatser.

Modellen pekar också mot en geografisk förskjutning av produktionen. De traditionella stålregionerna i norra och östra Kina minskar sin produktion med mellan 47 och 54 procent fram till 2060. I nordvästra Kina ökar den i stället med 55 procent, framför allt på grund av regionens stora potential för vind- och solkraft.

Resultatet visar hur den industriella geografin kan förändras när tillgången till fossilfri energi och andra omställningsresurser blir lika viktig som närheten till kol, malm och befintlig infrastruktur.

Billigare än att fortsätta som vanligt

Trots de stora avvecklingskostnaderna blir den sammanlagda systemkostnaden i scenariot 2 184 miljarder dollar lägre än om utvecklingen fortsätter utan en kraftfull omställning. Skillnaden förklaras bland annat av lägre framtida energi- och materialkostnader.

Det resultatet vilar dock på långtgående antaganden. Forskarna räknar exempelvis med att kostnaden för vätgasmetallurgi minskar med 55 procent och att priset på grön vätgas faller till mellan 1 och 1,8 dollar per kilo till 2060.

Känslighetsanalysen visar också att modellens kostnader påverkas kraftigt av priserna på skrot och vätgas. Den beräknade besparingen ska därför inte läsas som en prognos över vad den kinesiska omställningen faktiskt kommer att kosta, utan som ett resultat under studiens valda förutsättningar.

Ingen prognos över enskilda investeringar

Modellen beräknar inte vilka företag som kommer att genomföra investeringarna eller exakt var nya stålverk kommer att byggas. Den fångar inte heller fullt ut skrotets kvalitet, kostnaderna för insamling och sortering eller konkurrensen om fossilfri el mellan stålindustrin och andra sektorer.

Vätgasscenariot förutsätter dessutom en omfattande utbyggnad av elproduktion, elektrolysörer, transportinfrastruktur och nya industrianläggningar. För koldioxidinfångningen kan bland annat vattenbrist och lokala miljöförhållanden begränsa möjligheterna, särskilt i delar av inlandet.

Studien visar därför inte vad som med säkerhet kommer att hända. Den visar vad som krävs för att en minskning på 97 procent ska vara möjlig inom modellens ramar.

För den internationella stålindustrin är slutsatsen ändå betydelsefull. Kina tycks inte kunna välja en enda teknik och sedan rulla ut den över hela landet. Omställningen avgörs i stället av var resurserna finns, vilka anläggningar som är värda att bygga om och hur snabbt den äldre kapaciteten kan avvecklas.

Det viktigaste vägvalet står därmed inte enbart mellan vätgas, skrot och koldioxidinfångning. Det handlar också om vilka stålverk som ska få en framtid och vilka som måste stängas för att inte låsa fast Kinas kolberoende under ytterligare decennier.

Referens

Yan Yan, Xinyuan Liu, Hancheng Dai med flera: ”Navigating regional zero-carbon steel pathways in China by aligning spatial resource constraints with facility heterogeneity”, Nature Communications, 2026



Cookies

Den här webbplatsen använder cookiesför statistik och användarupplevelse.

Core-template använder cookies för att förbättra din användarupplevelse, för att ge underlag till förbättring och vidareutveckling av hemsidan samt för att kunna rikta mer relevanta erbjudanden till dig.

Läs gärna vår personuppgiftspolicy. Om du samtycker till vår användning, välj Tillåt alla. Om du vill ändra ditt val i efterhand hittar du den möjligheten i botten på sidan.