Laserbasiertes System macht die Materialkontrolle ohne vorherige mechanische Probenvorbereitung möglich.

Teltow, 11. April 2022     Auf der TUBE/WIRE stellt Secopta sein LIBS-System für die vollautomatische Inline-Verwechslungsprüfung erstmals für die Kontrolle von Langprodukten aus Schwarzstahl vor. Mit einer Detektionsrate von mehr als 99,9 Prozent schleust es Material, dessen Zusammensetzung nicht den Vorgaben entspricht, zuverlässig aus dem Prozess aus. So vermeidet es die Verwechslung von Halbzeugen vor deren Weiterverarbeitung.

Die vollautomatische Verwechslungskontrolle (Positive Material Identification, PMI) hat sich bei Blankstahl bereits in vielen Werken bewährt. Jetzt bietet Secopta das System FiberLIBS black bar zum ersten Mal auch für Schwarzstahl an. Das laserbasierte System reduziert den manuellen Aufwand bei der Materialidentifikation drastisch und macht in vielen Fälle die mechanische Probenvorbereitung überflüssig.

Speziell für die Kontrolle von Schwarzstahl hat Secopta die integrierte Probenvorbereitung angepasst. Sie entfernt oberflächliche Verunreinigungen wie zum Beispiel Walzhäute, Öl oder andere Störfaktoren vollautomatisch. Dadurch ist es zum ersten Mal möglich, auch dieses Material ohne vorherige mechanische Probenvorbereitung zu prüfen.

Vor dem Hintergrund der Forderung nach kleineren Losgrößen und der stetig wachsenden Zahl an Stahlqualitäten steigt die Bedeutung der zuverlässigen Materialidentifikation in der gesamten Prozesskette beständig.

Dr. Christian Bohling, einer der Geschäftsführer der Secopta analytics GmbH, sieht in der laseroptischen Materialanalyse die Lösung: „Im Walzwerk sind viele Prozesse zuverlässig automatisiert, das Risiko von Verwechslungen ist gering. Aber sobald der Mensch ins Spiel kommt, sieht das anders aus: Es gibt manuelle, stark verwechslungsgefährdete Arbeitsschritte, zum Beispiel, wenn irrtümlich falsches Vor- oder Zwischenmaterial aus einem Lager entnommen wird oder die falschen Knüppel in den Wiedererwärmungsöfen geladen werden. Das ist besonders kritisch, wenn es um sicherheitsrelevante Bauteile geht, bei denen Verwechslungen schwerwiegende Auswirkungen haben.“

Weitere Einsatzbereiche von LIBS-Systemen sind die Analyse der Schmelze im Stahlwerk, die Kontrolle angelieferten Schrottes oder die Verwechslungskontrolle von Stahlknüppeln vor der Wiedererwärmung. Auch dort vermeidet LIBS, dass Verwechslungen nicht erkannt werden und Produkte mit den falschen Materialeigenschaften an den Kunden geliefert werden.

Secopta auf der TUBE/WIRE 2022
Düsseldorf, 20. bis 24. Juni 2022:
Halle 6, Stand J11

Hintergrund: Die Technik im Detail

LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) Systeme analysieren inline die Zusammensetzung der Legierung von Metallen und ermöglichen so die zu nahezu 100 Prozent sichere Materialidentifikation – vollautomatisch und quasi in Echtzeit. Eine gesonderte Analyse von Proben im Labor ist nicht mehr notwendig.

Bei der Messung wird ein Laserstrahl aus sicherem Abstand auf das Material fokussiert. Aufgrund der Energieüberhöhung werden geringe Mengen abgetragen und in ein Plasma überführt. In diesem Zustand sind die Bindungen der verschiedenen Moleküle aufgebrochen und freie Ladungsträger (Elektronen, Atome, Ionen,) liegen angeregt vor. Bei der Rückbildung des Plasmas senden sie ein elementspezifisches Licht aus, das von einem Spektrometer detektiert und bis zu 1000 mal pro Sekunde ausgewertet wird. Die Ergebnisse werden mit der zugehörigen Schmelzanalyse abgeglichen, die zu Beginn der Messung direkt aus der Datenbank des Werkes durch die SPS an das LIBS-System übermittelt wurde.

Da das Material augenblicklich verdampft, ist der Wärmeeintrag in das Probenmaterial sehr gering. Um die vollautomatische Materialidentifikation mit LIBS trotz starker Verunreinigung durchführen zu können, entfernt eine in der Messkopf integrierte Vorreinigung Oxidschichten und Schmutz.

LIBS-basierte Systeme erreichen Erkennungsraten von weit über 99 Prozent bei Fehlalarmraten von deutlich unter ein Prozent. Aufgrund der geringen Wartungs- und Betriebskosten sowie minimalen Personaleinsatz amortisieren sich die Systeme bereits innerhalb von zwölf bis 24 Monaten.

Über Secopta analytics

Die Secopta analytics GmbH mit Sitz in Teltow bei Berlin bietet laserbasierte Analytiklösungen für Fragestellungen der industriellen Prozesskontrolle sowie der Primär- und Sekundärrohstoffproduktion.

Die Anwendungsfelder reichen von der Gewinnung und Anreicherung Rohstoffen über die industrielle Prozesskontrolle bis zur Aufbereitung von Sekundärrohstoffen sowie der Umweltanalytik und der Gefahrstofferkennung. Das Unternehmen bietet seinen Kunden vollständige Systemlösungen für die automatisierte Analytik in individuellen Applikationen. Die Analyse kann direkt im laufenden Prozess erfolgen: online, onsite und insitu.

Abbildungen und Bildunterschriften

Bild 1: Das Prinzip: Bei der Messung wird ein Laserstrahl aus sicherem Abstand auf das Material fokussiert und das vom Plasma ausgesandte Licht analysiert.
Bild 2: Eine LIBS-Anlage (links im Bild) in der Qualitätskontrolle einer Adjustagelinie
Bild 3: Die leistungsfähige Vorablation reinigt die zu analysierende Oberfläche.

^{Bildrechte: Secopta analytics GmbH}

Teltow, Germany, 11 April 2022     At the TUBE/WIRE trade fair, Secopta is going to present its new LIBS system which, for the first time, enables fully automatic inline Positive Material Identification (PMI) testing of long steel products in black condition. With more than 99.9 percent reliability, the system identifies material whose chemical composition is not as specified and removes it from the production process. Thus, the system can be used, for example, to prevent that the wrong semi-finished products are selected for a downstream process.

For bright steel products, fully automatic Positive Material Identification (PMI) testing has already become an established process in many mills. With its FiberLIBS black bar system, Secopta now applies its range of inline LIBS systems for the first time also to black steel products. The laser-based system dramatically reduces the manual effort so far involved in material identification processes, very often even making separate mechanical sample preparation unnecessary.

Secopta has adapted the sample preparation system integrated in their analyzers to the needs of black steel testing. Surface contamination, such as scale, oil and other interfering factors, are removed fully automatically. This makes it possible for the very first time to analyze steel in black condition without having to grind the samples beforehand.

Given the rising demand for smaller production lots and the constantly growing number of steel grades, reliable material identification along the entire process chain becomes increasingly important in steel production.

For Dr. Christian Bohling, one of the Managing Directors of Secopta analytics GmbH, laser-optical material analysis is the solution here: “Many processes in a rolling mill are automated. The automation systems work very reliably. Therefore, the risk of material mix-ups is very low. But as soon as humans are involved, it’s a different story. Some manual activities may easily lead to material mix-ups, for example, when picking input or semi-finished material from the store or charging a reheating furnace. Particularly, when safety-critical components are concerned, a mix-up can have catastrophic consequences.“

Other fields where LIBS systems are used include steel bath and incoming scrap analyses, and PMI of steel billets before reheating. In all these applications, LIBS ensures that no mix-up of material goes undetected and no products with wrong material properties are delivered to the customer.

400 words including introduction

Secopta at TUBE/WIRE 2022
Düsseldorf, Germany, 20 - 24. June 2022:
Hall 6, stand J11

Background information: The technology in detail

LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) systems analyze the composition of metallic alloys in an inline process, enabling fully automatic, quasi real-time Positive Material Identification (PMI) testing with a reliability of almost 100 percent. This means that it is no longer necessary to send samples to the lab for analysis.

For the measurement, a laser beam is focused on the material from a safe distance. The resulting superheated spot on the material causes small amounts of material to form plasma. The bonds of the molecules break as the material transitions into plasma. Free charge carriers (electrons, atoms, ions) are present in excited state. When the plasma turns back into gas, these charge carriers emit light spectra unique to the respective element. The light emissions are detected by a spectrometer and evaluated at rates of up to 1,000 times per second. The results are compared with the results from the corresponding liquid steel analysis. To this purpose, the analysis data from the works' database are sent by the PLC directly to the LIBS system as it starts a measurement.

As the material vaporizes instantly, heat ingress into the sample is very low. To enable fully automatic PMI even of material with heavily contaminated surfaces with a LIBS analyzer, Secopta has designed the measurement head with an integrated laser-based system capable of removing scale and other contaminants from the material surface before the measurement starts.

LIBS-based systems detect out-of-spec material with more than 99 percent reliability. False alarm rates are clearly below one percent. The systems pay back fast – within twelve to 24 months – due to low maintenance and operating costs and minimum personnel requirements.  

Background information: 270 words

Photos 

Fig. 1: For the measurement, a laser beam is focused on the material from a safe distance, causing some material to form plasma. The system analyzes the light emitted by the plasma. File name: Secopta_PMI_finishing-line.jpg
Fig. 2: A LIBS system (shown on the left) in operation for quality control at a finishing line. File name: Secopta_PMI_2.jpg
Fig. 3: The surface of the material to be analyzed is cleaned by means of an integrated high-performance ablation process. File name: Secopta_Abbildung 3.jpg

^{Image credits: Secopta analytics GmbH
High-resolution image files are available for downloading above.}

About Secopta analytics:

Secopta analytics GmbH, based in Teltow near Berlin, offers laser-based analysis solutions for tasks in industrial process control as well as in the production of primary and secondary raw materials.

Application fields for the company’s systems range from extraction and refinement of raw materials to process control in industrial manufacturing to processing of secondary raw materials, environmental analytics and detection of hazardous substances. Secopta provides full-line customized solutions for the automation of analytical processes, including in-line, on-site and in-situ analyses during running production.