Herzog Steel

HERZOG Steel

Les systèmes HERZOG sont utilisés dans le monde entier par les principaux producteurs d’acier pour l’assurance qualité et le contrôle de leurs processus de production. Nos solutions intégrées assurent une préparation optimale des échantillons d’acier, de fer et de laitier pour la spectroscopie d’émission optique (SEO), la spectroscopie de fluorescence X (en anglais « X-ray fluorescence », XRF) et l’analyse de combustion.

Les solutions HERZOG Steel sont parfaitement adaptées aux besoins de nos clients. Le transport des échantillons, la manipulation et la préparation des échantillons sont optimisés de manière à obtenir une qualité optimale avec les temps de traitement les plus courts possibles. L’ensemble des machines, des logiciels et des interfaces sont entièrement personnalisables. HERZOG est le partenaire idéal pour la mise en œuvre de solutions intégrées, adaptées individuellement au type d’échantillon, à l’infrastructure locale, aux méthodes et appareils d’analyse utilisés et au système de niveau 2.

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Configuration du système

HERZOG Steel réserve facilement des capacités pour le traitement préférentiel d’échantillons hautement prioritaires. Il garantit la sécurité et la reproductibilité des processus dans toutes les étapes préparatoires et crée ainsi des conditions idéales pour la rigueur d’analyse et la précision. HERZOG Steel repose sur un logiciel puissant qui se connecte facilement à des composants externes du système, permet un réglage simple de tous les paramètres et donne un aperçu complet de toutes les informations pertinentes du système.

DétailsPour la préparation des échantillons

Configuration du système

Laboratoires centraux

HERZOG Steel répond à toutes les exigences d’un laboratoire central moderne. Il garantit les temps de transport et de préparation les plus courts. Il dispose de ressources robotiques et de traitement suffisantes pour absorber les pics de volume d’échantillons à traiter. HERZOG Steel réserve facilement des capacités pour le traitement préférentiel d’échantillons hautement prioritaires. Il garantit la sécurité et la reproductibilité des processus dans toutes les étapes préparatoires et crée ainsi des conditions idéales pour la rigueur d’analyse et la précision. HERZOG Steel repose sur un logiciel puissant qui se connecte facilement à des composants externes du système, permet un réglage simple de tous les paramètres et donne un aperçu complet de toutes les informations pertinentes du système.

Un système d’automatisation HERZOG Steel classique se divise en trois sections:

1. Réception de tubes pneumatiques:

Dans les aciéries, la vitesse des cartouches pour tubes pneumatiques est généralement supérieure ou égale à 20 m/s. L’ouvrier sidérurgiste sélectionne l’identifiant d’échantillon approprié sur le terminal de la station de tubes pneumatiques, insère la cartouche avec l’échantillon de fer, d’acier, de laitier ou en forme de tige et lance le processus. En laboratoire, les cartouches pour tubes pneumatiques sont déchargées soit dans la station de réception, soit dans une station de décharge spéciale avec, par exemple, une unité de refroidissement pour les échantillons chauds. En outre, des échantillons spéciaux ou prioritaires peuvent être incorporés dans le système via des stations d’introduction manuelles spécifiques.

 

 

2. Préparation des échantillons:

La conception de cette section dépend du type d’échantillon utilisé, de la méthode d’analyse et, surtout, de l’expérience et de la tradition du laboratoire. La préparation des échantillons métalliques peut comprendre la rectification, le fraisage ou l’estampage. Pour les échantillons ronds, ovales, sucettes, en forme d’éclisse et autres échantillons témoins, le client a le choix entre différentes fraiseuses ou rectifieuses automatiques. Toutes les fraiseuses sont équipées d’une unité automatique de récupération et de transport des copeaux vers l’analyseur de combustion.  Différentes machines spéciales (HS-CF, HCP, HUST) permettant la découpe, le fraisage et l’estampage sont disponibles pour les échantillons cylindriques ou coniques. Pour les pièces à estamper à partir d’échantillons cylindriques ou en forme d’éclisse, un système de transport pneumatique de la machine à estamper à l’analyseur est également disponible.  Les échantillons de laitier sont déballés de la cartouche pour tubes pneumatiques soit dans la station de réception, soit dans la station de déballage spéciale. Après la préparation des échantillons, la pastille pressée est transportée vers l’appareil SFX.

 

 

3. Analyse:

HERZOG est capable d’intégrer les analyseurs de tous les fabricants d’instruments concernés. Grâce aux normes établies, la configuration mécanique et logicielle des interfaces avec les analyseurs est rapide, fiable et flexible. Les points focaux optimaux peuvent être déterminés pour la SEO au moyen de l’appréciation visuelle de la surface de l’échantillon. Le système d’automatisation HERZOG Steel gère tous les types d’échantillons de réétalonnage et de qualité et garantit une utilisation efficace de ces précieuses matières. Si nécessaire, les échantillons peuvent être archivés après l’analyse.

 

 

Exemples d'automatisations HERZOG

Laboratoires de conteneur

Le conteneur HERZOG Steel Lab est la solution d’automatisation sans compromis pour la préparation des échantillons dans l’industrie sidérurgique. Le laboratoire compact et entièrement autonome s’intègre sans problème dans un conteneur standard ISO (L x H x l : 6 058 x 2 438 x 2 438 mm) et peut ainsi être facilement transporté et installé à l’intérieur du site de production. En raison de la conception peu encombrante des fraiseuses spéciales HERZOG, des versions de conteneur plus petites, par exemple à faible hauteur sous plafond, sont également disponibles. De plus, l’opérateur peut se déplacer facilement dans le conteneur et procéder à des opérations de maintenance.
Le concept d’automatisation modulaire de HERZOG Steel Lab offre une flexibilité maximale et permet l’organisation d’une configuration système personnalisée à partir de différents composants. Ceux-ci incluent, entre autres, des analyseurs SEO de tous les principaux fabricants, un système optique de détection des échantillons bons/mauvais ou d’optimisation du point focal de la surface d’échantillon, des systèmes de marquage d’échantillons (imprimantes d’étiquettes, à cire ou matricielles), des terminaux pour l’introduction d’échantillons et des magasins d’échantillons de réétalonnage et de production. Un support antivibratoire, la climatisation, un contrôleur d’oxygène, un système de raccordement d’argon et un purificateur d’argon font partie de l’équipement standard du conteneur.
Le contrôle des processus, l’intégration des analyseurs et des autres composants ainsi que la connexion au système de contrôle de niveau 2 du client sont assurés par le logiciel PrepMaster de HERZOG. L’adaptation aux spécifications du client, telles que l’identification des échantillons, la possibilité de configurer les interfaces avec d’autres appareils et instances, ainsi que l’accès à distance et à Internet, font bien évidemment partie de la configuration de base du logiciel. Les modules PrepMaster Analytics sont disponibles en option pour afficher et évaluer les résultats d’analyse et les flux de processus.

Machines autonomes

Le principe de conception modulaire de HERZOG prévoit que la plupart des machines peuvent être utilisées soit dans un système automatique soit en tant que machines autonomes. Par conséquent, il est aussi très facile d’intégrer des machines individuelles plus tard dans un système automatique. Que vous recherchiez une machine manuelle, semi-automatique ou entièrement automatique, HERZOG trouvera toujours la solution parfaite pour vous.

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Préparation des échantillons

La préparation des échantillons des métaux et des matériaux à analyser devient de plus en plus importante. Même de petites impuretés ou des surfaces légèrement défectueuses des échantillons utilisés peuvent conduire à des résultats d'analyse erronés et à des interprétations erronées. HERZOG propose les produits de préparation d'échantillons correspondants, de sorte qu'une surface parfaitement préparée assure une analyse de haute qualité.

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Transport de tubes pneumatiques

Grâce à un système de tubes pneumatiques, les échantillons métalliques et de laitier sont envoyés de l’atelier de fabrication au laboratoire central à l’aide de cartouches pour tubes pneumatiques. La technologie repose sur un transport rapide avec de l’air comme moteur. De l’air comprimé présent en abondance dans les aciéries est généralement utilisé à cet effet.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Les vitesses des tubes pneumatiques atteignent normalement jusqu’à 20 m/s. Avec des sections de tubes pneumatiques spécialement configurées et une préparation spécifique des tubes pneumatiques, des vitesses plus élevées sont possibles dans certains cas. Par défaut, des tubes pneumatiques avec un diamètre extérieur de 80 mm et un diamètre intérieur de 75 mm sont installés. À la demande du client, des systèmes présentant de plus grands diamètres sont également disponibles.

Les systèmes de tubes pneumatiques peuvent être constitués de plusieurs lignes avec une répartition univoque entre les stations de commande et de laboratoire. Des aiguillages peuvent également être utilisés dans le réseau de tubes, ce qui permet de transporter des cartouches pour tubes pneumatiques d’une station d’envoi vers différentes stations de réception.

Selon le type de matière d’échantillon, différentes cartouches pour tubes pneumatiques sont utilisées. Pour les échantillons de poudre froids et d’autres matières légères, des cartouches en plastique sont utilisées. Pour les échantillons de poudre chauds et les échantillons d’acier ou de fer, des cartouches en aluminium sont nécessaires. Pour le transport d’échantillons métalliques, un insert sur mesure est souvent utilisé dans la cartouche pour tubes pneumatiques. Cela permet, d’une part, de garantir une manipulation fiable des échantillons dans des systèmes entièrement automatiques et, d’autre part, d’allonger la durée de vie des cartouches pour tubes pneumatiques.

À l’atelier, l’ouvrier sidérurgiste sélectionne l’identifiant d’échantillon correspondant sur le terminal de la station d’envoi, emballe l’échantillon de fer, d’acier, de laitier, en forme de tige ou de tout autre type dans la cartouche pour tubes pneumatiques et lance le processus de transport. Au laboratoire, les échantillons sont déballés soit dans la station de réception, soit dans des stations spéciales de déballage ou de transfert avec, par exemple, des dispositifs de refroidissement pour les échantillons chauffés au rouge. Par la suite, les cartouches sont refermées et renvoyées à l’atelier.

Tube pneumatique avec interrupteur

1. Station de Radiodiffusion HR-HSK/B (usine)

2. Station de Réception HR-HSK/L (Côté Laboratoire)

3. Commutateur à 2 Voies

4. Raccord de Tuyau pour Ventilateur/Laboratoire Station de Réception

5. Raccord de Tuyau pour Station Émettrice

6. Câble Profinet / en Option: lien optique

7. PrepMaster Terminal (en Option)

Préparation d’échantillons d’acier et de fer pour les analyses SEO et SFX

La spectroscopie d’émission optique et la spectrométrie de fluorescence des rayons X sont des procédures fréquemment utilisées pour l’analyse des métaux et des corps solides. Ces analyses sont utilisées aussi bien dans l’industrie des métaux, comme dans les aciéries, que dans les fonderies et en production. Compte tenu de la rapidité d’analyse et de la haute précision des résultats d’analyse, la SEO est la méthode privilégiée pour le contrôle des alliages utilisés. Elle est appliquée en production, lors du contrôle des matériaux et du contrôle qualité des matières premières et des produits semi-finis et finis. Lors de l’analyse SFX, l’émission d’une fluorescence correspondant à la composition chimique est stimulée par l’application d’un rayon X. Elle peut être analysée et comparée aux résultats des échantillons témoins.

Grâce à l’amélioration des logiciels et matériels, les procédures mentionnées donnent toujours des résultats d’analyse détaillés et entraînent l’abaissement constant du seuil de détection de certains éléments. C’est pourquoi la préparation des échantillons des métaux et matières à analyser prend de plus en plus d’importance. Même de petites impuretés ou les surfaces légèrement dégradées des échantillons utilisés peuvent fausser les résultats d’analyse et entraîner des erreurs d’interprétation. En particulier pour l’analyse des métaux, la surface des échantillons doit être parfaitement préparée car la précision des analyses spectroscopiques dépend de la qualité des échantillons. Par ailleurs, il est essentiel que la surface d’échantillon analysée soit représentative et homogène. Cela s’applique particulièrement aux échantillons de contrôle de la production dans les aciéries ainsi qu’à d’autres sites de production. En règle générale, la couche supérieure d’un échantillon n’est, pour diverses raisons, pas représentative de l’acier fondu à examiner. Premièrement, une couche de calamine d’env. 10 µm d’épaisseur se forme en raison du bref contact direct de l’air avec la surface chaude de l’échantillon après avoir retiré la coque de moulage de l’échantillonneur. Deuxièmement, la majeure partie de la couche d’échantillon non représentative est constituée d’inhomogénéités qualifiées de ségrégations. Ces ségrégations résultent de la séparation des éléments dissous pendant la solidification de l’acier liquide prélevé dans l’acier fondu sur le front de solidification.

Cela s’explique par la solubilité variable des éléments d’alliage dans les phases solide et liquide. La plupart de ces ségrégations subsistent même après la solidification complète et représentent des inhomogénéités permanentes de la composition chimique.
En outre, comme la matière fondue se solidifie de l’extérieur vers l’intérieur, le centre de la pièce coulée se solidifiant en dernier est généralement sursaturé d’éléments d’accompagnement caractéristiques comme le carbone, le phosphore, le soufre, le bore, etc.
Cela signifie que, selon la composition d’alliage, environ 0,3 à 0,6 mm de la surface d’échantillon doit être retirée pour pouvoir analyser les couches d’échantillon intactes représentatives. Actuellement, les procédés de fraisage et de rectification par enlèvement de matière sont principalement utilisés. Le mode de préparation des échantillons choisi dépend de la matière et du procédé d’analyse, mais aussi de l’expérience et de la tradition en atelier et laboratoire.

Fraisage

Les fraises HERZOG sont équipées de composants parfaitement coordonnés entre eux. L’unité de serrage, la fraise à métaux, le moteur de broche et les axes de déplacement sont construits de sorte à atteindre un couple assez grand pour pouvoir traiter facilement même des échantillons durs. Dans le même temps, l’apparition de vibrations et d’oscillations est évitée pour que ni les traces de broutage ni les surfaces sales ne puissent affecter la planéité de la surface d’analyse. Enfin, l’ajustement précis de ces composants veille à ce que les matières consommables, en particulier les plaquettes de coupe, soient préservées et atteignent ainsi une longévité maximale.

Rectification

Habituellement, l’échantillon est d’abord surfacé. Il s’agit de veiller à la création d’une surface plane dont tous les composants sont situés autant que possible dans un même plan. Pour cette étape, les particules abrasives fixées à gros grains sont privilégiées afin d’atteindre un taux d’enlèvement de matière élevé et constant et de garantir un usinage rapide et une planéité maximale. Le cas échéant, il peut être nécessaire d’effectuer, après le surfaçage, une autre opération d’usinage à des fins de rectification fine de la matière. Des moyens abrasifs dans d’autres matières composites, qui minimisent davantage les déformations restantes sur la surface d’échantillon, sont utilisés à cet effet. Herzog vous conseillera volontiers dans le choix du procédé de rectification optimal et de la matière abrasive.

Préparation des échantillons pour l’analyse de combustion

Les métaux sont largement utilisés en raison de leur grande variété de propriétés pouvant être adaptées à chaque application spécifique. Les propriétés individuelles des métaux sont fortement contrôlées par les éléments carbone, soufre, oxygène, azote et hydrogène. Même de légères variations de concentration modifient les propriétés mécaniques telles que la ductilité, la tendance à la corrosion ou la fragilité. L’analyse de combustion est la méthode par excellence lorsqu’une analyse ultra précise et rapide de ces concentrations élémentaires est requise.

HERZOG fournit différentes solutions visant à obtenir des échantillons pour l’analyse de combustion. D’une part, les copeaux peuvent être collectés pendant le processus de fraisage à l’aide de la « Chip Capture Unit » (CCU, unité de récupération de copeaux) dans les différentes fraiseuses HERZOG. Ces copeaux peuvent être mis à disposition dans un godet pour un traitement ultérieur ou envoyés de manière entièrement automatique et pneumatique à une unité d’analyse de combustion. D’autre part, des pièces à estamper peuvent être produites à partir d’échantillons en forme de disque ou d’éclisse. La HUST utilisée à cet effet est disponible en variante semi-automatique ou automatique. Dans la HUST semi-automatique, en fonction de la matrice utilisée, un nombre différent de pièces à estamper peut être produit et collecté dans un godet à des fins de traitement manuel ultérieur. En outre, la HUST est disponible en version entièrement automatique. Celle-ci envoie les pièces estampées pour une analyse ultérieure de manière isolée et pneumatique à un magasin ou à l’unité d’analyse. Il existe différentes options pour la HUST, comme une unité de sablage pour le nettoyage des surfaces, une unité de chauffage par induction pour les échantillons très durs et un dispositif de refroidissement. HERZOG coopère avec tous les principaux fabricants d’équipements d’analyse de combustion.

Préparation d’échantillons de laitier

La qualité du métal au cours du processus de fabrication de l’acier dépend de la formation de laitier et des procédés de transformation minéralogique. Un laitier de bonne qualité est essentiel pour la fabrication d’aciers de haute qualité et remplit une multitude de fonctions. Le laitier élimine les éléments indésirables par formation d’oxyde et les enlève de la matière fondue. Mais le laitier n’est pas seulement un réservoir collecteur d’impuretés, il réduit aussi la perte de chaleur grâce à l’isolation thermique. De plus, il protège le revêtement réfractaire du four de par ses propriétés réductrices d’érosion.

Dans le haut-fourneau, le laitier est un mélange de constituants à bas point de fusion résultant de la réaction chimique entre la gangue de l’aggloméré ferreux et la cendre de coke avec le flux. Des composants non réduits tels que des silicates, des aluminosilicates et des aluminosilicates de calcium sont également inclus. Le laitier de four à arc résulte de nombreuses sources différentes telles que l’oxydation du silicium (Si), de l’aluminium (Al) et du magnésium (Mg) dans les déchets, les impuretés contenues dans les déchets, les cendres, l’injection de carbone, de gangue et d’oxyde de fer (FeO) sous la forme d’éponge de fer (DRI) et de fer briqueté à chaud (HBI) ainsi que de calcaire et de dolomite utilisés comme flux.

Les laitiers d’acier sont principalement utilisés soit comme couche de gravier soit comme agrégat dans le secteur du bâtiment. Bien que la majeure partie du laitier soit utilisée comme agrégat, l’excédent de laitier provenant d’autres procédés (racloir, poche, nettoyage, fosse) est mis à la décharge.

L’analyse SFX du laitier constitue la base d’une protection efficace des matières réfractaires, d’une consommation d’énergie réduite, d’un meilleur contrôle des additifs et de meilleures qualités d’acier. La préparation des échantillons de laitier comprend le préconcassage, le broyage, le pressage ou la dissolution. Il est possible de concasser le laitier à la fois à l’usine et au laboratoire. Dans tous les cas, la matière magnétique doit être préalablement retirée par un séparateur magnétique. Pour la préparation automatique des échantillons, le broyeur est équipé d’un doseur d’adjuvant de broyage, d’un système de prédosage et de mécanismes de nettoyage efficaces, par exemple avec de l’air comprimé, du sable ou de l’eau. Le pressage automatique est possible pour des anneaux de 40 et 51,5 mm de diamètre. Des pressions comprises entre 14 et 16 t sont généralement utilisées. Une autre méthode très efficace pour le traitement du laitier est la dissolution au borate par chauffage par induction ou résistance. Selon l’organisation de l’échantillonnage, le transport pneumatique et le degré d’automatisation, la préparation et l’analyse peuvent durer 10 minutes.

Système de Contrôle

Les exigences imposées par les laboratoires métallurgiques au système de contrôle sont particulièrement élevées. HERZOG Steel Automation est sous le contrôle du PrepMaster Core, spécialement développé pour les exigences de préparation des échantillons. En conséquence, tout le concept du logiciel PM est conçu pour acheminer les échantillons du point de prélèvement à l'analyseur. Cela permet une préparation rapide et fiable de tous les types d'échantillons, ainsi qu'un traitement efficace d'un grand nombre d'échantillons et de charges de pointe. La gestion des priorités avec différents niveaux de priorité est profondément implémentée dans la structure logicielle.

HERZOG coopère avec presque tous les fabricants importants de composants d'automatisation. Le PM est livré avec de nombreuses interfaces "prêtes à l'emploi" avec des appareils tiers, des systèmes de traitement, des analyseurs (XRF, OES, CNS, mesures radioactives, etc.) et des capteurs (balances, jauges de taille des particules, systèmes optiques, etc.). et assemblez facilement la configuration système optimale pour votre application. La configuration de nouvelles interfaces et de nouveaux pilotes est également possible sans problème. De nombreuses années d’expérience avec les systèmes de niveau 2 permettent l’intégration transparente du MP dans vos structures informatiques existantes.

PM Core fournit un excellent aperçu de tous les échantillons en attente, actuels et déjà traités. Une utilisation claire des couleurs et des symboles vous donne un aperçu rapide du statut de tous les échantillons, machines et processus. Toutes les informations et fonctions pertinentes sont accessibles en un clic de souris et fournissent des listes détaillées permettant un accès direct à des données et paramètres détaillés. Bien sûr, toutes les vues peuvent être configurées à votre guise.
Avec l'aide du nouvel environnement de développement intégré (PM IDE), les fichiers de configuration et les listes de routage pour les processus d'automatisation peuvent être rassemblés très facilement. Des changements moins importants dans les processus d'automatisation peuvent même être apportés par l'opérateur lui-même. PM IDE est équipé d’une vaste bibliothèque de pilotes et d’interfaces prêts à l’emploi. Des exemples de sous-programmes de contrôle peuvent être facilement ajoutés par glisser-déposer. Les contrôles de cohérence de toute modification évitent que des erreurs logiques ou formelles se produisent lors du routage des échantillons.
PM Core System est un système adaptatif et réactif à tous les égards. Sur la base des données de capteur et d’analyse, le routage des échantillons dans la feuille de calcul peut être modifié en ligne. Pour ne citer que quelques exemples:

Si la préparation d'échantillons sélectionnée ne donne pas le résultat souhaité, vous pouvez lancer d'autres processus automatiques ou "recettes". Les systèmes d’analyse optique intégrés au cœur PM permettent: définir le point d’étincelle optimal pour la spectroscopie d’émission dans des échantillons d’acier. Le comportement des systèmes de manutention, tels que Les robots seront automatiquement adaptés à la nouvelle situation.
PM Core propose une gamme complète de téléservices sécurisés, notamment l’accès à distance, les diagnostics à distance et la maintenance à distance. Pour éviter les temps d'arrêt de votre laboratoire, PM Core prend en charge à la fois un PC de sauvegarde et la configuration d'un système de serveur redondant.

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