This paper investigates the mechanical properties and deformation mechanisms of austenitic stainless steels and how they relate to the material property of stacking fault energy (SFE) and its relation to temperature and nickel content. Austenitic stainless steels are commonly used and well known for good mechanical properties and deformation characteristics. Austenitic stainless steels are primarily defined by their face centered cubic (FCC) structures. Austenitic stainless steels typically include alloying elements with contents of >11wt-% Cr, >50wt-% Fe, <1.2wt-% C as well as other alloying elements. The steels in this report were provided by Alleima AB were 904L and 316L whose primary difference is the Ni content of 25wt-% and 11.5wt-% respectively. SFE is a microscopic material parameter that can influence what deformation hardening phenomena will occur. SFE is, according to the literature, temperature-dependent, and composition-dependent. The deformation hardening mechanisms will change across the temperature range and different nickel contents. At low SFE, the strain hardening mechanism of transformation-induced plasticity (TRIP) will occur. TRIP will be seen through the transformation of the austenitic phase into body centred tetragonal (BCT) structured α’-martensite, or hexagonal close-packed (HCP) structured ε-martensite. When the temperature is raised, the SFE increases. At a certain point, the strain hardening mechanism will change to twinning-induced plasticity instead (TWIP). Through mechanical deformation at different temperatures, the mechanical properties of the steels can be improved by different strain hardening mechanisms which is explored in this report. Tensile tests were performed at five temperatures: 500℃, 200℃, 23℃, -80℃ and -196℃. Each tensile test produces stress-strain curves and by comparing the results from the tensile tests at the different temperatures material characteristics and strain hardening were studied. The results implied the phenomena of TRIP and TWIP had occurred during strain hardening which would be further confirmed through microscopy examination of the samples. The samples were also examined through the two microscope methods light optical microscopy (LOM) and electron backscatter diffraction (EBSD). By cutting the samples 5mm from the fracture, just below necking, the surface of interest was revealed. Polishing and etching the samples for LOM allows the surface to be examined and to determine possible present phases in the steel after the tensile test. To create an examination of the phases present, the scanning electron microscope technique, EBSD, is used to determine the present phases and grain orientation of the samples. By examining the microstructure of the samples, the temperature dependence of SFE is developed. The results of the study indicated that SFE is indeed correlated to temperature and Ni content. The stress-strain curves that were produced from the tensile testing machine showed clear characteristics of strain hardening at low and cryogenic temperatures. The findings from the stress-strain curves were corroborated by the LOM images and the EBSD maps where at cryogenic temperatures deformation twins and martensite formation was clearly visible. This was shown not to be the case across the temperature range. 316L showed TRIP at cryogenic temperatures which then changed to TWIP in the middle of the temperature range, and finally neither when the temperature was further raised. The difference in the amount of martensite formation and the formation of deformation twins at the different temperatures indicated that the SFE increases with the temperature. 316L showed greater strain hardening characteristics and more TWIP and TRIP transformation compared with 904L in the different tested temperature ranges. The results confirmed the positively correlated relationship between SFE and temperature as well as that the addition of Ni increases the SFE of the alloy. / Denna rapport undersöker mekaniska beteenden och deformationsmekanismer för austenitiska rostfria stål, med avseende på hur staplingsfelsenergi (SFE) ändras med temperatur och nickelhalt. Austenitiska är primärt definierade av att de har en ytcentrerad kubisk (FCC) struktur och kan inte innehålla mindre än 11wt-% Cr. Rostfria stål innehåller oftast legeringar som är >11wt-% Cr, >50wt-% Fe, <1.2wt-% C och andra ämnen. Stålen som används i detta projekt är 316L och 904L som Alleima AB producerade, där 904L innehåller 25wt-% Ni medan 316L bara innehåller 11.5wt-% Ni. SFE är en parameter som avgör vad för deformationshärdande effekt som kommer att inträffa, då SFE enligt litteraturen, är både temperaturberoende och legeringsberoende. Vid låga SFE kommer deformationshärdningen att vara transformations inducerad plasticitet (TRIP) och om SFE ökar kommer tvillinginducerad plasticitet (TWIP) ske istället. TRIP kommer ändra austenitfasen till hexagonalt tätpackat (HCP) struktur, ε-martensit eller rymdcentrerad tetragonal (BCT), α’-martensit. För att testa och se vad för härdningsmekanism som kommer att ske vid olika temperaturer används dragprov för att testa materialen. De temperaturer som materialen testades vid var; 500℃, 200℃, 23℃, -80℃ och -196℃. Från dragprovsdata skapades dragprovskurvor, ingenjörskurvor, sankurvor, och töjningshärdningskurvor. Dessa jämfördes sedan med avseende på temperatur och Ni-halt. Efter proverna har dragits sönder analyseras mikrostrukturen 5 mm från brott, precis innan miljöbildningen. Mikrostrukturen analyseras med ljusoptiskt mikroskop (LOM) för alla tester och elektron backscattering diffraction (EBSD) för testerna gjorda vid temperaturerna; 500℃, 23℃ och -196℃. Mikrostrukturen jämförs med avseende på hur mycket mekaniska tvillingar som har skapats och hur mycket martensit som har bildats. Mekanisk tvillingbildning kan bara ske om materialet har en låg SFE och martensit behöver ännu lägre SFE för att bildas. Beroende på om man ser martensit, mekaniska tvillingar eller bara deformation kan man dra slutsatser om vid vilka temperaturer materialen har olika hög SFE. Rapportens resultat tyder på att SFE är beroende av temperatur och sammansättning av legeringen. Dragprovskurvorna som producerades visade tydliga tecken på att deformationshärdande effekter hade skett vid låga och kryogena temperaturer. Resultaten från dragprovskurvorna vidarebekräftades av resultaten från LOM bilderna och EBSD kartorna där deformationstvillingar och martensit fasomvandling var tydliga. Det här var inte resultaten för alla temperaturer. 316L visade martensit fasomvandling vid kryogena temperaturer vilket övergick till tvillingbildning vid medeltemperaturer och sedan visades inget av fenomenen om temperaturen höjdes ytterligare. Skillnaden i mängden martensit fasomvandling och tvillingbildning vid kryogena temperaturer ger tydlig indikation att SFE ökar i legeringen när temperaturen ökar. 316L visade mer deformationshärdande karaktärer än 904L i det temperatur intervallet som testerna utfördes i. De här resultaten bekräftade att SFE är positivt korrelerad med temperatur och att tillsatsen av mer Ni ökar SFE i legeringen.

This report looks at the implementation of briquetting in the Swedish steel industry. Briquetting is a process in which residual products are mixed and compressed into a brick-like body in order to be added to the melt in a furnace. This report investigates the type of materials commonly used in briquetting as of today. As the steel industry is moving towards an increasingly circular production process, some of the steel production will transition from blast furnaces towards electric arc furnaces. The transition process would include a change in the briquetting facilities and the residual products used in briquettes. This in turn poses a series of challenges since briquettes have different requirements depending on the type of furnace they are used in, such as material contents and mechanical requirements. In order to investigate these issues, a number of scientific texts and reports were reviewed along with a field study to SSAB: s briquetting facility in Oxelösund to provide essential information for the report. This study focuses on the difference in requirements for briquettes used in blast furnaces and electric arc furnaces. The literature review was conducted to determine how briquetting facilities previously used for blast furnaces can be transitioned in order to create briquettes for electric arc furnaces. From mapping the by-products and looking at their iron content and carbon content, it could be concluded that some by-products will not be relevant in briquettes for electric arc furnaces due to the different material requirements. These include materials with a high carbon content and a low iron content, such as CTC-filter dust, smelting emissions and ore- / coal overspill. The mechanical requirements were investigated in respect to binders and briquetting techniques. The literature review revealed that cement was exclusively used in Swedish steel plants for briquetting mainly due to the added strength of the briquette. It was concluded that the mechanical requirements of briquettes used for electric arc furnaces were lower in comparison to blast furnaces. / Denna rapport undersöker användningen av brikettering i den svenska stålindustrin. Brikettering är en process där restprodukter blandas och pressas ihop till en tegelliknande kropp för att sedan tillsättas i smältan i en ugn. Rapporten undersöker vilka typer av material som vanligtvis används i brikettering idag. I takt med att stålindustrin rör sig mot en alltmer cirkulär produktionsprocess kommer en del av stålproduktionen att övergå från masugnar till ljusbågsugnar. Övergångsprocessen skulle innebära en förändring av briketteringsanläggningar och de restprodukter som används i briketterna. Detta medför i sin tur en rad utmaningar eftersom briketter har olika krav beroende på vilken typ av ugn de används i, såsom material och mekaniska krav. För att undersöka dessa frågor granskades ett antal vetenskapliga texter och rapporter samt genomfördes en fältstudie vid SSAB:s briketteringsanläggning i Oxelösund för att ge nödvändig information till rapporten. Denna studie fokuserar på skillnaderna i krav för briketter som används i masugnar och ljusbågsugnar. Litteraturstudien genomfördes för att avgöra hur briketteringsanläggningar som tidigare använts för masugnar kan anpassas för att skapa briketter för ljusbågsugnar. Genom kartläggning av biprodukterna och undersökning av deras järnhalt och kolhalt kunde det konstateras att vissa biprodukter inte kommer att vara relevanta i briketter för ljusbågsugnar på grund av de olika material kraven. Detta inkluderar material med hög kolhalt och låg järnhalt, exempelvis CTC-filterdamm, hyttsot och malmspill / spillkol. De mekaniska kraven undersöktes med avseende på bindemedel och briketteringstekniker. Litteraturstudien visade att cement uteslutande användes i svenska stålverk för brikettering, främst på grund av den ökade styrkan hos briketten. Det kunde konstateras att de mekaniska kraven för briketter som används i elektriska ljusbågsugnar var lägre jämfört med masugnar.

Slaggskumning  är  ett  användbart  verktyg  för  att  optimera  processen  i  en ljusbågsugn. Traditionell slaggskumning baseras på en tillsats av syrgas och kolpulver, vilket skapar och reducerar oxider i slaggen. När oxiderna reduceras bildas kolmonoxid och om gasgenereringen är tillräcklig kommer slaggen att expandera i volym och slutligen bilda ett skum.  Skummet underlättar  överföringen  av  energi  från elektroderna,  vilket möjliggör  effektivare  smältning samt skyddar infodringen mot slitage.  Slagg från höglegerade och rostfria stålsorter uppvisar generellt  en  sämre skumning,  vilket resulterar  i  att  krom  (Cr)  i  form  av  kromoxid  (𝐶𝑟2𝑂3) förloras till slaggen. För att minska förlusten av krom har försök att förbättra skumningen genomförts vid Alleima AB:s ljusbågsugn i Sandviken.  Slagprover har analyserats med röntgenfluorescens (XRF) och försökskampanjerna  har  fokuserat  på  nyttjandet  av kol-  och  syrgaslansarna,  då  slaggsammansättningen bedömdes vara gynnsam för skumning. Genom att begränsa mängden injicerad syrgas och justera förhållandet mellan kolpulver och syrgas till 1,5 uppnåddes en lägre halt 𝐶𝑟2𝑂3 i slaggen.  Minskningen av 𝐶𝑟2𝑂3 var inte lika beroende av förhållandet mellan kol och syre om det inlastade materialets sammansättningen togs i beaktande. Dock konstaterades det att en minskad mängd syre och en ökad mängd kisel i skrotkorgarna var fördelaktigt för att nå låga nivåer av 𝐶𝑟2𝑂3. Det observerades också att med mindre tillsatser av syrgas ökade ugnens elförbrukning, samt att 𝐶𝑟2𝑂3 reducerades med mer än 20% under tappning. Avståndet mellan kolansen och slaggytan undersöktes även, men inga slutsatser kunde dras om dess effekt på reduceringen av 𝐶𝑟2𝑂3. Studien  har  också  belyst  svårigheten  att kvantifiera skumningen baserat  på  operatörernas uppskattningar. Avslutningsvis bör det även nämnas att föreliggande rapport är en reducerad version av den rapport som publicerats internt inom Alleima AB. / Slag foaming is a useful tool to optimize the process in the electric arc furnace (EAF). Traditional slag foaming is based on the addition of oxygen gas and carbon powder, which creates and reduces  oxides  in  the  slag.   When  the  oxides  are reduced, carbon monoxide  gas  is  created and if the gas generation is substantial, the slag will expand in volume and eventually create a foam. The foam facilitates the transfer of energy from the electrodes, allowing for more efficient melting as well as protecting the refractory lining from wear. Slag from high-alloy and stainless steel grades generally exhibits poor foaming, resulting in a loss of chromium (Cr) in the form of chromium oxide (𝐶𝑟2𝑂3) to the slag after tapping. In ordet to reduce the loss of chromium attempts to improve slag foaming at Alleima AB have been carried out in production at their EAF in Sandviken.  Slag samples have been analyzed using X-ray fluorescence (XRF). The experiments have focused on the utilisation of the carbon and oxygen lances, once the slag composition had been assesed and concluded favourable for slag foaming. By limiting the amount of blown oxygen and adjusting the ratio of carbon powder to oxygen gas to 1.5, a decrease in 𝐶𝑟2𝑂3 levels of the slag was achieved.  The reduction of 𝐶𝑟2𝑂3 was not as dependent on the ratio if carbon and oxygen if the composition of the charged material was taken into account.  However, it was concluded that a decreased amount of oxygen and an increased amount of silicon in the scrap baskets was noted to be beneficial for reaching low 𝐶𝑟2𝑂3 levels. It was also observed that with less additions of oxygen gas, the furnace’s electricity consumption increased, and that 𝐶𝑟2𝑂3 was reduced by more than 20% during tapping. The distance of the carbon lance to the slag surface was examined, but no conclusion could be drawn regarding its effect on the reduction of 𝐶𝑟2𝑂3.  The study have also highlighted the difficulty of quantifying foaming based on the operators estimations. It should also be mentioned that the following report is a reduced version of the report published internally within Alleima AB.ii

Steel is used worldwide and there are demands for an increase in current production. The problem emerges because steel and iron-making industries release vast amounts of CO2 and need to be more environmentally sustainable. Therefore, hydrogen-induced fluidized beds are an interesting alternative to blast furnaces for reduction due to their low, if not non-existent, CO2 release. There are, however, some aspects regarding fluidization that need to be further researched to make fluidized beds an economically and environmentally viable alternative. This study aimed to investigate how certain properties affect the fluidization process, including particle size of the iron ore fines, gas mixtures, temperature and pressure. The minimum fluidization velocity is investigated using two modelling approaches, by Ergun and Wen & Yu. It is found that when the commonly found values for sphericity and voidage were applied to the modelling by Ergun, it did not match the cold experiments of iron ore fines by Reifferscheid. A higher value for voidage and a lower value in sphericity produced more accurate results, however, only two types of iron ore fines were used and additional experiments need to be conducted to generalise this assumption. It is also found that temperature greatly affects the minimum fluidization velocity while the influence of pressure is less significant. Additionally, the impact of the sticking phenomenon is discussed as it is a major part relating to the reduction of iron ore fines in a fluidized bed. This study concluded that there are several aspects that need to be investigated when optimising the reactors to find the most effective operating conditions. / Stål används världen runt och kraven för tillverkning ökar dagligen. Ett problem som framstår är att stål- och järnproducerande industrier släpper ut stora mängder koldioxid och behöver därmed bli mer miljömässigt hållbara. Således är vätgasreduktion via fluidiserade bäddar ett intressant alternativ gentemot masugnen tack vare dess låga, om inte försumbara, CO2 utsläpp. Det finns dock vissa aspekter angående fluidisering som behöver ytterligare forskning för att göra processen ekonomiskt och miljömässigt hållbar. Denna studie siktar på att undersöka hur några aspekter påverkar fluidiseringsprocessen, däribland ingår partikelstorlek för det finkrossade järnet, gasblandning för fluidiserande gas, temperatur och tryck. Den minsta hastigheten på gasflödet för fluidisering undersöktes med hjälp av modelleringar av Ergun och Wen & Yu. När litteraturvärden för sfäricitet och tomrum i bädden används är det uppenbart att dessa modelleringar inte passar experiment gjorda i kalla förhållanden på järnmalm av Reifferscheid. Ett högre värde för tomrum i bädden och ett lägre värde för sfäricitet producerar mer precisa resultat. Däremot behöver fler experiment på järnmalm utföras för att få mer tillförlitliga resultat. Utöver det så konstaterades det att temperatur har en stor påverkan på den minsta hastigheten för gasflödet medan tryck har en märkbart mindre påverkan. Till sist diskuteras inverkan av agglomerering och reduktionen av järnmalm i en fluidiserad bädd. Denna studie sammanfattar att det finns många olika aspekter som behöver undersökas och tas i hänsyn till när driftförhållanden för reaktorerna optimeras för att göra processen så effektiv som möjligt.

In this licentiate thesis, the mechanical response and the microstructure evolution in aluminum alloy (AA) 7075 in its T651 heat treated state have been studied through mechanical tests at varied conditions of strain rate and temperature. First, compression tests were performed on AA7075-T651 samples at room temperature (RT), 100, 200, 300, 400 and 500 °C (melting temperature of AA7075 is ~635 °C) with two comparatively low strain rates of 0.01 and 1 s-1 using a Gleeble thermo-mechanical simulator. The effects of softening mechanisms, such as adiabatic heating, dynamic recovery (DRV) and dynamic recrystallization (DRX), on the flow stress level, strain rate sensitivity (SRS) and temperature sensitivity were analyzed over the entire range of deformation temperatures. Additionally, the extent of DRX with respect to temperature, strain rate and local strain was demonstrated and explained through electron back-scattered diffraction (EBSD) analysis. The deformation behavior of AA7075-T651 was then studied at high strain rates in the order of 102-103 s-1 at RT, 200, 300 and 400 °C using a Split-Hopkinson pressure bar (SHPB) setup complemented with an induction coil. Unlike in case of deformation at low strain rates, the unavailability of sufficient time for the dissipation of heat energy during deformation at high strain rates resulted in the formation of adiabatic shear bands (ASBs). Two types of ASB, namely distorted shear band (DSB) and transformed shear band (TSB) were characterized by their distorted-elongated and ultra-fine grain structures, respectively. A deformation path was established following the evolution of ASBs, micro-voids and micro-cracks leading to the fracture of the material. The effects of strain, strain rate and deformation temperature on the formation of ASBs and cracks were also discussed.

In the effort to produce more durable filters and understand their mechanical failure, this study presents distinctive indicators on the cause of failure for welded perforated- and wedge wire sheets in 316L stainless steel, super duplex UR52N stainless steel and grade 2 titanium. The study achieves this by fracture analysis on specimens from tensile strength- and fatigue testing. These tests are performed to an extent to ensure the highest authenticity and accommodate for the loads and strains on the actual filter structure. The fractured specimens are analysed using industrially applicable methods.   The analysis shows numerous macro and microscopical indicators differentiating between tensile- and fatigue fractures. Observable in the materials are, among other things, distinctions in cracking and void formations. The study shows that a subsequent conclusion to the type of failure a fractured filter has exhibited is achievable with these indicators. Through these conclusions, the study contributes to developing more durable filters and a more comprehensive understanding of the failure of welded perforated and wedge wire sheets.

Inconel 718 is a nickel-based alloy, predominantly used in the oil and gas industry, in aircraft engines as well as in gas turbine engines. It provides exceptional properties like high strength, creep resistance, corrosion resistance and long fatigue life at high temperatures as well as in cryogenic environments. However, presence of non-metallic inclusions in the metal matrix affects these properties and reduces the quality of alloy. Therefore, the determination of inclusion characteristics like morphology, chemical composition, number and size is very important to control the product quality. The purpose of this study was to find an effective method for investigating non-metallic inclusions characteristics in a short period of time. Two investigation methods were used: i) Conventional CS method in which the sample is grinded and polished for 2D cross-sectional metallographic examinations under a scanning electron microscope (SEM), ii) New experimental MS method in which the sample is electrolyzed in a non-aqueous solution for a short period of time, followed by 3D metallographic examinations under a scanning electron microscope (SEM). Four types of non-metallic inclusions were observed in tested samples of Inconel718 alloy named as; carbides, sulphides/carbosulphides, carbonitrides/nitrides and intermetallic carbides. It was also found that medium and large inclusions appeared more on MS compared to CS and provides good precision of morphology and size. However, it is not useful in finding the total number of inclusions, including small-sized inclusions. Both methods showed very little or no influence of metal matrix on inclusions >6mm. From the findings, it is suggested to use MS method for analysing medium and large-sized inclusions. But to achieve more accurate information, results from both methods should be combined. / Inconel 718 är en nickel-baserad legering som främst används inom olje- och gasindustrin, i flygplansmotorer samt i gasturbinmotorer. Den ger exceptionella egenskaper som hög hållfasthet, krypmotstånd, korrosionsbeständighet och lång utmattningslivslängd vid höga temperaturer såväl som i kryogena miljöer. Närvaron av icke-metalliska inneslutningar i metallmatrisen påverkar dessas egenskaper och minskar legeringens kvalitet. Därav är bestämningen av inneslutningsegenskaper som morfologi, kemisk sammansättning, antal och storlek mycket viktigt för att kontrollera produktkvaliteten. Syftet med denna studie är att hitta en effektiv metod för att undersöka icke-metalliska inneslutningsegenskaper på kort tid. Två undersökningsmetoder användes: i) Konventionell tvärsnittsmetod (CS) där provet slipas och poleras för metallografiska undersökningar av 2D-tvärsnitt med ett svepelektronmikroskop (SEM), ii) Experimentell extraktion av metallyta (MS), vilket är en elektrolysmetod där provet exponeras för en icke-vattenhaltig lösning under en kort tid. Detta följt av 3D-metallografiska undersökningar med ett svepelektronmikroskop (SEM). Karbider, sulfider/karbosulfider, karbonitrider/nitrider och intermetalliska karbider, var de fyra typer av icke-metalliska inneslutningar som observerades i de testade Inconel 718-legeringarna. Dessutom observerades det att medelstora och stora inneslutningar förekom mer frekvent på MS-prov och ger bättre precision av morfologi och storlek än CS-prov. Metoden är dock inte användbar för att hitta det totala antalet inneslutningar. Sammansättningsanalys av inneslutningar visade mycket liten eller ingen inverkan av metallmatris element på inneslutningar >6 μm i båda testmetoderna. Utgående från resultaten, rekommenderas MS-metoden för att analysera medelstora och stora inneslutningar. Men för att få bäst resultat bör metoderna kombineras.

The main objective of this research was to recover copper and cobalt from slags coming from copper processing on the Copperbelt province of Zambia. Pyrometallurgical processing of copper sulphide concentrate generates huge tonnes of slag wastes. Slag is basically made up of metal oxides and silicates and is less dense than matte, this makes it to float and is separated from matte by skimming. However, the separation is not 100 % efficient. This results in valuable elements such as copper and cobalt being lost to the slag and may require to be recovered. Copper in slag may exist in metallic (Cu), oxide (CuO and Cu2O) and sulphide (Cu2S and Cu5FeS4) forms whilst much of cobalt in the slag exists as an oxide because of the high oxygen potential during conventional copper smelting operations. Copperbelt slags contain about 1.2 wt. % copper and 0.6 wt. % cobalt whereas the slag that was worked on had average grades of 0.997 wt. % for copper and 0.258 wt. % in the case of cobalt. The idea of reprocessing slag dumps is important from both economical and sustainable perspectives, it is also in line with circular economy principles. To find the optimum operating conditions, a series of tests were carried out during sulphidisation and roasting in which the temperature was gradually increased by 50 °C ranging from 1050 °C to 1150 °C in the case of sulphidisation with varying calcium sulphide (CaS) addition of 5 %, 10 %, 15 % and 20 % of the total weight of the slag. This was followed by roasting with a temperature increase of 50 °C ranging from 550 °C to 650 °C. The use of waste gypsum for sulphidisation is advantageous because it is a recycled waste product that comes from the cobalt leach plant. Based on thermodynamic considerations and the optimized parameters, 50 g of slag  was first sulphidised in an electric furnace with CaS ratio of 15 wt. %. In essence, sulphidisation which was conducted at a temperature of 1150 °C for two hours was meant to convert the slag into matte. The matte was then converted to sulphates by roasting at a temperature of 650 °C for three hours followed by leaching of the now acid soluble material using dilute sulphuric acid (H2SO4). Copper and cobalt were captured in solution form. The leach residue was subjected to atomic absorption spectroscopy (AAS)  for the analysis of the levels of metal content retained in the residue. Scanning electron microscopy (SEM) was used to study the microstructure and the mineralogy of the three selected samples namely; the as received slag, the sulphidised slag and the leach residue. / Huvudsyftet med denna forskning var att återvinna koppar och kobolt från slagg från kopparbearbetning i Copperbelt-provinsen i Zambia. Pyrometallurgisk bearbetning av kopparsulfidkoncentrat  genererar enorma maugder slaggavfall. Slagg består i grunden av metalloxider och silikater och är mindre tät än matte, vilket gör att den flyter och separeras från matt genom skumning. Separationen är dock inte 100 % effektiv. Detta resulterar i att värdefulla element som koppar och kobolt går förlorade till slaggen och kan behöva återvinnas. Koppar i slagg kan förekomma i metallisk (Cu), oxid (CuO och Cu2O) och sulfid (Cu2S och Cu5FeS4) medan mycket av kobolt i slaggen finns som en oxid på grund av den höga syrepotentialen under konventionella kopparsmältningsoperationer. Copperbelt-slagg innehåller  ungefär 1,2 viktprocent koppar och 0,6 viktprocent kobolt medan slaggen som bearbetades hade medelhalter på 0,997 viktprocent för koppar och 0,258 viktprocent i fallet med kobolt. Tanken med att upparbeta slaggdeponier är viktig ur både ekonomiskt och hållbart perspektiv, det ligger också i linje med cirkulär ekonomi principer. För att hitta de optimala driftsförhållandena genomfördes en serie tester under sulfidisering och rostning där temperaturen gradvis ökades med 50 °C från 1050 °C till 1150 °C vid sulfidisering med varierande kalciumsulfid (CaS) tillsats av 5 %, 10 %, 15 % och 20 % av slaggens totala vikt. Detta följdes av rostning med en temperaturökning på 50 °C från 550 °C till 650 °C. Användningen av avfallsgips för sulfidisering är fördelaktig eftersom det är en återvunnen restprodukt som kommer från koboltlakverket. Baserat på termodynamiska överväganden och de optimerade parametrarna sulfidiserades 50 g slagg först i en elektrisk ugn med ett CaS-förhållande på 15 viktprocent. I huvudsak var sulfidisering som utfördes vid en temperatur av 1150 °C under två timmar avsedd att omvandla slaggen till skärsten. Skärsten omvandlades sedan till sulfater genom rostning vid en temperatur av 650 °C i tre timmar följt av urlakning av det nu surlösliga materialet med användning av utspädd svavelsyra (H2SO4). Koppar och kobolt fångades upp i lösningsform. Lakningsåterstoden utsattes för atomabsorptionsspektroskopi (AAS) för analys av nivåerna av metallinnehåll kvar i återstoden. Svepelektronmikroskopi (SEM) användes för att studera mikrostrukturen och mineralogin för de tre utvalda proverna, nämligen; den mottagna slaggen, den sulfidiserade slaggen och lakresten.

Analysing non-metallic inclusions (NMI) by conventional microscopy is prone to errors.  Better imaging can be achieved by using electrolytic extraction (EE) to effectively dissolve the metal matrix, freeing the inclusions so that they can be collected on a filter.  This method of studying NMI was tested on a 157C steel chip, with EE taking place three times on the same surface with increasing levels of  charge  applied.  The  relationship  between  charge  and  extracted  layer depth was examined, so as to facilitate the targeting of NMI from specific depths.  A selection of the extracted inclusions were micrographed with scanning electron microscopy (SEM) and had their compositions measured with energy dispersive spectroscopy (EDS). Based on this data, two methods of classifying NMI were briefly  examined:  manual  classification,  mostly  based  on images,  and  a  semi-automated process based on a sorting algorithm applied to the compositions. The study implies that it is possible to dissolve a 157C steel to a desired depth by applying a charge proportional to it, but the current method introduces an error which might limit the resolution of depth by a significant amount.  Also in the current method, there was no systematic way to select NMI for micrography, and no solution to this problem was found.  The semi-automated classification algorithm  was  compromised  by  inaccurate  readings  of  compositions  from the EDS, and could not be thoroughly tested. / Konventionell  mikroskopi  kan  lätt  ge  felaktig  information  vid  analys  av icke- metalliska  inneslutningar  (NMI),  men  bättre  resultat  kan  uppnås  om  metall- matrisen  löses  upp  med  elektrolytisk  extraktion  (EE),  så  att inneslutningarna frigörs och kan samlas upp på ett filter.  Denna metod att studera NMI testades på ett spån av 157C-stål, med trefaldig EE på samma yta och successivt ökande maximal laddning.  Sambandet mellan laddning och upplöst lagerdjup undersöktes för att möjliggöra extraktion av NMI från givna djup.  Ett urval av de frigjorda inneslutningarna  fotograferades  i  ett  SEM  och  sammansättningarna fastslogs av  EDS.  Dessa  data  låg  till  grund  för  en  undersökning  av  två klassifikationsmetoder  för  NMI:  manuell  klassificering,  till  största  del bildbaserad,  och  en halvautomatisk klassificering där en algoritm sorterar efter sammansättningar. Denna studie antyder att ett 157C-stål kan lösas upp till önskat djup genom  att åläggas en laddning proportionell mot djupet, men den nuvarande metoden introducerar  ett  fel  som  kan  ha  betydande  påverkan  på  noggrannheten.   Den aktuella  metoden  saknar  ett  systematiskt  sätt  att  välja  NMI  för mikroskopfotografi, och ingen lösning har kunnat framföras på detta problem. Den halvautomatiska  klassifikationsalgoritmen  rubbades  av  störningar  i  EDS-resultaten och kunde inte undersökas till fullo.

Slag is an important part of steelmaking with the AOD (Argon Oxygen Decarburization) process. In this work the focus was on developing a methodology for characterizing phases in slagsamples obtained after decarburization, reduction and desulphurization. Six samples from two heats, or batches, (heat A and B) were prepared by baking in Bakelite and polishing. These were analysed in SEM (Scanning Electron Microscope), with BSE (Backscattered Electrons) and EDS (Energy Dispersive XraySpectroscopy). Images from BSE were then processed inImageJ with a denoise method for advanced fraction analysis. Average composition for each noticed phase analysed with EDS is presented in element tables. A systematic portraying of the cross section was performed on samples from heat B. This gave a more in-depth composition and fraction analysis. Due to the nature of slag, scratches were often induced during polishing.The negative effect of these scratches could be reduced with the denoise method in the fraction analysis. There are three main phases in each stage of the AOD process with similar composition and structure between the two heats. Results showed the importance of measuring different zones of the slag due to its heterogeneity. More specifically, at least four random images from the cross section were required for accurate fraction analysis of samples after decarburization. Overall, the methodology for characterization was sufficient for samples after decarburization and desulphurization. / Slagg är en viktig del av ståltillverkning med AOD-processen (Argon Oxygen Decarburization). Fokus  i  detta  arbete  var  att  utveckla  en  metod  för  att  karakterisera  faser  i  slaggprover erhållna  efter  avkolning,  reduktion  och  avsvavling.    Sex  prover  från  två  batcher  (batch  A och B) förbereddes genom bakning i bakelit och polering.  Dessa prover analyserades i SEM (Svepelektronmikroskop),  med  BSE  (Backscattered  Electrons)  och  EDS (Energy Dispersive X­ray Spectroscopy).  Bilder från BSE bearbetades sedan i ImageJ med en denoise-­metod för avancerad fraktionsanalys.  Genomsnittlig sammansättning för varje fas analyserad med EDS presenteras i elementtabeller. En systematisk undersökning av heterogenitet hos slagg utfördes på prover från batch B. Detta gav en mer noggrann komposition och fraktionsanalys. På grund av slaggens karaktär uppkom ofta repor under poleringen. Den negativa effekten av dessa repor kunde minskas med denoise-­metoden i fraktionsanalysen. Det finns tre huvudfaser i varje steg i AOD-­processen med liknande sammansättning och struktur för de två batcherna.  Resultaten visade betydelsen av att mäta slaggprovet i olika zoner på grund av dess heterogenitet.  Mer specifikt krävdes minst fyra slumpmässiga bilder från tvärsnittet för noggrann fraktionsanalys av prover efter avkolning. Sammantaget var metoden för karaterisering av slagger tillräcklig för prover efter avkolning och avsvavling.