Properties and origins of two byproducts from steelmaking plants, slag and acidic wastewater, are investigated in this report. The slags' suitability as neutralizing agents of acidic wastewater from the pickling process, with regard to amount of slag required and the environmental impact of the produced byproducts is investigated. Currently, lime concentrate – which is a finite resource – is used as a neutralizing agent at steel production plants. Because one of the most abundant components in slag is calcium oxide, which is also the active neutralizing substance in lime concentrate, slag is a potential neutralizing agent. A total number of eight slags – four slags from Outokumpu Stainless and four slags from Sandvik Materials Technology – are examined and compared to lime concentrate. Theoretical calculations and experimental trials are performed in order to determine if slag is able to neutralize acidic wastewater. The results show that all the slags are able to neutralize acidic wastewater, but not all slags have the same efficiency. The slags from SMT’s AOD-converter and SMT’s landfill are the most efficient in terms of total amount of neutralizing agent required to neutralize acidic wastewater. The results show that approximately four times more dry slag substance is required, when using the most efficient slag than when lime concentrate is used to neutralize acidic wastewater. The environmental and economic implications of the results are discussed. / Denna rapport undersöker egenskaperna hos de restprodukter som produceras vid ståltillverkningen, däribland slagg och surt avfallsvatten. Mer exakt bestäms slaggernas lämplighet att agera som neutraliserings reaktant i reningsporcessen av surt avfallsvattnet från betningsprocessen. Lämpligheten mäts i mängd slagg som krävs vid neutraliseringen samt restprodukternas miljömässiga påverkan. Idag används neutraliseringsmedlet kalkkoncentrat vid stålverken, vilket är en ändlig resurs. Då en av huvudsubstanserna i slagg är kalciumoxid, vilken också är den aktiva reaktanten i neutraliserings processen, genomförs experiment med slagg som neutraliseringsmedel. Totalt analyseras åtta slagger – fyra stycken slagger från Outokumpu Stainless och fyra stycken slagger från Sandvik Materials Technology. Slaggerna jämförs med referenstestersom utförts med kalk från vardera företag. Teoretiska beräkningar och experiment utförs för att undersöka om slagg kan neutralisera surt avfallsvatten. Resultaten visar att alla slagger fungerar som neutraliseringsmedel för det sura avfallsvattnet, dock med varierande effektivitet. Slaggen från SMT’s AOD-konverterslagg samt SMT’s deponis är mest effektiv när man ser till tillsattsmängd. Efter vidare beräkningar kan det konstateras att det krävs 4 gånger mer torrsubstans vid neutralisering med de mest effektiva slaggerna än vid neutralisering med kalkkoncentrat. Ekonomiska och miljömässiga innebörden av resultaten diskuteras. / Neutralsyra

In the copper smelting processes, the viscosity of the matte and the slag is an important factor for establishing efficiency. Impurities in the concentrates affect the viscosity not only by changing the melt structure but also by promoting precipitation of solid phase which sharply rises it. In this master thesis, a comprehensive methodology was established to study the MgO effects on the properties of a copper smelting slag. Thus, glassy samples were obtained and after confirmation of the composition and the glassy structure with EDS, SEM, and XRD analysis, they were examined through Ramanspectroscopy to study their glassy structure. Moreover, Mössbauer spectroscopy was used to determine the amount of Fe3+ in the samples. Models from the literature were compared to the experimental data. Coherence with the literature was found with the effect of MgO as a network modifier of the oxide melt structure and a promoter of high coordinated structures. Estimations through models were performed to study the iron redox equilibria of the melt and were compared with experimental data, but it was not possible to find the limit of Fe3+ at which precipitation of solid phase initiates. / I kopparsmältningsprocesserna är mattans och slaggens viskositet en viktig faktor för att uppnå effektivitet. Föroreningar i koncentraten påverkar viskositeten inte bara genom att ändra smältstrukturen utan också genom att främja utfällning av fast fas som kraftigt höjer den. I denna magisteruppsats fastställdes en omfattande metod för att studera MgO-effekterna på egenskaperna hos en kopparsmältningsslagg. Således erhölls glasiga prover och efter bekräftelse av kompositionen och den glasiga strukturen med EDS-, SEM- och XRD-analys undersöktes de genom Ramanspektroskopi för att studera deras glasstruktur. Dessutom användes Mössbauerspektroskopi för att bestämma mängden Fe3+ i proverna. Modeller från litteraturen jämfördes med experimentella data. Överensstämmelse med litteraturen hittades med effekten av MgO som ett nätverksmodifierare av oxidsmältstrukturen och en promotor för högkoordinerade strukturer. Uppskattningar genom modeller utfördes för att studera smältans järnredoxjämvikter och dessa jämfördes med experimentella data, men det var inte möjligt att hitta gränsen för Fe3+ vid vilken utfällning av fast fas initierades.

Flertalet stora produktionsbolag inom förädlingsprocessen av råvaror har som mål att så mycket som möjligt av materialet i produktiosprocessen kommer till användning. Detta kan ske genom att effektivisera produktionen, men även genom att de restprodukter som uppkommer återanvänds tillbaka i processen alternativt komma till användning i nya områden, hela tiden i åtanke att bibehålla samma kvalitet på ursprungsprodukten. Detta arbete har valt att fokusera på restprodukter från de två områdena skogs- och pappersindustrin samt gruvoch stålindustrin. I gruv- och stålindustrin kommer stora kvantiteter av restprodukter upp under produktionsprocesserna i form av bland annat sidoberg, anrikningssand och slagger. Ofta gör de stora mängderna restprodukter att det blir logistiska problem när nya områden för produkterna ska analyseras, även att det finns svårigheter att få lönsamhet i de nya områdena. Ur perspektivet skogsindustrin kommer detta arbete att fokusera på den del av branschen som producerar för pappersindustrin. I arbetet har undersökningar gjorts på vilka produkter respektive industrier i nuläget producerar genom sina restprodukter och avfall, samt vilka i framtiden som har potential att produceras. Detta har gjorts genom att intervjua centrala personer för området på företag som är stora aktörer inom respektive industri samt litteraturstudier inom dessa områden. Det som erhölls genom arbetet var att skogs- och pappersindustrin redan i dagsläget har ett välfungerande system och får generellt lite restprodukter som är svåra att komma till ny använding alternativt läggs på deponi. De små mängder som uppkommer bedrivs det samtidigt utveckling på för att även de ska kunna tas tillvara på, exempel på detta är biodrivmedel där företag som SCA har planer att utvidga sin verksamhet. Gruv- och stålindustrin hade även de utveckling för att minska och förädla de restprodukter som uppkommer, bland annat försöker LKAB utveckla gödsel ur den fosfor som finns i anrikningssand och sidoberg, samt att SSAB exempelvis kan använda sina slagger i asfalt och cementproduktionen / Several of the big production companies aim to use as much of their products as possible in the manufacturing of raw materials. This can be done by streamlining or reusing the residual products from the production process for new products, while still ensuring the quality of the product. This article focuses on the products from the wood and paper industry and the mining and steel industry. In the mining and steel industry, large quantities of residual products come up during the production processes in the form of, for example, country rock, enrichment sand and slag. Often, the large quantities of residual products cause logistical problems when analyzing new areas for the products, also that there are difficulties in obtaining profitability in the new areas. In the perspective of wood industry will this work focus on the areas which produces for the paper industry.In this area, studies have been done on which products each respective industry produces today with their residuals and waste. The study relied on interviews with key people in every area of each big company. They found that the wood and paper industry already has a system that works well and generally has only a few residuals that are hard to get rid of in landfills, and the small amounts of residuals that do exist are being developed so that they can also be utilized (biofuel companies like SCA are expanding their operations to do this). The mining and steel industry has also made progress toward minimizing and refining their residuals. For example, LKAB is trying to develop fertilizers from the phosphorus found in tailings and country rock, and SSAB is using its slag in asphalt and cement production.

Betong är ett av de vanligaste byggnadsmaterialen och har goda egenskaper som hög beständighet, god formbarhet och lång livslängd. Huvudbeståndsdelen cement orsakar däremot en negativ klimatpåverkan där tillverkningen av bindemedlet cement står för cirka 8 procent av världens koldioxidutsläpp. För att minska de stora koldioxidutsläppen finns det alternativa bindemedel där de vanligaste är flygaska och masugnsslagg, vilket är restprodukter från kolkraft- och stålindustrin. Alternativa bindemedel är det mest effektiva sättet på kort sikt att minska klimatpåverkan. Däremot kan inte de alternativa bindemedlen ersätta cement helt utan att tryckhållfastheten försämras, vilket gör att upp till 20 procent vanligtvis ersätts. För att byggbranschen i en större utsträckning ska tillämpa betong med lägre klimatpåverkan är det viktigt att egenskaperna är minst lika bra som hos traditionell betong. Uttorkningsegenskaperna är av stor vikt då uttorkningstiden är styrande för applicering av golvmaterial. När det kommer till hållfasthet tillverkas idag komponenter med överkvalité, vilket gör att en onödigt stor mängd cement används. Ett klimatsmart alternativ skulle vara att ändra nuvarande norm på klassificeringen av hållfastheten. Dagens norm klassificerar hållfastheten vid 28 dygn efter gjutning. Betong fortsätter dock att öka i hållfasthet efter 28 dygn, men ökningen är inte stor hos traditionell betong, medan betong med alternativa bindemedel fortsätter att härda i en högre grad efter 28 dygn. Skulle en klassificering av hållfastheten hos betong med lägre klimatpåverkan bestämmas i ett senare skede som 56 eller 91 dygn, skulle konstruktionens krav fortfarande uppfyllas samtidigt som mängden cement kan reduceras. Idag behöver byggprojekt vänta på uttorkningstiden, vilket medför att ett projekt sällan är färdigt redan vid 28 dygn. Det gör att byggnaden inte belastar betongplattan fullt ut vid 28 dygn och den potentiella hållfastheten behöver inte uppfyllas förrän i ett senare skede. Om hållfasthetsklassen sänks tillkommer dock ett högre vattencementtal, vilket gör att krav på uttorkningsegenskaperna ökar. Tillsammans med Skanska jämfördes i föreliggande arbete betongrecept med lägre klimatpåverkan i tryckhållfasthet och uttorkning. Det var två Portlandkompositcement av typen CEM II/B-M, med cirka 20 procent slagg eller flygaska. De jämfördes även mot en referensbetong av typen CEM II/A-LL. Provkropparna gjöts vid Skanskas betonglabb i Farsta och testades sedan för uttorkning och hållfasthet av auktoriserade företag. Studien tyder på att det inte finns någon anledning att välja bort slagg eller flygaska när det kommer tilltryckhållfasthet och uttorkning. Det går att argumentera för att betong med alternativa bindemedel har högre hållfasthet vid 7 och 28 dygn i jämförelse med traditionell betong i föreliggande arbete, där slaggbaserad betong är cirka 16 procent högre och betong med flygaska är cirka 5 procent högre. Hållfasthetsutvecklingen från 28 till 91 dygn tyder på att betong med alternativa bindemedel ökar med cirka 12 procent medan traditionell betong nästan stannar av, där hållfasthetsutvecklingen är cirka 4 procent. Det går att argumentera för att slaggbaserad betong har cirka 2 och 5 procent snabbare uttorkning vid 35 och 85 dygn i jämförelse med traditionell betong, medan betong med flygaska tenderar att torka ut minst lika bra vid 35 dygn och cirka 3 procent snabbare vid 85 dygn. Resultaten tyder på att vid en minskad hållfasthetsklass skulle betong med lägre klimatpåverkan inte medföra samma förlängda uttorkningstid som en traditionell betong. En klassificering i ett senare skede som 56 eller 91 dygn för betong med lägre klimatpåverkan indikerar på att konstruktionens krav fortfarande skulle uppfyllas, cementanvändningen reduceras och klimatpåverkan minskas. / Concrete is one of the most common building materials and possesses favorable properties such as high durability, good workability, and long lifespan. However, its main component, cement, has a negative climate impact, with cement production accounting for approximately 8 percent of the world's carbon dioxide emissions. To reduce these CO2 emissions alternative binders can be used. The most common being fly ash and blast furnace slag, which are by-products of the coal power and steel industries. Alternative binders are the most effective way to reduce climate impact. Alternative binders cannot completely replace cement without lose strength, which means that up to 20 precent is usually replaced. For the construction industry to more widely adopt concrete with lower climate impact, it is important that the properties are at least as good as those of traditional concrete. Drying properties are crucial since drying time dictates the application of flooring materials. In terms of strength, components are currently manufactured with high qualities, leading to unnecessary large amounts of cement being used. A climate-smart alternative would be to change the current norm for strength classification. Today strength classifies at 28 days after casting. Concrete continues to gain strength beyond 28 days, but the increase is not significant in traditional concrete, whereas concrete with alternative binders continues to cure to a greater extent after 28 days. If the strength classification were determined at a later stage, such as 56 or 91 days, the construction's requirements would still be met while reducing the amount of cement used. Today construction projects need to wait for the drying time, meaning a project is rarely completed at 28 days. This means the building does not fully load the concrete slab at 28 days, and the potential strength does not need to be achieved until a later stage. However, if the strength class is lowered the demands on drying increases. In collaboration with Skanska, concrete with lower climate impact was compered in terms of strength and drying. Two Portland composite cements of the type CEM II/B-M, around 20 percent of slag or fly ash, were compared to a reference concrete of the type CEM II/A-LL. The test specimens were cast at Skanska's concrete lab in Farsta and tested for strength and drying by authorized companies. The study suggests that there is no reason to avoid slag or fly ash concerning compressive strength and drying. It can be argued that concrete with alternative binders has higher strength at 7 and 28 days compared to traditional concrete, with slag-based concrete being approximately 16 percent stronger and fly ash concrete about 5 percent stronger. The strength development from 28 to 91 days indicates that concrete with alternative binders increases by about 12 percent, while traditional concrete almost levels off, with a strength development of about 4 percent. It can also be argued that slag-based concrete has about 2 and 5 percent faster drying at 35 and 85 days compared to traditional concrete, while fly ash concrete tends to dry at least as well at 35 days and about 3 percent faster at 85 days compared to traditional concrete. The results indicate that with a reduced strength class, concrete with lower climate impact would not entail the same extended drying time as traditional concrete. Classification at a later stage, such as 56 or 91 days, for concrete with lower climate impact indicates that the construction's requirements would still be met, cement usage would be reduced, and climate impact minimized.

<p>I både kvalitets- och kontrollarbete finns det behov att kunskapsmässigt komma så nära verkligheten som möjligt vid fastställande av defektparametrar för oförstörande provning (OFP). Orsaken är att olika acceptanskrav och bedömningsgränser är svåra att klarlägga när man inte kan förlita sig på att uppgifter är realistiska. I projektet har olika erfarenheter använts för att få en bättre helhetsbild i området för defektparametrar och oförstörande provning.</p><p>Denna rapport redovisar den inledande delen av forskning och utvecklingsprojektet PLANT 2, där olika defektparametrar kartlagts och en teoretisk bedömning utförts med avseende på hur signalsvaret påverkas för OFP-metoderna virvelström (ET) och ultraljudsprovning (UT) i form av puls-eko (PE) och ”time-of-flight-diffraction” (TOFD).</p><p>Definitionen av redovisade defektparametrar följer i stort SKI-rapport 95:70 [1]. Defektparametrar i denna rapport redovisas i bilaga 1.</p><p>Vid bedömningen av defektparametrarnas inverkan på OFP-tekniker, har drift¬inducerande defekter och tillverkningsdefekter hanterats separat. För de driftinducerande defekterna delades bedömningen upp i en generell och en specifik bedömning. De defektparametrar som bedöms specifikt och klassats att påverka signalsvaret betydligt bör vara av mest intresse i nästkommande etapp. Följande defektparametrar bedömdes påverka signalsvaret betydligt:</p><p>• Form i ytan, antal sprickor och avstånd i gatstensmönster</p><p>(vid termisk ut¬mattning)</p><p>• Form i djupled</p><p>• Sprickbredd vid sprickspets och sprickspetsradie</p><p>För tillverkningsdefekter bedömdes defektparametrarnas form i djupled och geometri påverka signalsvaret betydligt för defekttyperna slagg och bindfel.</p><p>Vid utvärdering av UT-PE och UT-TOFD teknikerna överensstämde resultatet helt med den teoretiska bedömningen. För ET-tekniken stämde endast en av tre defektparametrar överens med den teoretiska bedömningen.</p> / <p>In quality control of defect parameters for Non-Destructive Testing (NDT) it’s essential to have good knowledge about the defects. The reason is that different acceptance criteria and assessments must be based on defects that correspond to real defects. In this project different experience has been analyzed to get a better overview between defect parameters and non-destructive testing.</p><p>This report shows the beginning of the research & development project PLANT 2. There are different flaw parameters that have been mapped and a theoretical assessment has been performed with regard to how the signal response is influenced by the NDT techniques eddy current, ultrasonic pulse echo and ultrasonic time-of-flight-diffraction.</p><p>The definition of the reported flaw parameters does in general follow the one presented in SKI-report 95:70 [1]. The actual flaw parameters in this report are presented in appendix 1.</p><p>In the assessment of the influences on the NDT techniques with regard to flaw parameters, service-induced flaws and manufactured flaws have been separated in to two categories. The service-induced flaws have further on been separated in a general and a specific assessment. Those flaw parameters that have been assessed to be specific and classified to influence the signal response considerably should be the ones of most interest in future studies. The following flaw parameters were assessed to affect the signal response considerably:</p><p>• Macroscopic shape in the surface direction, number of cracks</p><p>and cobblestone stone pattern distance (for thermal fatigue)</p><p>• Macroscopic shape in the through thickness direction</p><p>• Crack width at the crack tip and the crack tip radius</p><p>For flaws caused by the manufacturing process, type slag and lack of fusion, the flaw parameters “Macroscopic shape in the through thickness direction” and “the geometry” were influenced by the signal response considerably.</p><p>In the evaluation of signal response with the UT pulse echo and UT TOFD techniques, the result corresponded to the theoretical assessment. For the eddy current technique only one of three flaw parameters corresponded to the theoretical assessment.</p>

I både kvalitets- och kontrollarbete finns det behov att kunskapsmässigt komma så nära verkligheten som möjligt vid fastställande av defektparametrar för oförstörande provning (OFP). Orsaken är att olika acceptanskrav och bedömningsgränser är svåra att klarlägga när man inte kan förlita sig på att uppgifter är realistiska. I projektet har olika erfarenheter använts för att få en bättre helhetsbild i området för defektparametrar och oförstörande provning. Denna rapport redovisar den inledande delen av forskning och utvecklingsprojektet PLANT 2, där olika defektparametrar kartlagts och en teoretisk bedömning utförts med avseende på hur signalsvaret påverkas för OFP-metoderna virvelström (ET) och ultraljudsprovning (UT) i form av puls-eko (PE) och ”time-of-flight-diffraction” (TOFD). Definitionen av redovisade defektparametrar följer i stort SKI-rapport 95:70 [1]. Defektparametrar i denna rapport redovisas i bilaga 1. Vid bedömningen av defektparametrarnas inverkan på OFP-tekniker, har drift¬inducerande defekter och tillverkningsdefekter hanterats separat. För de driftinducerande defekterna delades bedömningen upp i en generell och en specifik bedömning. De defektparametrar som bedöms specifikt och klassats att påverka signalsvaret betydligt bör vara av mest intresse i nästkommande etapp. Följande defektparametrar bedömdes påverka signalsvaret betydligt: • Form i ytan, antal sprickor och avstånd i gatstensmönster (vid termisk ut¬mattning) • Form i djupled • Sprickbredd vid sprickspets och sprickspetsradie För tillverkningsdefekter bedömdes defektparametrarnas form i djupled och geometri påverka signalsvaret betydligt för defekttyperna slagg och bindfel. Vid utvärdering av UT-PE och UT-TOFD teknikerna överensstämde resultatet helt med den teoretiska bedömningen. För ET-tekniken stämde endast en av tre defektparametrar överens med den teoretiska bedömningen. / In quality control of defect parameters for Non-Destructive Testing (NDT) it’s essential to have good knowledge about the defects. The reason is that different acceptance criteria and assessments must be based on defects that correspond to real defects. In this project different experience has been analyzed to get a better overview between defect parameters and non-destructive testing. This report shows the beginning of the research &amp; development project PLANT 2. There are different flaw parameters that have been mapped and a theoretical assessment has been performed with regard to how the signal response is influenced by the NDT techniques eddy current, ultrasonic pulse echo and ultrasonic time-of-flight-diffraction. The definition of the reported flaw parameters does in general follow the one presented in SKI-report 95:70 [1]. The actual flaw parameters in this report are presented in appendix 1. In the assessment of the influences on the NDT techniques with regard to flaw parameters, service-induced flaws and manufactured flaws have been separated in to two categories. The service-induced flaws have further on been separated in a general and a specific assessment. Those flaw parameters that have been assessed to be specific and classified to influence the signal response considerably should be the ones of most interest in future studies. The following flaw parameters were assessed to affect the signal response considerably: • Macroscopic shape in the surface direction, number of cracks and cobblestone stone pattern distance (for thermal fatigue) • Macroscopic shape in the through thickness direction • Crack width at the crack tip and the crack tip radius For flaws caused by the manufacturing process, type slag and lack of fusion, the flaw parameters “Macroscopic shape in the through thickness direction” and “the geometry” were influenced by the signal response considerably. In the evaluation of signal response with the UT pulse echo and UT TOFD techniques, the result corresponded to the theoretical assessment. For the eddy current technique only one of three flaw parameters corresponded to the theoretical assessment.

The topic of osmund iron is of great interest in both historical and metallurgical perspective. Between the 14th and the 17th century osmund iron was exported extensively from Sweden but it has been difficult to characterize and confirm what exactly osmund iron is. Further research should be conducted to improve the understanding of this kind of iron.   This work is primarily focused on medieval osmund iron. It is trying to determine what can be stated about their production methods and how to identify osmund pieces. A literature review was performed, to present an overview of iron production methods in medieval Europe. A metallurgical analysis was conducted on a number of osmund samples from the polish shipwreck ‘Miedsiowiec’, W5., together with samples from bar irons and iron billets from the same ship. Analysis was performed using LOM and SEM with EDS, analysing the crystallographic structure of the samples, and performing slag analysis using EDS to establish statistical trends. One of the aims was to evaluate a previously suggested hypothesis, namely that osmunds were shipped to Danzig from Stockholm, and then refined into iron bars and billets.  The studied iron bars and billets were purely ferritic with some slag inclusions. By looking at the shape of the slag inclusions, it can be stated that the bars and billets were forged differently from the osmund pieces. The osmunds were found to be made by indirect reduction as seen by the prevalence of cementite. It could not be confirmed if the bars and billets were forged by osmunds.  The osmunds showed different trace element compositions, than the iron bars and billets. The microstructure of all the osmunds varies greatly, which was to be expected. The osmunds had a higher carbon content and fewer slag inclusions. The hypothesis that osmunds were refined into iron bars and billets is not supported by the findings of this study. / Osmundjärn är av stort arkeometallurgiskt intresse, som en svensk exportvara som exporterades mellan 1300- och 1600-talet. Det är dock svårt att definitivt avgöra vad osmundjärn är för något. Det krävs därför ytterligare analyser och studier inom detta område för att förbättra vår förståelse av osmundjärn.   Denna studie behandlar upphittade medeltida osmundjärn och stångjärn i syfte att avgöra hur dessa har tillverkats. En litteraturstudie genomfördes som omfattande medeltida järntillverkningsprocesser, den existerande forskningen om osmundjärn samt relevanta forskningsmetoder. Järnproverna som erhölls kommer från den polska skeppsvraket ’Miedsiowiec’, W5. Mikrostrukturen av proverna analyserades med ljusmikroskop och en SEM-EDS analys utfördes. En föregående publicering om osmundar har föreslagit att osmundar exporterades från Stockholm till Gdansk, där de välldes och bearbetades till stångjärn. Osmundarna och stångjärnen som erhölls undersöktes också för att korrektheten i denna hypotes. Stångjärnens mikrostrukturer var ferritiska med ett flertal inneslutningar. Två av de så kallade iron billets hade anisotropiskt formad slagg, jämfört med de så kallade iron bars som hade isotropiskt format slagg. Det bedömdes att osmundarna var tillverkade i en masugn, på grund av perliten som hittades i mikrostrukturen i samtliga osmundar. Mikrostrukturen i alla osmundar varierade dock kraftigt, som väntat. Osmundarna hade också högre kolhalt, och färre slaggpartiklar. Hypotesen om att osmundar bearbetades till stångjärn stöds därför inte av resultaten som hittats i denna studie.