Reducing CO2 emissions has become very important in later years. The steel and iron industry are among the three biggest producers of carbon dioxide. This pressures the industry to reduce CO2 emissions and develop new technologies to achieve it. Direct reduction in fluidized beds has lately become more appealing since it is a more environmentally friendly alternative for iron making. The full potential of fluidized beds cannot be used because of the sticking problem. Sticking strongly depends on the temperature and the easiest way to reduce sticking is to find the most practical temperature for reduction. Therefore, this report analyzed the appearance of sticking during a direct reduction in fluidized beds and the causes for its appearance. This report aims to answer the most practical temperature for a reduction in fluidized beds. A literature review was conducted by checking several parameters that affect the temperature, such as reduction gas, particle size, and gas flow rate. An exact temperature could not be chosen but instead a range of 700-750 ℃. Iron ore particles should not be larger than 0.25 mm nor too small and have a spheroid shape. Lastly, hydrogen is the most suitable reduction gas. / Att minska CO2-utsläppen har blivit mycket viktigt under senare år. Stål- och järnindustrin är en av de tre största producenterna av koldioxid. Detta pressar industrin att minska CO2-utsläppen och utveckla ny teknik för att uppnå detta. Direkt reduktion av fluidbäddar har på senare tid blivit mer tilltalande eftersom det är ett mer miljövänligt alternativ för järntillverkning. Den fulla potentialen hos fluidiserade bäddar kan inte användas på grund av kladdningsproblemet. Kladdning beror starkt på temperaturen och det enklaste sättet att minska kladdning är att hitta den mest praktiska temperaturen för reduktion. Av den anledningen analyserade denna rapport förekomsten av kladdning under direkt reduktion i fluidiserade bäddar samt orsakerna till förekomsten. Denna rapport syftar till att besvara vad den mest praktiska temperaturen för reduktion i fluidiserade bäddar är. En litteraturstudie utfördes för att ta reda på de parametrar som påverkar temperaturen, tillexempel reduktionsgas, partikelstorlek och gasflödeshastighet. En exakt temperatur kunde inte väljas utan i stället ett temperaturintervall på 700–750 ℃. Järnmalmspartiklar bör inte vara större än 0.25 mm eller för små. Partiklarna bör även ha en sfärisk form. Avslutningsvis är väte den mest lämpliga reduktionsgasen.

Porosity is a defect severely affecting component quality and performance. In order to improve predictions, simulations can be utilized to calculate possible initiation sites. The purpose is to increase the reliability of these predictions by adjusting settings in the software MAGMASOFT® to resemble the collected porosity data from Scania’s classic foundry. To obtain porosity is very uncommon at Scania, where the thesis focuses on the few cases that receives this defect in order to make it even more rarely occurring. Two engine components will be entered in the simulation to make their porosity resemble reality. A parameter investigation will be conducted to understand the porosity behaviour depending on the inserted parameters. By parting up the simulation of the engine components into three stages, the parameters are changed to acquire improved resemblance with reality, although more simulations are needed to perfect it further. A recommendation of method is made to enable optimization of simulation settings for future components. The simulation parameter investigation reveals porosity behaviour along with a sink formation that disturbs the results. / Porositet är en defekt som påverkar en komponents kvalité och prestanda. I syfte att förbättra predikteringen av porositet kan simuleringar användas för att räkna ut där porer uppstår. Ändamålet är att öka tillförlitligheten till dessa förutsägelser genom att välja och anpassa simuleringsinställningar i programvaran MAGMASOFT®. Resultaten ska efterlikna insamlad porositetsdata från Scanias klassiska gjuteri. Det är väldigt ovanligt att porositet förekommer i Scanias komponenter, där arbetet fokuserar på de få som får porer, i syfte att de ska förekomma ännu mer sällan. Två motorkomponenter kommer att köras i flera simuleringar för att få porositeten att bli så lik verkligheten som möjligt. En parameterundersökning kommer att utföras för att förstå porositetens beteende, beroende på vilka inställningar som körs. Genom att dela upp arbetssättet i tre delsteg har parametrarna anpassats för att efterlikna verkligheten mer, där fler simuleringar krävs för att förbättra det ytterligare. En metod rekommenderas för att möjliggöra optimering av simuleringsinställningar för andra komponenter. Parameterundersökningen resulterar i ökad förståelse för porositet i MAGMASOFT®, samt i en stor sjunkningsdefekt som stör resultaten.

Vanadium can be found in some iron ores as an impurity. Since vanadium is a valuable alloy element there lies an interest in development of a stable and economic way for extraction of it. For this, knowledge about the thermodynamics behind the V-O system combined with other elements, like Mg, is indispensable. A transitional metal like vanadium exists in multiple valences which makes it difficult to study. When vanadium oxide is mixed with other metal oxides the vanadium tends to concentrate in spinels. To investigate the types of phases formed in the Mg-O-V system at 1873 K and an oxygen partial pressure of 10-11 atm, multiple samples containing MgO and V2O3 in different proportions were equilibrated under these conditions. The samples were examined using SEM/EDS and XRD. A three, one and two phase region were found during analysis. In the three phase region MgV2O4, Mg2VO4 and an unidentified solid solution were found when the fraction of V2O3 was 0,234 and 0,448. In the one phase region only MgV2O4 was found at a V2O3 fraction interval of 0,500-0,530. Lastly in the two phase region MgV2O4 and V2O3 was found within the V2O3 fraction interval of 0,549-0,799. In conclusion when there was a higher amount of V2O3 more vanadium rich spinels were formed until a certain point where the spinel was saturated. / Vanadin finns i vissa typer av järnmalm som ett spårämne. Eftersom vanadin är ett värdefullt legeringsämne finns det ett stort intresse av att hitta ett hållbart och ekonomiskt sätt att utvinna detta. För att göra det krävs kännedom om termodynamiken bakom V-O-systemet kombinerat med andra ämnen som Mg. Övergångsmetaller som vanadin existerar i ett flertal valenser vilket kan göra det svårt att undersöka dem. När vanadinoxid blandas med andra metalloxider tenderar vanadin att samlas i spineller. För att undersöka vilka faser som bildas i Mg-O-V-systemet vid 1873 K och ett syrepartialtryck på 10-11 atm läts en serie prover bestående av olika andelar MgO och V2O3 nå jämvikt under dessa förhållanden. Analys av dessa prover gjordes med SEM/EDS och XRD. Analysen visade att det existerade ett tre-, en- och tvåfasområde i serien. I trefasområdet hittades MgV2O4, Mg2VO4 och en oidentifierad fast lösning vid V2O3- fraktionen 0,234 och 0,448. I enfasområdet hittades MgV2O4 vid V2O3-fraktionen 0,500-0,530. Till sist hittades MgV2O4 och V2O3 i tvåfasområdet vid V2O3-fraktionen 0,549-0,799. Utifrån detta drogs slutsatsen att mer vanadinrika spineller bildades då fraktionen V2O3 ökar till en viss gräns efter vilken spinellfasen blev mättad.

The practise of slag foaming has become increasingly important within the scrap-based steelmaking, conducted in the electric arc furnace, due to its many advantages. In addition to increasing the efficiency in the furnace, the foaming protects the furnace equipment from wear and reduces noise pollution. The purpose of this project was to investigate the slag foaming generated through chemical reactions that occur at the addition of carbonaceous iron to the slag, as well as to evaluate the experimental method used. A slag composition of 25 wt% FeO, 40 wt% CaO and 35 wt% SiO2 was chosen. The experiments were conducted using an induction furnace, in a magnesium oxide crucible, placed in a graphite crucible. Iron particles with varying carbon content were added to the magnesium oxide crucible and the subsequent foaming was filmed and observed from above. The method enabled a division of foaming into four stages, which were studied and evaluated separately. The results indicate that the incubation time, referring to the time that passes from the addition of carbonaceous iron particles to the slag until the reactions occur, is dependent of size. A correlation can also be seen between carbon content and foaming time, where increased carbon content results in lengthier foaming. / Utövandet av slaggskumning har blivit allt viktigare inom den skrotbaserade ståltillverkningen som utförs i ljusbågsugen, på grund av dess många fördelar. Förutom att öka effektiviteten i ugnen så skyddar den skummande slaggen även ugnsutrustningen mot slitage och reducerar buller. Syftet med detta projekt var att undersöka slaggskumning genererad genom de kemiska reaktioner som inträffar vid tillsats av kolhaltigt järn till slaggen, samt att utvärdera den experimentella metoden som användes. En slaggsammansättning av 25 vikt% FeO, 40 vikt% CaO och 35 vikt% SiO2 valdes. Experiment genomfördes med hjälp av en induktionsugn, i en magnesiumoxiddegel, placerad i en grafitdegel. Järnpartiklar med varierande kolhalt tillsattes i magnesiumoxiddegeln och den efterföljande skumningen filmades och observerades från ovan. Metoden möjliggjorde en uppdelning av skumning i fyra stadier, vilka studerades och utvärderades separat. Resultaten visar på att inkubationstiden, alltså tiden som passerar från att järnpartiklar tillsätts till slaggen, till dess att reaktioner sker, har ett storleksberoende. Ett samband kan även ses mellan kolhalt och skumningstid, där en ökad skumningstid ges av en högre kolhalt.

During the Early Middle Ages, the iron production in Sweden depended on the bloomery furnace, which up to that point was well established as the only way to produce iron. Around the Late Middle Ages, the blast furnace was introduced in Sweden. This made it possible to melt the iron, allowing it to obtain a higher carbon composition and thereby form new iron-carbon phases. This study examines the microstructure and hardness of several tools and objects originating from archaeological excavations of Medieval Sigtuna and Lapphyttan. The aim is to examine the differences in quality and material properties of iron produced by respectively blast furnaces and bloomery furnaces. Both methods required post-processing of the produced iron, i.e. decarburization for blast furnaces and carburization for bloomeries. These processes were also studied, to better understand why and how the material properties and qualities of the items may differ. The results show that some of the studied items must have been produced from blast furnace iron, due to their material composition and structure. These items showed overall better material quality and contained less slag. This was concluded because of the increased carbon concentration that allowed harder and more durable structures such as pearlite to form. The study also involved an investigation of medieval scissors, also known as shears, made from carburized bloomery furnace iron. Here, one specific aim was to find out if the different sections of the shears had different properties, and if so, if these properties correlated with the functions of the different parts of the shears. Our microstructure analysis showed that the blade indeed was the hardest part due to intentional carburization and forming of martensite. The blade is connected to a softer ferritic handle, which in turn is connected to a ductile bow, also ferritic but with a larger grain size. / Den svenska järnproduktionen var under medeltiden beroende av blästerugnen som då var väl etablerad i hela landet. Under denna period introducerades även masugnen i Sverige, vilket gjorde det möjligt att smälta järn. Den nya tekniken gjorde det möjligt att uppnå en ökad kolhalt och därmed bilda nya järn/kol-faser. Den här studien undersöker mikrostrukturer och sammansättningar i medeltida järnföremål från arkeologiska utgrävningar i Sigtuna och Lapphyttan. Syftet är att undersöka vilka egenskaper och materialkvaliteter som gick att uppnå i järn som tillverkats med masugn respektive blästerugn. Båda tillverkningsmetoderna kräver efterbearbetningar som förbättrar järnets egenskaper. Även dessa efterbearbetningsmetoder studeras, för att kunna dra slutsatser angående hur det slutligt producerade järnets egenskaper och materialkvalitet skiljer sig mellan de två produktionsmetoderna. Analyserna visade att järn som tillverkats i masugn innehöll mindre slagg och generellt var av bättre kvalitet. Detta järn innehöll även mer kol vilket tillät perlit att bildas. Därmed blev järnet betydlig hårdare. Slutsatsen är att dessa järnföremål hade övergripande bättre mekaniska egenskaper och materialkvalitet än de järnföremål som tillverkats med järn från en blästerugn. I studien undersöks även medeltida fårsaxar, tillverkade av järn från en blästerugn som sedan genomgått uppkolning. Syftet är att utifrån mikrostrukturen i materialet ta reda på om de olika sektionerna i en fårsax har olika egenskaper, och om dessa egenskaper i så fall är anpassade till den aktuella sektionens användning.Analysen visade att bladet var hårdast på grund av avsiktlig uppkolning och martensitbildning. Därefter följde ett mjukare handtag med en ferritisk struktur. Den böjda delen av saxen var den mest duktila och fjädrande, eftersom den uppvisade en rent ferritisk struktur med större kornstorlekar än i handtaget.

Twinning is a known phenomenon in material science, but how is it connected with grain size and yield strength? Investigations are made on alloy 825 with light optical microscopy for 19 samples to calculate the twin fraction and grain size. Afterwards, the results are compared to yield strength throughout tensile tests. The samples have different reduction of dimension by hot rolling and have been annealed for different time intervals. It turns out that twinning makes alloy 825 slightly softer and more ductile on a smaller scale, since the twin fraction increases when the yield strength decreases. However, the grain size also slightly increases when the yield strength decreases, which is important to have in mind for the connection with the three of them. / Tvillingbildning är ett känt fenomen inom materialvetenskap, men hur hör tvillingar, kornstorlek och sträckgräns ihop? Finns det ett samband? Undersökningar utförs med ett ljusoptiskt mikroskop för legering 825 på 19 prover, för att räkna ut tvillingfraktionen och kornstorleken. Detta jämförs sedan med sträckgränsen som man tillhandahåller från dragprov. Proverna har olika reduktion av sin dimension genom valsning och har glödgats olika tider. Det visar sig att tvillingbildning gör legering 825 något mjukare och mer duktil på en mindre skala, eftersom tvillingfraktionen ökar då sträckgränsen sjunker. Dock ökar även kornstorleken när sträckgränsen minskar, vilket är viktigt att tänka på när det kommer till sambandet mellan kornstorlek, tvillingar och sträckgräns.

The Swedish company Azelio has developed a high-efficient Stirling engine which is powered by solar energy. Since the access of solar power is limited to day-time, Azelio has also developed their own Thermal Energy Storage (TES), which collects and stores solar energy and thereby provides the engine with energy also during night-time. The engine runs a generator which produces electricity, around the clock. Liquid sodium is used as Heat Transfer Fluid (HTF) from the TES to the engine, and the temperature reaches above 600°C. At these temperatures, sodium is highly reactive and surrounding materials could strain from phenomena such as corrosion and creep. By comparing the commonly known high-temperature classified steel 253 MA to other commercially available steels, a suitable and affordable option that can withstand liquid sodium is sought. From literature studies, a list of candidates was produced. The materials were then mainly analysed upon ingoing alloying elements’ influence on material properties. The austenitic steel 153 MA has some great advantages to 253 MA at these temperatures, such as a more stable microstructure. 153 MA is therefore, from this work, recommended for further investigation. / Det svenska företaget Azelio har utvecklat en stirlingmotor som drivs av solenergi. Då tillgången på solenergi är begränsad till dagtid har Azelio också utvecklat en termisk lagringsenhet (TES). Den termiska lagringsenheten absorberar och lagrar solenergi och kan därmed förse stirlingmotorn med värme även under natten. Stirlingmotorn driver i sin tur en generator vilken producerar elektricitet under hela dygnet. Natrium används som värmeledningsfluid (HTF) mellan TES och stirlingmotorn, vid temperaturer över 600°C. Vid dessa temperaturer är natrium högreaktivt och fenomen såsom kryp och korrosion kan uppstå, vilka kan påverka egenskaperna hos omgivande material. Genom att jämföra högtemperaturstålet 253 MA med andra kommersiella stål, eftersöks en kvalificerad och prisvärd legering som kan motstå flytande natrium vid dessa temperaturer. Från en omfattande litteraturstudie skapades en lista med möjliga kandidater. Materialen analyserades sedan i huvudsak utifrån ingående legeringselements påverkan på dess egenskaper. Analysen visar på att 153 MA har några betydande fördelar jämfört med 253 MA, såsom en mer stabil mikrostruktur vid de angivna temperaturerna. Detta arbete rekommenderar därför 153 MA för vidare undersökning och testning.

The grain refinement of aluminium by titanium diboride particles, TiB2, using Ti/B grain refiners is common practice in the aluminium industry, but exactly how this grain refinement is achieved is uncertain. Current addition of grain refiner is therefore rarely optimal and excessive addition rates of grain refiner is common. This study investigates grain refinement of aluminium by titanium diboride to create a method and/or model which can be used to aid in addition rate optimisation. The effect of different parameters on grain refinement is the focus and includes cooling rate, properties of the nucleant particles, and growth restriction. A number of experiments using different test methods was applied to investigate this. The study reveals how the parameters investigated affect grain refinement, and how these can be used to optimises grain refiner addition rate. A model aiding in dealing with the varying abilities of nominally identical grain refiners to produce grains is introduced.The conclusion emphasizes the importance of optimising addition rates of grain refiners, for mechanical as well as environmental reasons, and how this can be achieved by changing the investigated parameters. / Kornförfining av aluminium med titandiboridpartiklar, TiB2, genom användning av Ti/B kornförfinare är standard inom aluminiumindustrin. Det är dock inte helt utrett hur denna kornförfining går till. Rådande tillsatsmängder av kornförfinare är därför sällan optimala och alltför stora tillsatsmängder av kornförfinare är vanligt förkommande. Denna studie undersöker kornförfining av aluminium med titandiborid med målet att skapa en metod och/eller modell som kan användas för att underlätta optimering av tillsatsmängder. Fokus ligger på hur olika parametrar influerar kornförfiningen och inkluderar kylningshastighet, egenskaperna hos de kärnbildande partiklarna, och tillväxthämning. Experiment med olika testmetoder utfördes för att undersöka detta. Studien visar hur de undersökta parametrarna påverkar kornförfiningen och hur dessa kan användas till att optimera tillsatsmängden av kornförfinare. En modell användbar för att hantera de skillnader nominellt identiska kornförfinare uppvisar i sin förmåga att producera korn presenteras. Slutsatsen betonar vikten av att optimera tillsatsmängden av kornförfinare, både av materialmässiga och miljömässiga skäl, och hur detta kan uppnås genom ändringar i undersökta parametrar.

A mathematical model based on the continuum mechanic concept has been developed to describe the profile of solid particles in an industrial scale blast furnace. The focus is the in-furnace conditions and its characteristics such as the shape and size of the deadman. The Navier-Stokes differential equation for multi-phase multi-dimensional space has been used to describe the behavior of existing phases. The equation has been modified to make it possible to describe the dual nature of the solid phase in the system. This has been done by applying the concept of the solid surface stress to describe the intergranular surface interactions between particles. More specifically, this term is added as an extra term to the Navier-Stokes equation to describe the particle-particle interactions. This extra term in behave as a breaking force when the particles are sliding down in the furnace. During the descending movement in the furnace it is shown that the particles change their profile from a V-shape to a Wshape, due to the characteristics of the deadman. Moreover, the velocity magnitude is higher at the outer surface of the deadman for higher grid-slabs in this region than the near-wall cells. However, the situation changes as solid particles moving to even lower levels of the grid-slabs at the outer surface of the deadman in comparison to near-wall cells. It has also been shown that an increase in the magnitude of the effective pressure reduces the velocity magnitude of descending particles. Furthermore, since different phases co-exist in a blast furnace, the volume fraction plays an important role in the blast furnace. Therefore, the influence of three different packing densities (0.68, 0.71 and 0.74 respectively) on the profile of the flow through the upper part of the blast furnace from the throat to the tuyeres level has been studied. It is shown that an increase in the volume fraction of the solid phase lead to a decrease in the velocity magnitude. This decrease is due to an increase in the solid volume fraction, which will increase the resident time of the particles inside a blast furnace. In addition, it is shown that the velocity magnitude of the solid phase decreases from the throat to the belly of the furnace, for the studied conditions. However, after belly the velocity magnitude increases again. / <p>QC 20121204</p>

No description available.