Tämän työn tarkoituksena oli tutkia radikaalipolymerointia emulsiopolymeroinnilla sekä miten nanokiteisen selluloosan lisääminen vaikuttaa polymeerin rakenteeseen sekä partikkelikokoon. Työn kirjallisuusosuudessa perehdyttiin emulsiopolymerointiin, sen eri vaiheisiin sekä tarvittaviin kemikaaleihin. Työ jakautui kahteen koevaiheeseen. Ensimmäisessä osiossa tutkittiin, miten muodostuvan polymeerin rakenne ja partikkelikoko muuttuivat nanokiteisen selluloosan konsentraatiota lisäämällä emulsiossa. Toisessa vaiheessa vertailtiin eri initiaattoreilla tehtyjen polymeerilevyjen läpinäkyvyyttä ja kuinka emulsiopolymeerituotteen pH vaikuttaa levyjen optisiin ominaisuuksiin. Työn ensimmäisessä vaiheessa valmistettiin emulsiopolymeroinnilla viisi näytettä joista ensimmäinen toimi vertailueränä ilman nanokiteistä selluloosaa ja neljään seuraavaan näytteeseen lisättiin selluloosaa eri konsentraatiossa. Valmistetuille polymeereille tehtiin laserdiffraktioon perustuva partikkelikokoanalyysi sekä näytteitä tutkittiin optisella mikroskoopilla. Näytteiden happamuuden tarkastamiseksi tehtiin pH-mittaus pH-paperin avulla. Työn toisessa vaiheessa valmistettiin vielä kuudes näyte ilman nanoselluloosaa, jossa käytettiin erilaista initiaattoria kuin viidessä aikaisemmassa näytteessä. Lisäksi näistä referenssinäytteistä valmistettiin kuusi polymeerilevyä, joista kaksi sisälsi vain nanoselluloosatonta polymeeriä sekä lopuista neljästä levystä valmistettiin komposiittipolymeerilevyjä nanokiteisen selluloosaliuoksen kanssa. Tuloksista havaittiin, että pienillä nanokiteisen selluloosan pitoisuuksilla partikkelikoko kasvaa hitaasti. Mitä suuremmaksi nanokiteisen selluloosan konsentraatio polymeerissä kasvoi, sitä laajemmaksi partikkelikokojakauma kasvoi eli emulsiopolymerointituotteesta tuli epävakaa, joka havaittiin leveänä partikkelikokojakaumana. Lisäksi havaittiin, että polymeerirakenteet olivat hyvin heikkoja pienillä pitoisuuksilla ja alkoivat hajota mittauslaitteessa. Lopussa ehdotetaan sopivinta PMMA-emulsiota nanokomposiittien valmistusta varten. Nanokiteisen selluloosan vaikutuksen lisäksi polymeerin partikkelikokoon tässä työssä havaittiin, että initiaattorilla on merkittävä vaikutus komposiittilevyn optiseen ominaisuuteen, sillä ammoniumpersulfaatti-initiaattori muodostaa hapanta radikaalia ja näin tekee myös polymeeriliuoksesta happaman. Polymeeriliuokseen lisätty nanokiteinen selluloosa alkoi hajota emulsioon muodostuneen hapon vaikutuksesta, jonka vuoksi muodostetusta komposiittilevystä tuli hyvin tumma ja huonosti läpinäkyvä. Vetyperoksidin käytöllä initiaattorina saatiin komposiittilevyistä paljon kirkkaampia, sillä vetyperoksidin radikaaleista ei syntynyt hapanta tuotetta. / The main purpose of this thesis was to research free-radical polymerization in emulsion polymerization and how adding of cellulose nanocrystals affects the structure and size of polymer particles in emulsion. In theoretical part, emulsion polymerization was examined as well as the phases of it and also a brief introduction about raw materials for completion of emulsion polymerization is included. The research was done in two stages. In the first stage it was examined how structure and size of formed polymer particles changed when concentration of cellulose nanocrystals was increased. In the second stage polymer sheets were made from different initiators and their transparency was compared and it was studied how the pH of the product affected the optical quality of sheets. In the first stage of the work, five emulsion samples were prepared with emulsion polymerization; the first sample acted as reference batch without cellulose nanocrystals. In the other four samples different concentrations of cellulose nanocrystals were added. Formed polymer particles were studied with laser diffraction based particle size analysis, optical microscope and acidity of the samples was tested with pH-measurement by pH-paper. In the second stage of the work, sixth sample was prepared without cellulose nanocrystals but with different initiator compared to the first five samples. Also, from the samples without cellulose nanocrystals, six polymer sheets were prepared. Two of the sheets contained only polymer without added cellulose nanocrystals and other four sheets were composite polymer sheets prepared with cellulose nanocrystals. From the results it can be observed that at low concentrations of cellulose nanocrystals particle size grows in limited relation. When cellulose nanocrystal concentration got higher in polymer, the particle size distribution got wider which meant that the formed emulsion polymerization product became unstable. It was also observed that the polymer structures were very weak at low concentrations and started to decompose in the particle size analyser which was observed as wider particle size distribution. Finally, we propose a suitable formulation of PMMA emulsion for making nanocomposites. Apart from the effect of cellulose nanocrystals on the particle size of the polymer, another finding form this study is that the initiator has a significant effect on the optical quality of formed composite sheet because ammonium persulfate-iniator forms acid radical and turns the polymer emulsion acidic. The added cellulose nanocrystals reacted with acid and started to decompose (acidic degradation), which is why formed composite sheets were very dark and hardly transparent. Use of hydrogen peroxide as an initiator made the composite sheets much brighter because hydrogen peroxide radicals did not form acid product as did the ammonium persulfate-initiator.

Tämän kokeellisen kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia kahden erityyppisen tuhkamateriaalin, sidosaineena toimivan masuunikuonan ja näiden yhdistelmien soveltuvuutta geopolymeerien raaka-aineeksi sen jälkeen, kun tuhkamateriaaleista on ensin poistettu vesiliukoiset komponentit pesemällä ne eri tavoin toteutetuin pesuvaihein. Kyseisiä pestyjä näytteitä verrataan tulosten tarkastelussa referenssinäytteisiin, joita ei ole pesty. Työssä tutkitut tuhkat olivat yhdyskuntajätteen polttolaitoksen pohjakuona (GD#5) ja rikinpoiston lopputuote (GD#2). Geopolymerisointi toteutetaan, koska yleisesti näissä suurissa määrin syntyvissä teollisuuden jätemateriaaleissa suurina pitoisuuksina olevat raskasmetallit ja suolat tekevät niistä ympäristölle haitallisia. Geopolymerisoimalla näitä jätemateriaaleja voitaisiin käyttää hyödyksi sekä samalla pyrittäisiin vähentämään raskasmetallien liukoisuutta ympäristöön. Työssä pyrittiin siis selvittämään, miten hyvin näytteet lujittuvat pesun, eli haitallisten vesiliukoisten komponenttien poistamisen, jälkeen. Saaduista tuloksista pystyttiin myös havaitsemaan liukenevatko geopolymeerien ehdottomat rakennusaineet pois, eli lujittuvatko näytteet ollenkaan pesuvaiheen jälkeen. Työn suoritukseen kuului kaksi päävaihetta. Ensimmäinen vaihe oli laboratoriotyöt, joka tarkoitti näytteiden valmistusvaihetta. Aluksi toteutettiin pesuvaihe pesemällä tuhkaa joko 1- tai 2-vaiheisesti eri neste/kiintoainesuhteella, jonka jälkeen suodatettiin pesuvesi pois. Pestyyn tuhkamassaan sekoitettiin käytetystä tuhkamateriaalista riippuen yhdestä kahteen eri aktivaattoria, täytettiin muotit seoksella ja annettiin näytteiden kovettua tilassa, missä oli tasainen huoneenlämpötila ja vakaa ilmankosteus. Näytteistä mitattiin puristuslujuudet 3, 7 ja 28 vuorokauden lujittumisen jälkeen. Toinen vaihe oli saatujen tulosten käsittely ja kirjallisuuskatsauksen tekeminen. Saaduista lujuustuloksista saatiin selville reseptikohtaiset puristuslujuuden arvot. Tässä kandidaatintyössä saavutetut tärkeimmät tulokset olivat GD#5:n kohdalla se, että ilman sidosainetta tuhkan havaittiin pesun jälkeen olevan erittäin haurasta ja heikkoa, eli pesty eikä edes pesemätön GD#5 yksistään soveltunut geopolymerisoinnin raaka-aineeksi. GD#2:n tulosten perusteella voitiin päätellä, että pesuprosessi ei sovellu tälle tuhkalle, koska pesun jälkeen tuhka lujittui hieman eli pesu heikensi tuhkan työstettävyyttä. Työssä tarkasteltiin myös eroja 1- ja 2-vaiheisten pesujen tuloksissa. Pääsääntöisesti 2-vaiheisen pesun lujuustulokset olivat hieman parempia 1-vaiheisiin pesuihin verrattuna. Toisaalta yksivaiheiset pesuprosessit ovat helpompia ja nopeampia toteuttaa sekä niiden kohdalla puhutaan pienemmistä vesimääristä. Poikkeuksena 2-vaiheisen pesun paremmuuteen on tuhkamateriaali GD#5:n lujuustulokset, jonka kohdalla kyseisen pesun läpikäyneet näytteet olivat lujuustuloksiltaan jonkin verran yksivaiheisia pesuja huonompia. Masuunikuonan käyttö sidosaineena paransi tuloksia huomattavasti verrattuna pelkkään tuhkamateriaalin geopolymerisoimiseen. Tämän kandidaatintyön tuloksia voidaan yleisesti hyödyntää kyseisten tuhkamateriaalien, masuunikuonan ja näiden yhdistelmien geopolymerisoinnin tutkimuksessa. / The objective of this thesis was to study the possibility to use two different kind of industrial waste materials (desulphurization product GD#2 and municipal solid waste incinerator bottom ash GD#5) as a raw material in geopolymerisation. Both ash types include a lot of harmful substances such as heavy metals, sulphates and chlorides which can decrease the hardening of the geopolymer structure. The aim was to research the possibility to wash these harmful substances from the raw materials and study whether the strength properties are better or not. Both ash types were geopolymerized with and without blast furnace slag, which was used as a co-binder in these tests. The research was done in two stages. The first stage contained the washing and geopolymerisation of ash materials according to different recipes and the definition of compression strengths of the samples after the 3, 7 and 28 days curing time. The second stage was the handling of obtained results and the doing of the literature part of the work. The washing stage included either 1- or 2-step washing method with liquid-to-solid ratio of 2 or 5. Then the washed ashes were filtered and the activator (1 and/or 2) were mixed with the filtered ash (with or without blast furnace slag) according to different recipes. The cubic moulds were filled with the paste and the samples were allowed to cure in constant humidity and room temperature. The most important results achieved in this thesis were that the both ash materials need the co-binder material (blast furnace slag) to improve strength properties. According to the results the wash process is not suitable for GD#2 because the workability decreased after washing process. When comparing the strength results after 1- and 2-step washing methods, the 2-step method improved the results a bit. On the other hand, the 1-step washing processes is easier and quicker to execute and consumes lower amount of water. One exception with the results was with GD#5, which had not higher strength results after 2-step washing process. The results of this candidate work can be generally utilized in the study of the geopolymerisation of the ash materials in question, blast furnace slag and these combinations.

The aim of this thesis is to study and explain the purpose and the function of drain water heat exchangers. The thesis goes over theory behind heat transfer and heat exchangers and presents the general solutions of domestic drain water heat recovery systems. Systems gone over in detail are the different general shower drain water heat recovery systems. Another part of the thesis is a case study of an actual shower drain water heat recovery system of a Finnish household. The purpose of the case study is to study the actual temperature increase of cold water in a drain water heat recovery unit and efficiency of such heat exchanger. An alternate goal is to study the difference in efficiency values and temperature gains between two heat exchangers of the same model, where the other has been used significantly more than the other. In other words, another target is to study the fouling effect. The calculations are done using real measurement data. The most important findings are that utilizing a shower drain heat recovery unit provides real energy savings in the long run, and that there is a significant difference of efficiency between a dirty and a clean heat exchanger. Drain water heat recovery systems provided as high as 15 °C increase in the temperature of cold water. A clean heat exchanger boasts an impressive 50.4% efficiency, whereas the dirtier heat exchanger provides a 36.1% efficiency. The results can be further used to calculate the energy savings of the household on a yearly basis. Furthermore, the results show that domestic drain water heat recovery could potentially make a significant difference in national energy usage if implemented nationwide.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää leijupetipolton lentotuhkien ominaisuuksia ja niiden käyttömahdollisuuksia kaatopaikkasijoituksen sijasta. Aluksi esitellään leijupetipolton teoriaa, jonka jälkeen esitellään syntyvien lentotuhkien ominaisuuksia ja lopuksi näiden ominaisuuksien tuomalla lisäarvolla mahdolliset käyttömahdollisuudet. Polttoprosessi on teollisuudessa yleinen energian tuottamiseksi käytetty menetelmä. Nykypäivänä kuitenkin lainsäädäntö säätelee kasvihuonepäästöjen ja kiinteän jätteen sallittua määrää, joita syntyy aina polttoprosesseissa. Jätemaksut ovat nousseet vuosi vuodelta, joten jätteille on keksittävä uusia käyttömahdollisuuksia. Polttoprosessien kiinteä jäte on tuhkaa, mikä on useimmiten sijoitettu kaatopaikoille tai täyttömaaksi. Leijupetipoltto verrattuna muihin polttoprosesseihin on ekologisempi alhaisempien operointilämpötilojen vuoksi. Leijupetipoltossa syntyy huomattavasti vähemmän kasvihuonekaasuja ja niitä voidaan edelleen prosessissa vähentää lisäämällä polttopetiin mm. kalkkikiveä. Lisäksi NOx-päästöt ovat matalammat kuin korkeamman lämpötilan omaavilla polttoprosesseilla. Lisäksi leijupetipolton käyttöä tukee sen soveltuvuus huonolaatuisille polttoaineille. Prosessissa syntyy kahdenlaista tuhkaa: pohjatuhkaa ja lentotuhkaa. Tässä työssä tarkastellaan lentotuhkaa. Lentotuhkaa on tutkittu suhteellisen paljon ja on huomattu, että niillä on pozzolaanisia eli itsekovettumisominaisuuksia. Lupaavia tuloksia onkin jo esitetty hiilenpölypolton lentotuhkille ja on selvää, että niitä voidaan hyödyntää mm. sementin täyteaineena tai korvaajana. Leijupetipolton lentotuhkien kiderakenne ja hieman erilainen koostumus heikentävät niiden pozzolaanisia ominaisuuksia, jolloin niitä ei voi käyttää täyteaineena sellaisenaan. Lentotuhkalle tarvitaan esikäsittelyä ja enemmän tutkimuksia, jotta niitä voidaan täydellisesti hyödyntää teollisessa mittakaavassa. Tutkimuksilla on todistettu, että leijupetipolton lentotuhkaa pystytään yhtäaikaisella jauhatuksella ja alkaliaktivaattoreiden käytöllä hyödyntämään sementin lisäaineena ja geopolymeeriaggregaatteina. Ennen teollisen mittakaavan käyttöä täytyy tutkimuksia kuitenkin tehdä lisää ja selvittää onko menetelmät taloudellisesti kannattavia. / The aim of this Bachelor’s Thesis was to clarify the property and accessibility of the fly ash in fluidized bed combustion process. At the beginning, theory of fluidized bed combustion is presented and after that the properties of the fly ash is presented. Finally, the potential accessibilities of the fly ash are presented. Combustion process is the most common way to produce energy in the industry. In these days, the legislation regulates the permitted amount of greenhouse gas emissions and solid waste which are always generated in combustion process. Waste fees have risen from year to year so new uses of the wastes have to be invented. Solid waste in combustion process is ash which ends up mostly in landfills and filling land. Fluidized bed combustion, compared to the other processes, is greener because of lower operating temperature. Much less greenhouse gases are produced in fluidized bed combustion, and the greenhouse emissions can be easily decreased by adding limestone to the fluidized bed. Furthermore, the NOx emissions are lower than in higher temperature combustion processes. Fluidized bed combustion process can also burn low-quality fuels. During the process, two types of ashes, bottom ash and fly ash, are generated. Fly ash have been studied relatively much and it has been noticed that they have pozzolanic properties. Pozzolanic properties means that the fly ash has self-hardening properties naturally. Promising results have already been presented with fly ashes from pulverized coal combustion (PCC), and it is clear that they can be utilized as a cement filler or replacement material, for example. Crystal structure of fluidized bed combustion fly ashes and different chemical composition decrease their pozzolanic properties compared to PCC fly ashes, so they cannot be used as a filler material as such. Fly ash requires pre-treatment and more research so that they can be fully exploited in industrial scale. Studies have proved that fly ash of fluidized bed combustion can be utilized as a cement filler and as a geopolymeraggregat when grinding the fly ash and adding alkali activator at the same time. But more research needs to be done before using these methods in industrial scale.

Perfluorinated compounds are chemical compounds with carbon-fluorine bond, they are used in commercial products. The goal of this thesis was to find out how coagulation-flocculation method remove perfluorinated compounds from water. Occurrence of perfluorinated compounds in waters and soil were researched and methods of observing these concentrations in the nature. Different concentrations on different points of waste water treatment plants and drinking water treatment plants were also researched. Main focus was to study different coagulation methods. Research methods used in this thesis included research of previous studies, focusing on most recent studies. Findings were that perfluorinated compounds can be found worldwide, both soil and water. Perfluorinated compounds can be removed from water by coagulation-flocculation process. It was also found that the removal efficiency by using different coagulant methods varied. Using conventional coagulants did not reach as good removal efficiency as when enhanced coagulation was being used. The best removal rate was achieved when natural M.oleifera or CBHyC was used as a coagulant. / Perfluoratut yhdisteet ovat kemiallisia yhdisteitä, joissa on hiili-fluorisidos. Perfluorattuja yhdisteitä käytetään useissa kuluttujatuotteissa. Työn tavoitteena oli selvittää kirjallisuuden pohjalta kuinka hyvin koagulaatio-flokkulaatiomenetelmä poistaa perfluorattuja yhdisteitä vedestä. Haluttiin myös selvittää kirjallisuuden avulla perfluorattujen yhdisteiden esiintymistä luonnossa. Työssä pyrittiin selvittämään yhdisteiden pitoisuusmääriä maaperässä, luonnonvesissä, jäteveden puhdistuslaitoksissa ja juomaveden puhdistuslaitoksissa. Työn tutkimusmenetelmänä käytettiin kirjallisuustutkimusta, keskittyen alan uusimpiin mahdollisiin julkaisuihin. Perfluorattuja yhdisteitä esiintyy maailmanlaajuisesti maaperässä, luonnonvesissä, sekä jäteveden puhdistuslaitoksissa että juomaveden puhdistuslaitoksissa. Koagulaatio-flokkulaatiomenetelmällä pystytään poistamaan perfluorattuja yhdisteitä vedestä, Poistumistehon hyötysuhde tavallisella koagulanteilla ei ole yhtä tehokas kuin uusilla koagulanteilla, kuten esimerkiksi luonnonmukaisilla koagulanteilla.

Ruukin Raahen terästehtaalla esiintyi masuunien pellettiajoon siirtymisen jälkeen rikinpoistopuhalluksessa haitallista roiskumista, joka vaurioitti senkkojen nostokorvakoita niin paljon, ettei niitä ollut enää turvallista nostaa. Senkkojen käyttöiän laskusta aiheutunut senkkapula vaaransi rautatuotannon, mikä johti tämän työn teettämiseen. Rikinpoisto on osa primääristä raudanvalmistusreittiä, joten sen tapahtumat on tunnettava seikkaperäisesti, eikä rikinpoiston monien riippuvaisuuksien takia yhtään tekijää voitu etukäteen jättää pois tarkasteluista. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää syitä haitalliseen roiskumiseen ja keinoja sen hallintaan. Tämän lisäksi työssä tuli tehdä paljon perustavanlaatuisia mittauksia ja käydä teoreettista taustaa kattavasti läpi, koska Ruukilla ei ole juurikaan rikinpoiston fysikaalisia ilmiöitä aikaisemmin käsitelty. Työn teoriaosuudessa haettiin ilmiöiden, mekanismien ja eri olosuhteiden kautta selityksiä haitalliseen roiskumiseen. Teoriaosan asiat, kuten rikinpoistoreaktiot, emulgoituminen sekä raakaraudan ja kuonan ominaisuudet, tarjosivat kokeelliselle osuudelle tutkimussuunnan ja -pohjan. Työn kokeellisessa osassa haitallisen roiskumisen numeerista tarkastelua varten kehitettiin erityinen laskentamenetelmä, jonka avulla tutkittiin raakaraudan, kuonan, rikinpoistoreagenssin ja prosessiolosuhteiden vaikutuksia haitalliseen roiskumiseen. Roiskumisen teki haitalliseksi senkan vaipan laitaa pitkin valuvat raakarautanorot, jotka olivat seurausta ajoittaisista kaasupurkauksista ja niistä aiheutuneista raakarautapurskeista. Haitallinen roiskuminen painottui puhalluksen ensimmäisen minuutin jälkeiselle vaiheelle, jolloin kaasunmuodostus äkillisesti voimistui. Tämä vaihe jatkui noin kahden minuutin ajan, jonka jälkeen kaasunmuodostus tasaantui vähitellen hilliten samalla haitallista roiskumista. Yleisestä haitallisen roiskumisen kulusta poiketen yksittäiset norot saattoivat esiintyä puhalluksissa satunnaisesti ja jopa rypäyksittäin ja tämän jälkeen lakata kokonaan. Roiskumisen hallintaan löytyi useita keinoja, joiden toimivuutta ei tämän opinnäytetyön puitteissa tutkittu. Roiskumista voidaan hallita ensisijaisesti laskemalla raakaraudan lämpötilaa ennen rikinpoistoa. Tämä onnistuu helpoiten masuunien tasaisella käynnillä ja senkkojen ainelisäyksillä, jotka vaikuttavat keskimääräiseen norojen esiintymistiheyteen. Toissijaisena keinona on puuttua yksittäisten norojen muodostumiseen, johon vaikuttavat reagenssin tasalaatuisuus, kuonan modifiointi, rikinpoiston kaksivaiheisuus (esirikinpoisto tai kahden eri reagenssin käyttö), pölynpoistokannen geometria ja reagenssin osalta kosteuden hallinta, karbonaattipitoisuuden alentaminen sekä lämpötilaherkän soodan korvaaminen kalsiumkarbonaatilla. Monimutkaisen luonteen vuoksi roiskumisen hallinta edellyttää edellä mainittujen keinojen yhdistelemistä. Työssä havaittiin, ettei masuunien pellettiajoon siirtymisestä aiheutuneella alhaisella raakaraudan mangaanipitoisuudella, kuohuvalla kuonalla eikä laajentuvalla kuonalla ole vaikutusta haitalliseen roiskumiseen. Reagenssin havaittiin myös vaikuttavan haitalliseen roiskumiseen muun muassa sen luokittumisen ja suuren raekokovaihtelun takia. Reagenssin raekokovaihtelut aiheutuivat kalkkimyllyn syötemateriaalin muutoksista ja mahdollisesti myös myllyn käynnistyksistä. Lisäksi reagenssin laatua ei ollut määritelty riittävällä tarkkuudella, eikä tästä syystä sen kriittisiä arvoja ole kontrolloitu tarpeeksi. Tämä työ on haitallisen roiskumisen hallinnan ja Ruukin rikinpoiston kehittämisen pohjatutkimus, jota tullaan käyttämään perustana rikinpoistoon liittyvissä jatkotutkimuksissa. Haitallisen roiskumisen hallinta on pääasiassa kaasunmuodostuksen ja siihen vaikuttavien tekijöiden hallintaa. / Harmful splashing in hot metal desulphurization has been appeared after changing blast furnaces’ operation to 100 % iron ore pellet in the steel factory of Ruukki. It reduces ladles’ life by melting the hoist brackets of ladles causing unsafe lifting by cranes. This induces lack of ladles risking the iron production. Moreover, the detailed phenomena in desulphurization, which are dependent on many factors, have to be understood because of the fact that the desulphurization is an important part of the hot metal making route. The purpose of this Master’s Thesis was to find the ways and practices of controlling harmful splashing. In addition, secondary goals were making lots of basic measurements and examining widely theoretical aspects, because there are just a few studies relating to the desulphurization process in Ruukki. All these lead to having this work made. The theoretical part of this work describes the effects of desulphurization, emulsification and iron and slag properties to harmful splashing, which provided tools and ideas for the empirical part. Harmful splashing was investigated in the empirical part by the effects of the iron, slag, desulphurization reagent and process. A special method for numerical investigations of harmful splashing was developed during this work. The common splashing in hot metal desulphurization turned to harmful by the liquid iron trickles running along the ladle’s mantle. These trickles are a sort of a narrow overflow of the liquid iron outside a ladle. Occasional gas eruptions in the ladle gave rise to liquid iron bursts causing these liquid iron trickles to appear outside the ladle. According to the measurements, the harmful splashing was the most intensive just before the first minute of the desulphurization caused by rapidly risen gas formations. This high splashing stage continued for about two minutes and after that the gas formation decreased and steadied causing the harmful splashing also to decrease. In some cases, the iron trickles didn’t follow this path appearing randomly and appearing even in bunches ceasing after that. The quality of the desulphurization reagent wasn’t accurately enough determined. Therefore, the particle size of the reagent wasn’t monitored making the large changes of the particle size possible which affected harmful splashing by many ways. Starting the rod mill, changes in feed materials of the mill and raw materials of the reagent caused the main changes in the particle size distribution of the reagent. Based on the work trials it can be concluded that there are several methods of controlling the harmful splashing, but those methods weren’t tested in practice because of the limited framework. The primary method is to lower hot metal temperature before the desulphurization by steady operations of blast furnaces and ladle material additions. These have an influence on the average intensity of the harmful splashing. Furthermore, the secondary method is reducing the formation of an individual iron trickle by reagent homogeneity, slag modification, two-stage desulphurization (by presulphurization or by using two different reagents), the form of the ladle overhead hood, the moisture control of the reagent, lower contents of carbonates and replacing thermal active sodium carbonate with a predictable calcium carbonate. In conclusion, this Master’s Thesis is a basis work for controlling harmful splashing and for developing hot metal desulphurization in Ruukki. This work is about use as a template for further studies on hot metal desulphurization. In summary, controlling the harmful splashing in hot metal desulphurization is to control gas eruptions and its related factors.

The interface used in the car cabin keeps expanding and growing in versatility. The number of features and devices in this interface, which has usually consisted of the wheel and pedals as well as secondary functions such as radio, navigator, and telecommunications controls, is rising despite the notion that the human capability of learning and utilising these features is not increasing at the same rate. Partly due to this trend, the structure of the car interface is changing. As the space on the dashboard is restricted, these features are often fitted in centralised interfaces, usually operated via a touch screens or rotating multidirectional knobs. These graphics- and menu-based interfaces can, however, disrupt the driving routine and hamper the driver’s concentration on safe driving and traffic conditions. Added to the increasing number of traffic users, we have got a problem. How do we make sure that people with varying cognitive skills and abilities can fully utilise the diversifying interfaces without sacrificing traffic safety? One of the possible answers is personalisable car interfaces, where people can modify and design the interfaces to match their needs and wants. The main goal for the thesis is to find out how open people are to this sort of interfaces in an environment as familiar as the car cockpit. The study was conducted by creating a questionnaire and surveying three different groups, student groups from Luleå University of Technology and Oulu University, as well as a group of chemical factory employees. Three concepts were showcased in the questionnaire, with the aim of illustrating some of the potential new features and control capabilities. The questions were partly adapted from and the analysis carried out using the Technology Acceptance Model 3 (i.e. TAM3). The secondary goal of the study is to explain and argue why personalisable car interface is a valid design evolution. Perspectives to design trends will be proposed by examining the movements of industrial design in the past century as well as future predictions. Human emotions and pleasures are focused on throughout the study, since they have a significant effect on people’s acceptance of new things, or, particularly in this study, new technologies. Related to these emotions, a viewpoint of ecological sustainability is brought up in the theory section, where the connection of customisable car interfaces and perceived longevity of the car as well as their effects on consumption behaviour will be discussed. The result to the main question of the study is that the case test groups were found to “cautiously accept” the personalisable car interface. On a scale from one to six, where the average is thus 3.5, the willingness to adopt the personalisable car interface received the average value of 4.12. No major differences between the groups were found in this regard, and no correlations between the acceptance and the gender, age, nor driving experience were found. The second of the main questions asked which factors in the TAM3 were the most important predictors for the acceptance of personalisable car interface. The factor of ‘product attachment’ was created and added to the existing TAM3, with the aim of addressing potential emotional factors. Surprisingly, among all of the respondents, the results showed that ‘product attachment’ was clearly the most important factor in determining the acceptance of the personalisable car interface. It was nearly twice as important as the next most important predictors, ‘perceived ease of use’ and ‘subjective norm’. The results suggest that emotional aspects and factors inspiring attachment greatly affect the perception of a car interface and its accessibility. Between the three groups, major differences were found in which of the determinants predicted the acceptance and how heavily. As round 88% of the respondents were of age 30 or less, the results can best be generalised to young adults. It is also to be expected that the results would have been different had the study been made elsewhere in the world, it is safest to generalise the results mainly to economically relatively well-to-do young adults, who already have experience in driving a car. / Henkilöautojen käyttöliittymä laajenee ja monipuolistuu. Tämän ratin ja polkimien lisäksi vähemmän välttämättömien kontrollien, kuten kommunikaatiovälineiden, radion ja navigaattorin muodostaman kokonaisuuden uusien ominaisuuksien ja laitteiden määrä kasvaa jatkuvasti, vaikka ihmisen kyky oppia ja turvallisesti hyödyntää niitä jokapäiväisessä ajossa ei kehity samaa tahtia. Osittain tästä johtuen auton käyttöliittymän perusrakenne on muuttumassa. Koska kojetaulun tila on rajallinen, nämä ominaisuudet mahdutetaan usein keskitettyihin käyttöjärjestelmiin, joita operoidaan yleisimmin kosketusnäytöltä tai pyöriteltävillä ja monipuolisesti liikuteltavilla ohjausnupeilla. Nämä grafiikkaan ja valikoihin perustuvat käyttöjärjestelmät saattavat kuitenkin häiritä kuljettajan keskittymistä turvalliseen ajotapaan ja ympäröivään liikenteeseen. Yhdistettynä jatkuvasti kasvavaan autoilijoiden määrään liikenteessä, ongelma on valmis. Miten varmistaa, että kognitiivisilta kyvyiltään erilaiset ihmiset voivat täysipainoisesti käyttää monipuolistuvia käyttöliittymiä ilman, että liikenneturvallisuus vaarantuu? Yksi mahdollisista vastauksista on personalisoitavat käyttöliittymät, joissa kukin käyttäjä muokkaa itselleen omiin tarpeisiinsa ja mieltymyksiinsä soveltuvan käyttöliittymän. Tämän kirjoitelman päätarkoitus on selvittää, kuinka avoimia ihmiset ovat vastaanottamaan tällaisia käyttöliittymiä niinkin tutussa ympäristössä kuin auton ohjaamossa. Tutkimus suoritettiin kyselylomakkeella ja vastaajina oli kolme erilaista ryhmää, opiskelijaryhmät Luulajan teknillisestä yliopistosta ja Oulun yliopistosta sekä ryhmä kemian alan tehtaiden työntekijöitä. Kyselylomakkeessa esitettiin kolme erilaista konseptia personalisoitaville auton käyttöliittymille, joiden avulla vastaajille havainnollistettiin mahdollisia kontrolleja ja uusia ominaisuuksia. Lomakkeen kysymykset laadittiin osaksi ja analyysi suoritettiin Technology Acceptance Model 3 -mallin (l. TAM3) pohjalta. Toinen päätarkoitus kirjoitelmalla on perustella, miksi personalisoitavat käyttöliittymät ovat pätevä kehityssuunta auton ohjaamossa. Teoriaosuudessa esitetään perspektiivejä suunnittelun trendeihin tarkastelemalla teollisen suunnittelun pääsuuntia viimeisen vuosisadan aikana ja tulevaisuuden ennusteissa. Niin teoriaosuudessa kuin kyselytutkimuksessa ja sen analyyseissäkin on keskitytty ihmisten kokemiin tunteisiin ja mielihyvään, sillä ne vaikuttavat suuresti uusien asioiden, tässä tapauksessa uuden teknologian, hyväksymiseen. Tähän liittyen on teoriaosuudessa myös tuotu esiin ekologisen kestävyyden näkökulma, sillä auton käyttöliittymän muokattavuudella on suuri potentiaalinen vaikutus käsitykseen auton arvosta ajan suhteen ja tätä kautta auton kestävyyteen ja autoilijoiden ostokäyttäytymiseen. Tutkimuksen päätulos on, että tutkimusryhmien henkilöt suhtautuvat ajatukseen personalisoitavasta auton käyttöliittymästä varovaisen myönteisesti. Asteikolla yhdestä kuuteen, jossa keskiarvo on näin ollen 3,5, halukkuus omaksua personalisoitava auton käyttöliittymä sai keskiarvon 4,12. Suurta eroa vastauksissa ryhmien välillä ei havaittu, eikä esimerkiksi vastaajien sukupuolella, iällä tai ajokokemuksella ollut merkittävää yhteyttä tulokseen. Toinen pääkysymyksistä yritti selvittää, mitkä tuoteominaisuudet tai vaikuttimet olivat tärkeimpiä personalisoitavien käyttöjärjestelmien hyväksymisen kannalta. ’Kiintymyksestä tuotteeseen’ tehtiin oma vaikuttimensa TAM3-malliin, jotta mahdolliset emotionaaliset vaikuttimet voitaisiin selvittää. Yllättävästi tuloksista havaittiin, että se oli kaikki vastaukset huomioiden vaikuttimista selkeästi tärkein. ’Kiintymys tuotteeseen’ oli lähes kaksi kertaa tärkeämpi kuin seuraavaksi tärkeimmät vaikuttimet, ’vaikutelma käytön helppoudesta’ ja ’subjektiivinen normi’. Tulos osoitti, että tunnepohjaiset ja kiintymykseen kannustavat tekijät vaikuttavat suuresti mielikuvaan auton käyttöliittymästä ja sen lähestyttävyydestä. Siinä, mitkä vaikuttimet olivat tärkeimpiä halukkuudelle omaksua personalisoitava käyttöliittymä, oli suuria eroja eri ryhmien välillä. Koska noin 88 % kyselyyn vastanneista oli 30-vuotiaita tai alle, voi tuloksia parhaiten yleistää nuoriin aikuisiin. Koska on jokseenkin odotettavaa, että muualla maailmassa vastaukset voisivat poiketa nyt saaduista, on turvallisinta yleistää tutkimuksen tuloksia lähinnä taloudellisesti suhteellisen hyvin menestyviin nuoriin aikuisiin, joilla on jo kokemusta autolla ajamisesta.

Diplomityössä testattiin Happihyrrä Oy:n kehittämää veden hapetuslaitteen prototyyppiä. Tarkoitus oli todentaa laitteen toimintaperiaate sekä testata sen hapetusteho. Ennen varsinaisia kokeita hapensiirron teoriaan sekä ilmastuslaitteiden mittaamiseen perehdyttiin kirjallisuuden avulla. Hapetuslaite koostui akryylimuoviputkista sekä poretasosta. Laitteen hapetusteho perustuu ensimmäisessä osassa aikaan saatavaan ejektori-imuun ja pyörteeseen, joka hajotetaan toisessa osassa useaksi pienemmäksi pyörteeksi. Tämän jälkeen vesi kuplitetaan poretasossa. Kokeet suoritettiin Oulun yliopiston koehalliin rakennetulla testilaitteistolla. Testilaitteisto koostui kahdesta 1 m³ muovisäiliöstä joista toinen asennettiin hallin lattiatasolle ja toinen hallin ylätasolle. Hapetuslaite asennettiin ennen alasäiliötä niin, että vesi ohjautui laitteelta ulos tullessaan säiliöön. Yläsäiliöstä rakennettiin venttiilillä varustettu putkiyhteys hapetuslaitteeseen. Alasäiliössä oli uppopumppu veden pumppaamista varten. Kokeet suoritettiin poistamalla liuennut happi vedestä natriumsulfiitilla ja laskemalla vesi yläsäiliöstä laitteen läpi alasäiliöön. Veden liuenneen hapen pitoisuus mitattiin ennen läpilaskua yläsäiliöstä ja läpilaskun jälkeen alasäiliöstä. Läpilaskuja jatkettiin kunnes veden liuenneen hapen pitoisuus saavutti kyllästyspitoisuuden. Hapetuslaitteen ejektori-imu ei toiminut. Tästä huolimatta laitteelle pystyttiin syöttämään paineilmaa ja happea kaasunjakorenkaan kautta. Hapen liukenemisen havaittiin tapahtuvan merkittävältä osalta alasäilössä, johon vesi suihkusi putkesta suurella nopeudella. Tämä aiheutti veden voimakkaan sekoittumisen ja oli merkittävä tekijä hapen liukenemisessa. Paras hapensiirtonopeus saavutettiin laskemalla vettä tyhjällä putkella alasäiliöön, jolloin hapensiirtonopeus oli parhaimmillaan 45,1 kg/d. Toiseksi paras tulos saavutettiin asentamalla pyörresuppilo ja pyörteenohjain ja lisäämällä happea virtaavaan veteen pyörresuppilon kaasunjakorenkaan kautta jolloin hapensiirtonopeus oli 41,0 kg/d, mikä on noin 9 % pienempi kuin tyhjällä putkella. Tutkimuksen tulokset pätevät vain tutkimuslaitteistoa vastaavissa olosuhteissa. Mikäli laitteistokokonaisuus muuttuu, ei tuloksia voi suoraan siirtää uuteen ympäristöön. Onkin oltava erittäin tarkka johtopäätöksissä hapetuslaitteen soveltuvuudesta tutkimuslaitteistosta huomattavasti eroaviin kohteisiin. / Subject of this Master’s Thesis was to test a prototype of an aeration device developed by Happihyrrä Oy. The aim was to confirm its operating principle and to test its oxygen transfer capabilities. Before the tests, the theory and measurement of oxygen transfer were studied. The aeration device was comprised of acryl plastic tubes and a bubbling section. The operating principle of the device is to create a strong vortex and to suck air or oxygen through the ejectors in the first section and then disperse the vortex into multiple smaller ones in the second section. Afterwards water is bubbled in the bubbling section. Tests were performed with testing equipment built at Oulu University. The testing equipment comprised of two 1 m³ plastic tanks of which one was installed at the ground level and the other one at the high level of the hall. The aeration device was installed before the ground level tank so that water would be directed into the tank after going through the device. The pipe connection with a valve was constructed from the high level tank to the aeration device. A submersible pump was installed in the ground level tank. Tests were performed by deoxygenating water with sodium sulfite and running it from the high level tank into the ground level tank through the aeration device. The amount of dissolved oxygen was measured from the high level tank before releasing water and from the ground level tank after water had come through the device. Water was run through the device so many times until saturation concentration was reached. The ejectors of the aeration device didn’t work. Despite that pressurized air and oxygen could be injected to the water flow through a connection for a gas supply. It was discovered that the dissolution of oxygen was mainly happening in the ground level tank. The high velocity of water spurting out of the device and into the tank caused intense turbulent mixing and was significant contributor to the dissolution of oxygen. Highest oxygen transfer rate was 45.1 kg/d achieved by running water through an empty pipe into the ground level tank. Second highest oxygen transfer rate was 41.0 kg/d which was achieved when the aeration device was installed and pure oxygen was fed into the water flow. This was 9% smaller than the highest oxygen transfer rate. The findings are only valid in conditions similar to the testing equipment used. If the conditions change, the results cannot be directly applied. Therefore one has to be very careful when making conclusions about the applicability of the aeration device for significantly different conditions.

Mineralogical complexity and declining ore grades poses new challenges to the mining industry. From the grinding point of view, this means that in order to liberate minerals, particles would have to be ground to a finer particle size. Already, comminution is the biggest energy consumer in the concentrating mill. When particles are ground to even smaller particles sizes, costs and energy consumption increase significantly. This coupled with the fact that conventional tumbling mills are ineffective in a size range under 50 µm, has increased interest towards in the use of stirred media mills. This thesis provides basic knowledge about grinding phenomenona in general, the basics of stirred media mills and a a basic testwork conducted with the Outotec stirred media mill (HIGmillTM). The target of the testwork was to investigate the effect of parameters on grinding efficiency. The parameters under investigation were tip speed, milling density, retention time, size and type of the grinding media, and feed scalping. The secondary target of the testwork was to create a standardized test environment and achieve test repeatability. In addition, two different test methods were tested and compared. In the test, the repeatability of the pilot HIGmillTM tests was achieved successfully. The HIGmillTM proved to be very flexible regarding a change in parameters. If the specific grinding energy was kept constant, the grinding efficiency stayed the same regardless of the change in tip speed, retention time, or milling density. Even the wear of the mill internals proved to have no notable effect on the grinding result. This fact gives the HIGmillTM a clear advantage when used in industrial applications. In the testwork semi-continuous and continuous test methods were compared and verified to give the same result. In addition dumping between grinding stages in the semi-continuous test method turned out to be overly cautious. / Maailmanlaajuisesti malmioiden mineraalipitoisuudet ovat heikentyneet ja mineraalirakeiden rakenteet ovat tulleet monimuotoisemmiksi. Jauhatuksen näkökulmasta katsottuna tämä tarkoittaa, että mineraalin hienonnus täytyy suorittaa pienempään partikkelikokoon. Jauhaminen on yksikköprosessina rikastamoiden suurin energian kuluttaja ja siirryttäessä jauhamisessa pienenpään hienouteen, energian kulutus moninkertaistuu. Lisäksi perinteiset rumpumyllyt ovat osoittautuneet tehottomiksi mentäessä pienempään hienouteen kuin 50 μm. Tämän diplomityön tarkoituksena on esitellä vaihtoehto perinteiselle jauhatukselle. Työssä käydään läpi hienonnuksen perusperiaatteita, esitellään pystymyllyjen toimintaperiaate ja suoritetaan perustutkimuksia Outotecin pystymyllyllä (HIGmillTM). Testiohjelmassa tutkitaan eri parametrien vaikutusta HIG myllyn hienonnustehokkuuteen. Parametreja joita tutkitaan, ovat myllyn sekoittimen nopeus, lietteen tiheys, syöttönopeus, syötteen luokitus, jauhinkappaleiden koko sekä eri valmistajien jauhinkappaleet. Testiohjelmassa tarkastellaan myös kahden testimenetelmän eroavaisuutta. Lisäksi yksi testiohjelman keskeisemmistä tavoitteista on kehittää toistettava testimetodi pilottiajoille. Testeissä onnistuttiin rakentamaan toimiva ympäristö testien tekemiselle, myös testien toistettavuus saavutettiin. Parametrien testauksessa HIGmillTM osoittautui hyvin joustavaksi. Jos syötetty energia tonnia kohden pidettiin vakiona, jauhatustehokkuus pysyi samana huolimatta muutoksista myllyn sekoittimen nopeudessa, lietteen syöttönopeudessa tai tiheydessä. Myöskään myllyn sekoittimen kiekkojen kuluminen ei vaikuttanut jauhatustehokkuuteen. Testeissä todistettiin myös jatkuvan ja puolijatkuvan ajon vastaavuus. Lisäksi puolijatkuvassa ajossa mahdollinen näytteen heittäminen pois jauhatusvaiheiden välissä osoitettiin tarpeettomaksi.

Draft tube circulators have been used in various industrial processes. They contain an inner tube located inside the reactor. An axial impeller at the top part of the inner tube pushes the fluid downwards. This reactor concept uses less energy to achieve sufficient mixing in the system. Outotec has developed a novel draft tube reactor which exploits draft tube circulator principles and consists of horizontal and vertical sections. The aim of this work was to obtain information on the flow and solid resuspension behavior of the test tube reactor for the design and further development of the OKTOP®6000 reactor. Flow velocities were measured with an ultrasound measuring probe that utilizes the Doppler effect. The aim of the experiments was to gain information about the flow profile inside the reactor annulus from different measuring points. Flow velocity results were used to validate the computational fluid dynamic simulation results made earlier. Liquid-solid and liquid-solid-gas mixing was studied with electrical impedance tomography (EIT) devices, which measure conductivity difference in the media. Experiments were done with different solids contents, impeller rotation speeds and different gas feed rates to determine what kinds of mixing conditions achieve complete off-bottom suspension. Slurry samples were taken from the upper part of the reactor to obtain information on how much sand flows to the upper part of the reactor. Based on the flow velocity and CFD simulations, the flow inside the reactor annulus is highly turbulent and the flow profile is time dependent. There is a recirculation area at the bottom of the reactor and the flow is pulsating to the upper part of the reactor. Solids suspension tests show that the reactor concept achieves complete off-bottom suspension more easily without gas feed. The gas feeding system was not optimal and some of the gas flooded from the draft tube and disturbed the flow inside the draft tube. Solids suspension tests confirmed the fact that the flow profile was pulsating and time dependent. Flow velocity and solids suspension test results can be used to dimension and further develop the novel draft tube reactor OKTOP®6000, which is part of the Outotec reactor family. / Imuputkireaktoreita on käytössä monissa erilaisissa teollisissa sovelluksissa. Reaktorin sisälle on asennettu sisäputki, jonka yläosassa on tyypillisesti sekoitin, joka saa aikaan liuoskierron sisäputken kautta reaktorin annulukseen. Sisäputken ansiosta sekoitukseen tarvittava energiamäärä on pienempi kuin perinteisissä sekoitusreaktoreissa. Outotec on kehittänyt sisäputkireaktoriteknologiaa hyödyntävän OKTOP®6000-reaktorin, joka koostuu vaaka- ja pystysuuntaisista osioista. Imuputkireaktorin avulla pyrittiin selventämään reaktorin suunnittelun ja jatkokehityksen avuksi virtausominaisuuksia sekä kiintoaineen suspengointiin liittyviä ilmiöitä. Virtausnopeuksia mitattiin Doppler-ilmiötä hyödyntävällä mittalaitteella eri kohdista reaktorin ulkokehää. Tarkoituksena oli saada tietoa virtausnopeuksista muutamassa mittauspisteessä reaktorin sisältä eri sekoittajan pyörimisnopeuksilla. Tuloksien avulla pyrittiin vahvistamaan virtauslaskennan tuloksia. Toisessa osassa reaktoriin lisättiin kiintoainetta ja tutkittiin sen liikkeelle lähtöä eri hiekkamäärillä, sekoituksen kierrosmäärillä sekä happisyöttömäärillä. Tarkoituksena oli saada tietoa milloin neste-kiintoaine- sekä neste-kiintoaine-kaasu-systeemeissä saadaan aikaan sellaiset sekoitusolosuhteet, että kaikki hiekka joko liikkuu reaktorin pohjassa ja mahdollisesti virtaa reaktorin yläosaan. Mittauksessa käytettiin apuna sähköimpedanssi tomografiasauvoja (EIT), jotka mittaavat sähkönjohtavuuseroja väliaineesta. Lisäksi reaktorin yläosaan virtaavan hiekan kiintoainepitoisuutta mitattiin yläosasta otettujen näytteiden avulla. Virtausmittausten ja -simulointien perusteella voidaan sanoa, että virtaus reaktorissa on hyvin turbulenttinen ja virtausprofiili vaihtelee eri ajanhetkillä. Reaktorin pohjaan muodostuu pyörteitä kun sisäputkesta tuleva virtaus muuttaa suuntaa. Virtaus kohti reaktorin yläosaa on hyvin sykkivää. Kiintoainekokeiden perusteella nähtiin, että hiekka pysyi liikkeessä kaikilla kierrosnopeuksilla ja hiekkamäärillä ilman kaasusyöttöä. Happisyöttö puolestaan häiritsi systeemiä ja sai hiekan laskeutumaan tietyssä pisteessä. Kaasun syöttöjärjestelmä ei ollut optimaalinen tälle reaktorikonseptille, sillä isommat kaasumäärät tulvivat ulos sisäputkesta virtaamatta nestevirtauksen mukana. Virtausmittaus- ja kiintoainekokeiden tuloksia voidaan käyttää OKTOP®6000-reaktorin jatkokehityksessä ja suunnittelussa.