In this work, the metal and slag phase mixing in three steps of a ladle refining operation of steel melts and for an oxygen balance during cooling of cast iron melts have been studied at two Swedish steel plants and at two Swedish cast iron foundries, respectively. In order to predict the oxygen activity in the steel bulk in equilibrium with the top slag as well as in metal droplets in the top slag in equilibrium with the top slag, three slag models were used. In addition, the assumptions of a sulphur-oxygen equilibrium between steel and slag and the dilute solution model for the liquid steel phase were utilized in the calculations. Measured oxygen activities in steel bulk, which varied between 3.5-6 ppm, were compared to predicted oxygen activities. The differences between the predicted and measured oxygen activities were found to be significant (0-500%) and the reasons for the differences are discussed in the thesis. Slag samples have been evaluated to determine the distribution of the metal droplets. The results show that the relatively largest numbers of metal droplets are present in the slag samples taken before vacuum degassing. Also, the projected interfacial area between steel bulk and top slag has been compared to the interfacial area between the metal droplets and slag. The results show that the droplet-slag interfacial area is 3 to 14 times larger than the flat projected interfacial area between the steel and top slag. Furthermore, the effect of the reactions between top slag and steel and the slag viscosity on the metal droplet formation is discussed. The results show significant differences between the steel bulk and steel droplet compositions and the reasons for the differences are discussed in the thesis. The oxygen activity in different cast irons was studied. Plant trials were performed at three occasions for lamellar, compacted and nodular iron melts. The results show that at temperatures close to the liquidus temperature the oxygen activities were 0.03-0.1 ppm for LGI, around 0.02 ppm for CGI, and 0.001ppm for SGI. In addition, it was found that as the oxygen activities increased with time after an Mg treatment, the ability to form a compact graphite or a nodular graphite in Mg-treated iron melts was decreased. Also, extrapolated oxygen activity differences up to 0.07 ppm were found for different hypoeutectic iron compositions for lamellar graphite iron at the liquidus temperature. Overall, the observed differences in the dissolved oxygen levels were believed to influence how graphite particles are incorporated into the austenite matrix and how the graphite morphology will be in the cast product. / <p>QC 20160518</p>

I avloppsreningen på Hallsta pappersbruk i Hallstavik reduceras dagligen tonvis med organiskt material innan avloppsvattnet släpps ut i den intilliggande Edeboviken. Bruket är ett så kallat integrerat pappersbruk vilket innebär att man tillverkar både pappersmassan och pappret på plats. Det är främst vid framställningen av massa som det organiska materialet löses ut ur veden och hamnar i processvattnet som så småningom når brukets avloppsreningsverk. På bruket tillverkas papper i olika ljusheter, vilket kräver olika stora insatser i form av blekkemikalier så som väteperoxid och hydrosulfit (även känt som ditionit). Blekningen varierar över tid i produktionscykler och det är sedan tidigare känt att en ökad blekning av massan löser ut mer organiska föreningar. I framtiden förväntas andelen högblekta produkter öka, vilket sannolikt leder till ökad belastning på reningsverket. Det finns även planer på att öka andelen papper av sådan kvalitet som kräver att massan raffineras hårdare (så att den blir finare mald) och frågan har lyfts huruvida denna behandling leder till mer organiskt material till avloppet. Ökad kunskap om hur flödet av organiskt material till avloppet varierar är då detta skrivs (2012) värdefull i minst två tillämpningar på Hallsta pappersbruk. Den ena tillämpningen är vid utredningen av potentialen för en biogasanläggning på bruket, där det organiska materialet utgör en begränsande resurs vid framställningen av biogas, varför det vore värdefullt att veta hur stora mängder organiskt material som kan förväntas vid olika produktionsfall. Den andra tillämpningen är vid doseringen av kväve och fosfor i reningsanläggningen som görs för att mikroorganismerna som används för att rena vattnet ska kunna arbeta optimalt. Huvudsyftet med detta arbete var att skapa en modell för hur mängden organiskt material i olika avloppsströmmar beror på graden av blekning, samt i viss mån raffineringen. Det organiska materialet analyserades som TOC (Total Organic Carbon) och COD (Chemical Oxygen Demand). Ett tydligt samband mellan blekning med väteperoxid och mängden organiskt material i avloppet observerades i en av delströmmarna. Hydrosulfitblekning sågs inte öka mängden organiskt material i avloppsvattnet. En modell för den totala belastningen på avloppsreningsanläggning sattes också ihop, som utifrån planerad dosering av väteperoxid ger en uppskattning av halten TOC i inflödet till anläggningen. Modellen fångar upp den cykliska variation i TOC som observerades över tid, men lämnar lite att önska i fråga om absoluta nivåer.

Procurement of copper concentrate is becoming increasingly more challenging as the general quality of concentrates are decreasing. Concentrates are now coming with higher shares of impurities and secondary materials, which makes them harder to process. These concentrates are refereed to as complex concentrates and has historically been purchased by refineries pursuing a high margin strategy, as it is cheaper for refineries to buy. As the global copper concentrate quality decreases, traditional smelters may have to revisit their procurement strategy in order to continue to be competitive and cost efficient, gradually moving towards a strategy which today is considered a niche. This notion raises several questions as to what situation future refineries might find them selves in, when treating increasing shares of complex copper concentrates. On that perceptive, this study addresses this topic from a holistic business perspective by investigating managerial challenges which may occur from procurement of complex copper concentrates. We did this through an exploratory investigation on two smelter facilities within Boliden Group, operating on with this procurement strategy. Our aim was to identify important aspects within the procurement itself, inventory management and processing. We conducted eight interviews with company representatives and analysed data on purchasing behaviour, inventory holdings and process quantities in order to understand critical aspects emerging from this strategy. From there, we identified one general challenge containing three sub challenges. We concluded that the management of risk and productivity balance was essential for the whole business, as complex concentrates aggravates already present supply chain and industry risks. Furthermore we saw challenges with maintaining sufficient and balanced inventory levels, due to arrival uncertainties and vague shipping agreements. Also, aligning goals and priorities was identified as a challenge. As complex concentrates have both attractive margin figures and complex processing requirements, differences in prioritisation surrounding profitability and process stability was evident. Lastly, we uncovered potential productivity losses when treating both clean and complex concentrates. / Inköp av kopparkoncentrat blir alltmer utmanande i takt med att koncentratens allmänna kvalitet minskar. Koncentrat kommer nu med större andelar av orenheter och sekundära material, vilket gör dem svårare att bearbeta. Dessa koncentrat betecknas som komplexa koncentrat och har historiskt bearbetats av raffinaderier som bedriver en högmarginalstrategi, eftersom dessa är billigare för raffinaderier att köpa. Då den globala kopparkoncentratkvaliteten minskar kan traditionella smältverk behöva se över sin inköpsstrategiför att fortsätta vara konkurrenskraftiga och kostnadseffektiva. Denna uppfattning väcker flera frågor om vilken situation framtida raffinaderier kan komma att befinna sig i, med ökande andelar av komplexa kopparkoncentrat. Med barkund i detta undersöker denna studie frågan ur ett helhetsperspektiv, genom att utforska operativa utmaningar som kan uppstå till följd av inköp av komplexa kopparkoncentrat. Vi genomförde en fallstudie på två smältverk inom Boliden Group, som förvärvar en hög andel komplexa kopparkoncentrat. Vårt mål var att identifiera viktiga aspekter inom själva upphandlingen, lagerhanteringen och bearbetning av koncentraten samt att identifiera utmaningar som beslutsfattare står inför. Vi genomförde åtta intervjuer med företagsrepresentanter och analyserade data om inköpsbeteende, lagerhållning och processkvantiteter för att förstå kritiska aspekter som framgår av denna strategi. Därifrån identifierade vi en allmän utmaning innehållande tre underutmaningar. Resultatet visade på att hantering av risk- och produktivitetsbalans var väsentlig för hela verksamheten, eftersom komplexa koncentrat förvärrar redan närvarande utmaningar med försörjningskedjan och industririsker. Därtill identifierade vi utmaningar med att upprätthålla en tillräcklig och balanserad lagernivå, på grund av osäkerheter om ankomst och vaga sjöfartsavtal. Gemensamma mål och prioriteringar identifierades också som en utmaning. Eftersom komplexa koncentrat både har attraktiva marginaler och komplexa bearbetningskrav var skillnader i prioritering kring lönsamhet och process-stabilitet uppenbara. Slutligen upptäckte vi potentiella produktivitetsförluster vid behandling av både rena och komplexa koncentrat.

Stainless steel, an alloy of iron and chromium, is renowned for its corrosion resistance, strength, ductility and durability. Phosphorus in stainless steel production is considered an impurity due to its detrimental impact on the material's properties, for example, increased brittleness and decreased corrosion resistance. Due to this reason, the amount of phosphorus in the stainless steel must be controlled. Currently, dephosphorization is not applied in stainless steel production using the EAF and AOD pathway, since chromium is oxidized simultaneously along with phosphorus. This thesis explores whether phosphorus refinement is theoretically possible for stainless steel production and evaluates its feasibility from both economic and environmental perspectives. The aim is to offer valuable insights and potentially enhance stainless steel manufacturing processes. The goal of this thesis is achieved through conducting a literature study, a theoretical study using the software Thermo-Calc, interviewing various steel industries and a study visit to Outokumpu in Avesta where an empirical experiment is carried out. The results of this thesis show that dephosphorization is theoretically possible for stainless steel production when varying the temperature, CaO content, gas quantity, and argon quantity. However, regardless of the dephosphorization degree, high amounts of chromium oxidize to the slag. The chromium losses increase production costs and environmental impacts. Therefore, it is not feasible from an economic and environmental standpoint. / Rostfritt stål, en legering av järn och krom, är känt för sin korrosionsbeständighet, styrka och duktilitet. Fosfor i rostfritt stål tillverkning betraktas som en förorening på grund av dess negativa inverkan på materialets egenskaper. Fosfor bidrar till exempel med ökad sprödhet och minskad korrosionsbeständighet. På grund av detta måste mängden fosfor kontrolleras under tillverkningen. I dagsläget utför man inte fosforraffinering vid tillverkning av rostfritt stål i ljusbågsugn och AOD konverter eftersom krom oxideras samtidigt med fosfor, som är ett dyrt och värdefullt material.Detta projekt syftar till att undersöka om fosforraffinering är teoretiskt möjligt för tillverkning av rostfritt stål, samt undersöka dess genomförbarhet ur både ett ekonomiskt och miljömässigt perspektiv. Målen med detta projekt uppnås genom att genomföra en litteraturstudie, termodynamiska beräkningar med programvaran Thermo-Calc, intervjuer med olika stålindustrier och ett studiebesök till Outokumpu i Avesta där även ett empirisk experiment utförs. Resultatet visar att fosforraffinering är teoretiskt möjligt vid tillverkning av rostfritt stål när varierande temperaturer, kalk mängder, gas mängder och argon mängder testas i Thermo-Calc. Höga halter krom oxideras till slaggen oavsett graden av fosforraffinering. Dessa kromförluster ökar produktionskostnaderna och medför en negativ miljöpåverkan. Sammanfattningsvis så är fosforraffinering inte genomförbart ur ett ekonomiskt och miljömässigt perspektiv.

<p>Neutralsulfitkokning av björk möjliggör ett högt utbyte av hemicellulosa, vilket bidrar positivt till flutingens egenskaper och minskar vedkostnaden. Neutralsulfitkoket ska avbrytas när delignifieringen nått tillräckligt långt för att veden ska kunna defibreras skonsamt med en rimlig energiinsats, men innan nedbrytningen av hemicellulosa hunnit accelerera. Syftet med detta examensarbete var att undersöka utbytets och malningens inverkan på NSSC-massans egenskaper.</p><p>En laboratoriestudie genomfördes där massan kokades till olika utbyten och maldes vid olika insatser. Resultatet av den studien användes sedan för att ställa om kokaren och raffinörerna på lämpligt sätt vid fabriksförsöken. Massaprover togs ut efter det andra kvarnsteget och skickades för analys. De mest väsentliga egenskaperna för fluting testades genom CCT (Corrugated Crush Test), CMT (Concora Medium Test) och SCT (Short Span Compression test) men övriga konventionella egenskaper testades likväl. En avgörande egenskap för fluting är också dess krypstyvhet som undersöktes på laboratorie genom isokrona kryptester. För att få en djupare förståelse för NSSC-massans egenskaper samt kokningens och malningens inverkan på dessa utfördes även fiberkaraktärisering.</p><p>Resultatet visar att styrkan på NSSC-massan kan påverkas genom att variera både utbytet och effekten i raffinörerna. För att åstadkomma en signifikant styrkeökning krävs ett lågt utbyte tillsammans med en hög effekt i raffinörerna. Kraftiga ändringar av dessa parametrar leder dessvärre till att papperets egenskaper förändras i den grad att körbarheten på maskin kan påverkas. Studien visar även att fluting som uppfyller dagens riktvärden kan framställas kostnadseffektivt genom ett högt utbyte i kokaren och en hög insats i raffinörerna. Samtidigt erhålls då en ljusare massa, vilket kan vara betydande i vissa fall. Krypmätningarna visar samtidigt att malningen i positiv bemärkelse påverkar krypstyvheten medan utbytets inverkan är mer svårtolkat. Ett allt för högt utbyte verkar dock vara negativt ur krypstyvhetssynpunkt.</p> / <p>Neutral sulphite cooking of birch enables a high yield of hemicelluloses. This contributes positively to the properties of the flute, reduces the amount of wood needed and hence the cost. The neutral sulphite cook is to be terminated when the delignification has gone sufficiently far so that the wood can be refined mercifully with a reasonable energy input, but before the delignification has gone so far that the degradation of hemicelluloses has started to accelerate. The objective with this thesis was to examine how yield and refining affects the properties of the NSSC pulp.</p><p>A laboratory study was performed where the pulp was cooked to different yields and then beaten with different energy inputs. The results from this study were then used to determine how to set the boiler and the refiners appropriately in the paper mill trials. Pulp samples were collected after the second refiner and were then sent for analysis. The most important properties for flute were tested through CCT (Corrugated Crush Test), CMT (Concora Medium Test) and SCT (Short Span Compression test). More conventional properties were tested as well. Another important property for flute, the creep resistance, was tested in the laboratory through isochronous creep tests. To get a deeper understanding of the properties of NSSC-pulp, along with the effects of cooking and refining, fiber characterization was also performed.The results indicate that it is possible to affect the strength properties on the NSSC pulp by varying both the yield and the energy input in the refiners. To accomplish a large increase in strength, a relatively low yield is needed, along with increased refining. Large changes of those parameters may unfortunately lead to changes in paper properties in such a way that the runability on the paper machine is affected.</p><p>The results also indicate that it is possible to manufacture flute in a more cost efficient way by lowering the H-factor in the boiler while increasing the degree of refining, still keeping the strength properties above the critical values.A pulp with a higher brightness is also acquired when running the mill this way, which can be important in some aspects. The creep studies indicate that increased refining has a positive effect on the creep resistance. It is harder to make conclusions about the impact of yield, but it seems as though all too high yields affects the creep resistance negatively.</p>

Neutralsulfitkokning av björk möjliggör ett högt utbyte av hemicellulosa, vilket bidrar positivt till flutingens egenskaper och minskar vedkostnaden. Neutralsulfitkoket ska avbrytas när delignifieringen nått tillräckligt långt för att veden ska kunna defibreras skonsamt med en rimlig energiinsats, men innan nedbrytningen av hemicellulosa hunnit accelerera. Syftet med detta examensarbete var att undersöka utbytets och malningens inverkan på NSSC-massans egenskaper. En laboratoriestudie genomfördes där massan kokades till olika utbyten och maldes vid olika insatser. Resultatet av den studien användes sedan för att ställa om kokaren och raffinörerna på lämpligt sätt vid fabriksförsöken. Massaprover togs ut efter det andra kvarnsteget och skickades för analys. De mest väsentliga egenskaperna för fluting testades genom CCT (Corrugated Crush Test), CMT (Concora Medium Test) och SCT (Short Span Compression test) men övriga konventionella egenskaper testades likväl. En avgörande egenskap för fluting är också dess krypstyvhet som undersöktes på laboratorie genom isokrona kryptester. För att få en djupare förståelse för NSSC-massans egenskaper samt kokningens och malningens inverkan på dessa utfördes även fiberkaraktärisering. Resultatet visar att styrkan på NSSC-massan kan påverkas genom att variera både utbytet och effekten i raffinörerna. För att åstadkomma en signifikant styrkeökning krävs ett lågt utbyte tillsammans med en hög effekt i raffinörerna. Kraftiga ändringar av dessa parametrar leder dessvärre till att papperets egenskaper förändras i den grad att körbarheten på maskin kan påverkas. Studien visar även att fluting som uppfyller dagens riktvärden kan framställas kostnadseffektivt genom ett högt utbyte i kokaren och en hög insats i raffinörerna. Samtidigt erhålls då en ljusare massa, vilket kan vara betydande i vissa fall. Krypmätningarna visar samtidigt att malningen i positiv bemärkelse påverkar krypstyvheten medan utbytets inverkan är mer svårtolkat. Ett allt för högt utbyte verkar dock vara negativt ur krypstyvhetssynpunkt. / Neutral sulphite cooking of birch enables a high yield of hemicelluloses. This contributes positively to the properties of the flute, reduces the amount of wood needed and hence the cost. The neutral sulphite cook is to be terminated when the delignification has gone sufficiently far so that the wood can be refined mercifully with a reasonable energy input, but before the delignification has gone so far that the degradation of hemicelluloses has started to accelerate. The objective with this thesis was to examine how yield and refining affects the properties of the NSSC pulp. A laboratory study was performed where the pulp was cooked to different yields and then beaten with different energy inputs. The results from this study were then used to determine how to set the boiler and the refiners appropriately in the paper mill trials. Pulp samples were collected after the second refiner and were then sent for analysis. The most important properties for flute were tested through CCT (Corrugated Crush Test), CMT (Concora Medium Test) and SCT (Short Span Compression test). More conventional properties were tested as well. Another important property for flute, the creep resistance, was tested in the laboratory through isochronous creep tests. To get a deeper understanding of the properties of NSSC-pulp, along with the effects of cooking and refining, fiber characterization was also performed.The results indicate that it is possible to affect the strength properties on the NSSC pulp by varying both the yield and the energy input in the refiners. To accomplish a large increase in strength, a relatively low yield is needed, along with increased refining. Large changes of those parameters may unfortunately lead to changes in paper properties in such a way that the runability on the paper machine is affected. The results also indicate that it is possible to manufacture flute in a more cost efficient way by lowering the H-factor in the boiler while increasing the degree of refining, still keeping the strength properties above the critical values.A pulp with a higher brightness is also acquired when running the mill this way, which can be important in some aspects. The creep studies indicate that increased refining has a positive effect on the creep resistance. It is harder to make conclusions about the impact of yield, but it seems as though all too high yields affects the creep resistance negatively.