Thesis.

In Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Charakterisierung einer hochtonerdehaltigen Feuerfestmasse mit Spinellzusatz vorgenommen. Es wurde eine weitgehende Übereinstimmung bei der Untersuchung der Feuerfestmasse unter Labor- und Betriebsbedingungen gefunden und die ermittelten Ergebnisse konnten auf reale Betriebsbedingungen übertragen werden. Das im Rahmen der Arbeit erarbeitete Programm zur Vorhersage der Zustellungshaltbarkeit nach bestimmten Chargenzahlen führt zur Optimierung der Einsatzplanung und Reparaturdurchführung und kann für die Kontrolle der Pfannenverfügbarkeit im Stahlwerk herangezogen werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Defekten auf die Eigenschaften von Ferrit-Dünnfilmen untersucht. Die Dünnfilme wurden mit Hilfe von gepulster Laserabscheidung bei verschiedenen Züchtungsparametern hergestellt. Durch Variation der Substrattemperatur und des Sauerstoffpartialdrucks wurden Dünnfilme verschiedener kristalliner Qualität gezüchtet. Diese wurden hinsichtlich ihrer chemischen Komposition mit Hilfe von energie-dispersiver Röntgenspektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Durch Korrelation der Ergebnisse mit Messungen zum zirkularen magnetischen Röntgendichroismus, konnte eine partielle Inversion der Spinellstruktur nachgewiesen werden. Der Grad der Inversion ist höher für geringe Abscheidetemperaturen. Für diese defektreichen Dünnfilme zeigen Röntgenbeugungsuntersuchungen eine geringere kristalline Ordnung der Dünnfilme. Die strukturellen Defekte haben einen maßgeblichen Einfluss auf die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Ferrit-Dünnfilme. So zeigen die Ferrit-Dünnfilme für geringe Züchtungstemperaturen eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit, während Dünnfilme, die bei hohen Substrattemperaturen gezüchtet wurden, isolierend sind. Die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit kann auf thermisch aktivierte Hopping-Leitung oder die Leitung zwischen Clustern, die in einer Matrix eingebettet sind, zurückgeführt werden. Die magnetischen Eigenschaften von Zinkferrit-Dünnfilmen werden maßgeblich durch Defekte in der Spinellstruktur bestimmt, da es nominell in der normalen Spinellstruktur kristallisiert und daher antiferromagnetisch ist. Die partielle Inversion der Eisen- und Zinkionen führt zu Ferrimagnetismus in den Zinkferrit-Dünnfilmen, der mit Hilfe von SQUID-Messungen in dieser Arbeit eingehend untersucht wurde. Durch Korrelation der Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsmethoden konnten Rückschlüsse auf die dominierenden Defekte in den Ferrit-Dünnfilmen geschlossen werden. So sind zum einen Defekte auf atomarer Skala, wie Antisite-Defekte und divalenten Fe-Ionen für die erhöhte elektrische Leitfähigkeit und die größere Magnetisierung der defektreichen Dünnfilme verantwortlich. Zum anderen können ausgedehnte Defekte, im Speziellen Cluster, die in einer amorphen Matrix eingebettet sind, nicht ausgeschlossen werden.

Nanostructured fayalite (α-Fe2SiO4) with a large volume fraction of interfaces is synthesized for the first time via single-step mechanosynthesis, starting from a 2α-Fe2O3 + 2Fe + 3SiO2 mixture. The nonequilibrium state of the as-prepared silicate is characterized by the presence of deformed polyhedra in the interface/surface regions of nanoparticles. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Das Verlangen nach neuen Materialien mit Eigenschaften, die noch vor zwanzig Jahren für die Wissenschaft und Industrie unerreichbar waren, hat neue Perspektiven für die technische Keramik eröffnet. Auf Grund niedriger Aufheizraten und hohem Beschädigungsrisiko der Probe, ist das Entbindern das schwierigste und vor allem ein sehr teueres Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine mathematische Beschreibung des Entbinderungs-Prozesses geliefert und verschiedene Bindersysteme auf die Möglichkeit ihres Einsatzes bei MW-unterstütztem Entbindern von Keramiken untersucht. Um die rechnerischen Aussagen zu überprüfen, wurde eine Reihe von Versuchen in der auf dem thermogravimetrischen Prinzip basierenden Anlage zum Entbindern von Keramik durchgeführt. Aus den Versuchsergebnissen wurden Schlussfolgerungen gezogen und mit theoretischen Aussagen verglichen.

In Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Charakterisierung einer hochtonerdehaltigen Feuerfestmasse mit Spinellzusatz vorgenommen. Es wurde eine weitgehende Übereinstimmung bei der Untersuchung der Feuerfestmasse unter Labor- und Betriebsbedingungen gefunden und die ermittelten Ergebnisse konnten auf reale Betriebsbedingungen übertragen werden. Das im Rahmen der Arbeit erarbeitete Programm zur Vorhersage der Zustellungshaltbarkeit nach bestimmten Chargenzahlen führt zur Optimierung der Einsatzplanung und Reparaturdurchführung und kann für die Kontrolle der Pfannenverfügbarkeit im Stahlwerk herangezogen werden.

As current environmental challenges are gaining increased attention, development of clean energy solutions is becoming one of the essential strategies to keep within the boundaries of established environmental policies. Solid oxide cell (SOC) technology can provide clean energy conversion and storage when hydrogen is the energy carrier. The high total energy conversion efficiency resulting from the high operation temperature of SOCs make the technology promising, but material costs must be reduced to make it commercially viable. Therefore, this thesis aims to study the long- term performance of a novel cost-optimized cell interconnect at 650 and 850 °C. At high temperatures, chromium evaporation from the interconnect result in electrode poisoning, which may be mitigated by application of a protective coating. The studied interconnect is an AISI 441 steel with some different pre-oxidized copper and iron spinel coatings. Sample analysis was made mainly with scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction. It was found that the most promising pre-oxidation treatment was 24 h at 750 °C and that chromium migration was restrained at 650 °C long-term treatment but not at 850 °C where it wasfound available for evaporation at the surface. / När samtida milljöutmaningar får ökad uppmärksamhet blir gröna energilösningar en av de viktigaste strategierna för att hålla sig inom satta gränser från etablerade miljöriktlinjer. Teknologin bakom fastoxidceller, eller solid oxide cells (SOCs), kan bidra med grön omvandling och lagring av energi när energibäraren är väte. Den höga totala omvandlingseffektiviteten, som kommer med den höga verkningstemperaturen, gör SOC till en lovande teknologi, men materialkostnaderna måste först reduceras innan den blir komersiellt gångbar. Därför syftar detta examensarbete till att undersöka prestandan av en ny, kostnadsoptimerad cellinterkonnektor på lång sikt i 650 och 850 °C. Vid höga temperaturer förångas krom från interkonnektorn, vilket leder till elektrodförgiftning, men kan mildras genom applicering av en skyddande beläggning. Den undersökta interkonnektorn är ett stål som betäcknas AISI 441 belagt med några olika föroxiderade beläggningar av koppar- och järnspinell. Proverna analyserades i huvudsak genom svepelektronmikroskopi kobinerat med energidispersiv röntgenspektroskopi och röntgendiffraktometri. Det visades att den mest lovande föroxideringsbehandlingen var 24 h i 750 °C och att krom förblev återhållet vid 650 °men inte vid 850 °C då det fanns tillgängligt för förångning vidytan.

Despite extensive previous studies, the peak metamorphic conditions within the 2.0-1.8 Ga Svecokarelian orogen remain unclear, particularly regarding the deformation and migmatization events occurring between 1.87-1.80 Ga within the Ljusdal lithotectonic unit. While earlier observations indicate granulite facies metamorphism, the exact metamorphic conditions and nature of these events are still unclear. This thesis aims to determine the pressure-temperature range associated with the peak metamorphic conditions by analyzing mineral assemblages in the leucogranite of Sörfjärden, located east of Gnarp, Sweden. Through optical microscopy and electron microprobe analysis, a complex mineral assemblage was identified, including alkali feldspar, plagioclase, garnet, quartz, biotite, sillimanite, and Fe-Zn-rich spinel, with accessory minerals such as monazite, zircon, and rutile. Secondary chlorite and kaolinite were also observed. Ternary-feldspar thermometry revealed crystallization temperatures of 750 ˚C. Thermobarometric modeling of the bulk rock chemical composition, using the software GeoPS, indicated peak pressure-temperature conditions of 2.0–2.4 kbar and 740–770 ˚C, defined by the peak mineral assemblage garnet, plagioclase, quartz, sillimanite, and spinel. Melt structures on biotite and alkali feldspar were inferred to have formed during the second migmatization event, suggesting that granulite facies conditions were reached during the first migmatization event. While these findings provide insights into the metamorphic history of the Svecokarelian orogen, further investigations into the influence of Zn on the produced models are warranted. Addressing the limitations of current thermodynamic models would improve our understanding of this complex geological system. / Trots omfattande tidigare studier är de metamorfa förhållandena i den Svekokarelska orogenesen (2.0–1.8 Ga) fortfarande oklara, särskilt gällande de deformations- och migmatiseringsprocesser som inträffade mellan 1.87–1.80 Ga. Även om tidigare observationer tyder på metamorfos med granulitfacies är de exakta metamorfa förhållandena hos och karaktären av dessa processer fortfarande osäkra. Denna studie syftar till att fastställa det tryck-temperaturintervall som är förknippat med de högsta graderna av metamorfos genom att analysera mineralsammansättningar i leukograniten i Sörfjärden, beläget öster om Gnarp, Sverige. Genom optisk mikroskopi och elektronmikrosonderingsanalys identifierades en komplex mineralsammansättning: alkalifältspat, plagioklas, granat, kvarts, biotit, sillimanit och Fe-Zn-rik spinell, där monazit, zirkon och rutil är accessoriska mineral. Klorit och kaolinit är sekundära. Ternär fältspatstermometri påvisade en kristalliseringstemperatur vid 750 ˚C. Termobarometrisk modellering av bergartens kemiska sammansättning med programmet GeoPS indikerade maximala tryck-temperaturförhållanden på 2.0–2.4 kbar och 740–770 ˚C; mineralsammansättningen under dessa förhållanden var granat, plagioklas, kvarts, sillimanit och spinell. Smältstrukturer på biotit och kalifältspat tolkades ha bildats under den andra migmatiseringen, vilket medför att granulitfacies uppnåddes under den första migmatiseringen. Fastän dessa resultat ger insikter i den Svekokarelska orogenesens metamorfa historia är det motiverat att vidare undersöka inverkan av Zn på de framställda modellerna. Att hantera begränsningarna i nuvarande termodynamiska modeller skulle förbättra vår förståelse av detta komplexa geologiska system.

Chromium is an important alloying element in stainless steel but also environmentally harmful element. A number of mineralogical phases present in the slag matrix can contain chromium and lead to chromium leaching. Chromium in slag if not stabilized, could oxidize to the cancerogenic hexavalent state, and leach out if exposed to acidic and oxygen rich environment. Other environmental concerns are slag dusting and chromium escape to the atmosphere. Despite the fact that there is a certain risk of Cr-emission from slags at operating conditions, still very little is known regarding the emission of the oxides of chromium during the slag tapping. Spinel phase is known to be important for controlling the leaching properties of chromium from the slag. The objective of the present study was to get an understanding of the phase relationships and chromium partition in the chromium-containing industrial slags and synthetic slags with a view to control the chromium stabilization in spinel phase. The impact of slag basicity, heat treatment, oxygen partial pressure and Al2O3 addition, on the phase relationships and chromium partition has been determined. The experimental results were compared with the phase equilibrium calculations. It was found that the oxygen partial pressure in the gas phase had a strong impact on chromium partition. The experimental results show that the impact of the slag basicity on chromium partition at lower oxygen partial pressures was negligible in contrast to that in air. The amount of spinel phase was found to increase with increased Al2O3 content. Slow cooling of slag and soaking at low oxygen partial pressure would improve the spinel phase precipitation. This treatment will also lead to less Cr dissolved in the unstable matrix phases. Chromium oxide was found to be emitted when chromium containing slags were exposed to oxidizing atmosphere. The results indicate that chromium oxide evaporation increases with increase in temperature and oxygen partial pressure, but decreases with slag basicity and sample thickness. / <p>QC 20131114</p> / Steel Eco-Cycle

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Defekten auf die Eigenschaften von Ferrit-Dünnfilmen untersucht. Die Dünnfilme wurden mit Hilfe von gepulster Laserabscheidung bei verschiedenen Züchtungsparametern hergestellt. Durch Variation der Substrattemperatur und des Sauerstoffpartialdrucks wurden Dünnfilme verschiedener kristalliner Qualität gezüchtet. Diese wurden hinsichtlich ihrer chemischen Komposition mit Hilfe von energie-dispersiver Röntgenspektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Durch Korrelation der Ergebnisse mit Messungen zum zirkularen magnetischen Röntgendichroismus, konnte eine partielle Inversion der Spinellstruktur nachgewiesen werden. Der Grad der Inversion ist höher für geringe Abscheidetemperaturen. Für diese defektreichen Dünnfilme zeigen Röntgenbeugungsuntersuchungen eine geringere kristalline Ordnung der Dünnfilme. Die strukturellen Defekte haben einen maßgeblichen Einfluss auf die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Ferrit-Dünnfilme. So zeigen die Ferrit-Dünnfilme für geringe Züchtungstemperaturen eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit, während Dünnfilme, die bei hohen Substrattemperaturen gezüchtet wurden, isolierend sind. Die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit kann auf thermisch aktivierte Hopping-Leitung oder die Leitung zwischen Clustern, die in einer Matrix eingebettet sind, zurückgeführt werden. Die magnetischen Eigenschaften von Zinkferrit-Dünnfilmen werden maßgeblich durch Defekte in der Spinellstruktur bestimmt, da es nominell in der normalen Spinellstruktur kristallisiert und daher antiferromagnetisch ist. Die partielle Inversion der Eisen- und Zinkionen führt zu Ferrimagnetismus in den Zinkferrit-Dünnfilmen, der mit Hilfe von SQUID-Messungen in dieser Arbeit eingehend untersucht wurde. Durch Korrelation der Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsmethoden konnten Rückschlüsse auf die dominierenden Defekte in den Ferrit-Dünnfilmen geschlossen werden. So sind zum einen Defekte auf atomarer Skala, wie Antisite-Defekte und divalenten Fe-Ionen für die erhöhte elektrische Leitfähigkeit und die größere Magnetisierung der defektreichen Dünnfilme verantwortlich. Zum anderen können ausgedehnte Defekte, im Speziellen Cluster, die in einer amorphen Matrix eingebettet sind, nicht ausgeschlossen werden.