Raaka-aine- ja energiatehokkuuden parantaminen Oras Oy:n valimossa

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia toimintatapoja ja edellytyksiä parantaa Oras Oy:n valimon raaka-aine- ja energiatehokkuutta. Tarkastelu suoritettiin ekotehokkuusajattelun näkökulmasta. Valimon ekotehokkuutta mitattiin metallin saannon sekä valu-uunien energiatehokkuuden avulla. Tutkimustyö suoritettiin valitsemalla tarkastelun kohteeksi 20 valutuotetta. Metallin saantoa selvitettäessä punnittiin tuotteita eri työvaiheissa,jolloin saatiin selville valukanavien sekä koneistus- ja hiontavarojen osuudet valutuotteisiin panostetusta messingistä. Saantoa laskettaessa tuli myös huomioida vuosittain hylättävien tuotteiden määrät sekä messingin raaka-ainekierto kokonaisuudessaan. Valu-uunien osalta selvitettiin toiminta-ajan ja energiankulutuksen jakautuminen messingin sulattamisen ja sulan kuumanapidon kesken. Työssä tarkasteltiin, kuinka paljon metallin saantoa voitaisiin parantaa pienentämällä valukanavien ja työvarojen osuutta valoksissa sekä vähentämällähylkyjen määrää. Lisäksi tarkasteltiin muutosten vaikutuksia raaka-ainekustannuksiin sekä jätteiden määrään. Valu-uunien energiatehokkuuden parantamisen osaltatarkasteltiin käyttöasteen nostamisen eli viikoittaisen käyntiajan lisäämisen vaikutuksia energiankulutukseen ja -kustannuksiin sekä edellytyksiä pitää osa uuneista kylmänä.

Unsaturated Polyester Resins from Recycled Polyethyleneterephthalate

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia miten kuluttajien kierrättämästä polyeteenitereftalaatista ( PET ) voi valmistaa tyydyttymättömiä polyesterihartseja. Työssä valmistettiin yleiskäyttöön soveltuva laminointihartsi sekä 'gel coat' -hartsi jota käytetään esim. veneiden pintamaalina. Yleishartsin depolymerointiin käytettiin propyleeniglykolia ja 'gel coat' -hartsin valmistamiseen neopentyyliglykolia. Polykondensaatiovaiheessa reaktioon lisättiin maleiinihappoa ja lopuksi hartsit liuotettiin styreeniin. Kirjallisuusosassa esitetään eri menetelmiä PET:n depolymeroimiseksi. Lisäksi esitetään eri vaihtoehtoja glykolien, happojen, katalyyttien ja vinyylimonomeerien valitsemiseksi tyydyttymättömien polyesterihartsien valmistuksessa. Analyysimenetelmiä nestemäisten ja kovetettujen hartsien tutkimiseen ja vertailuun käydään läpi kuten myös erilaisia sovelluksia polyesterihartsien käyttämiseksi. Kokeellinen osa todisti että PET-pullojäte voidaan prosessoida hartsiksiilman uusia investointeja prosessilaitteistoon. PET:n glykolyysi kesti viidestäseitsemään tuntia ja polykondensaatiovaihe kahdesta ja puolesta viiteen tuntiin. Hartsien molekyylipainot ja mekaanisten testien tulokset olivat vertailukelpoisia kaupallisten hartsien antamien tulosten kanssa. Glykolyysivaiheen momomeeri- ja oligomeeripitoisuudet mitattiin geelipermeaatiokromatografialla, jotta nähtiin miten pitkälle depolymerisaatio oli edennyt. Tätä tietoa voidaan hyödyntää uusien hartsireseptin suunnittelussa. Polymeeriketjussa jäljellä olevien C=C kaksoissidosten määrä ja niiden isomeraatioaste maleaattimuodosta fumaraattimuotoon mitattiin 1H-NMR -menetelmällä. Tislevesien koostumus määritettiin kaasukromatografialla, ja tulokset kertoivat katalyytin sisältämän kloorin reagoineen glykolien kanssa, johtaen suureen glykolikulutukseen ja muihin ei-toivottuihin sivureaktioihin. Hartsien sietokykyä auringon valolle mitattiin niiden UV-absorption avulla. Kummastakin hartsista valmistettiin 'gel coat' -maalit jotkalaitettiin sääkoneeseen, joka simuloi auringonpaistetta ja vesisadetta vuorotellen. Näistä 'gel coateista' mitattiin niiden kellastumista. Kummastakin hartsista tehdyt valut asetettiin myös sääkoneeseen ja IR-spektreistä ennen jajälkeen koetta nähtiin että C=O ja C-O esterisidoksia oli hajonnut.

Metallisten kuluttajamaalipakkausten kierrätys.

Metalliset maalipurkit valmistetaan tinalla molemmin puolin päällystetystä pellistä. Tina on terästeollisuudelle haitallinen aine raaka-aineen seassa ja tästä syystä tinapellille on ollut vaikeuksia löytää hyötykäyttäjää. Metallipakkauksien osalta on sitouduttu hyötykäyttötavoitteisiin ja niihin pääsemiseksi tulee kerätä myös tinapeltipakkauksia, koska ne muodostavat huomattavan osan vuosittain käytettävistä metallipakkauksista. Suurilta ammattikäyttäjiltä maalipakkauksia on kerätty jo vuodesta 1998 ja pienkuluttajia varten keräyskokeilu aloitettiin vuoden 1999 alkupuolella. Tämä tutkimus käsittelee kuluttajille suunnattua keräyskokeilua ja tutkimuksen tavoitteena on laatia suosituksia ja ohjeita kuluttajamaalipakkausten keräilyn järjestämiseksi Suomessa. Kokeilua varten perustettiin muutamia keräyspisteitä, ensin Suur-Helsingin alueelle ja myöhemmin myös muualle Etelä-Suomeen. Kaikki perustetut keräyspisteet sijaitsivat maalia myyvän kaupan yhteydessä. Kuluttajat suhtautuivat palautusmahdollisuuteen erittäin myönteisesti ja kokeilussa mukana olevat liikkeet saivat positiivista julkisuutta. Keräyspisteisiin pääsääntöisesti palautetut maalipurkit olivat tyhjiä tai niissä oli vain hieman maalia jäljellä. Kaupoissa sijaitsevien keräyspisteiden lisäksi on tarvetta myös kunnallisille keräyspisteille. Kuusakoski Oy on nykyisin ainoa tinapellin käsittelijä Suomessa. Myös Onni Forsell Oy on kehittelemässä tinapellin käsittelymenetelmää. Kuusakosken murskauskäsittelyn ympäristövaikutukset selvitettiin tutkimuksessa ja tulosten mukaan käsittelyssä syntyvä jäte on kaatopaikkakelpoista. Tinapeltimurskeen hyötykäyttäjää ei Suomesta tällä hetkellä löydy, joten murske viedään ulkomaille hyötykäytettäväksi.

Ostotoimintojen verkkolaskutuksen kehittäminen terästehtaalla

Diplomityön tavoitteena on järkeistää terästehtaan laskujen käsittelyä sekä parantaa ostotoiminnan kustannustietämystä. Työssä keskitytään kolmeen case-tapaukseen: ostolaskuja eniten lähettävään yritykseen ja kahteen romutoimittajaan, joiden laskukäsittely vie ajallisesti pitkään. Ostotoimintoja tarkastellaan prosessina tilauksesta ostolaskukäsittelyyn. Työssä on haastateltu kunnossapidon työnjohtoa ja laskunkäsittelijöitä, joiden perusteella on kartoitettu nykytila ja listattu parannusehdotukset. Työn lopputuloksena ehdotetaan toimintatapojen muutosta. Tavoitteena on saada laskut paremmin kirjattua järjestelmään ja kohdennettua oikeille tilauksille, jolloin kustannusinformaatio parantuu. Sähköisellä laskutusohjelmiston käyttöönotolla voitaisiin järkeistää sisäistä laskunkiertoa ja arkistointia.

Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön lähtökohtana oli Loviisan voimalaitoksella 2006 käynnistyneen valvonta-alueen laajennusprojektin (VAJAKO) uudistettavien dekontaminointitilojen tehostaminen. Diplomityössä arvioitiin Loviisan voimalaitoksen dekontaminointikeskuksissa käytössä olevien puhdistusmenetelmien tehokkuutta ja toimivuutta. Tämän lisäksi työssä tutkittiin tarkemmin kahta "uutta" dekontaminointimenetelmää, joista toisen menetelmän toimivuutta kokeiltiin pienimuotoisen kokeen avulla. Dekontaminointimenetelmien arviointi ja toimintaprosessien tehostaminen tehtiin kirjalliseen materiaaliin, käyttäjiltä saatuihin kommentteihin sekä kokeista saatuihin tuloksiin perustuen. Dekontaminointimenetelmien arviointi aloitettiin kirjallisen materiaalin tutustumisella, jonka perusteella valittiin kaksi tarkemmin tutkittavaa menetelmää. Kirjalliseen materiaaliin pohjautuvaa tietoa verrattiin käytännön kokemuksiin vierailemalla mm. Forsmarkin, Oskarshamnin, Olkiluodon ja Ringhalsin ydinvoimalaitoksissa. Työntekijöiltä saatujen tietojen sekä kirjalliseen materiaaliin pohjautuen valittiin toinen tutkituista menetelmistä käytännön kokeeseen. Kokeessa tutkittiin menetelmän toimivuutta mm. dekontaminointituloksen, puhdistusajan ja syntyvän nestemäisen jätteen määrän perusteella. Kokeista saadut tulokset yhdistettiin kirjallisen materiaalin ja käyttäjiltä saatujen kokemusten kanssa yhdeksi kokonaisuudeksi. Työssä tarkasteltiin myös Loviisan voimalaitoksen metalliromujen käsittelyprosessin toimivuutta. Toimivuuden arvioinnissa kiinnitettiin erityistä huomiota syntyperäisen lajittelun parantamiseen, jonka seurauksena puhtaiden metalliromujen dekontaminointitarve vähenee käytännössä.

Improvement of Operational Efficiency effectiveness (OEE) using Six Sigma DMAIC Methodology — Case Bottomer line AD2378

Overall Equipment Effectiveness (OEE) is the key metric of operational excellence. OEE monitors the actual performance of equipment relative to its performance capabilities under optimal manufacturing conditions. It looks at the entire manufacturing environment measuring, in addition to the equipment availability, the production efficiency while the equipment is available to run products, as well as the efficiency loss that results from scrap, rework, and yield losses. The analysis of the OEE provides improvement opportunities for the operation. One of the tools used for OEE improvement is Six Sigma DMAIC methodology which is a set of practices originally developed to improve processes by eliminating defects. It asserts the continuous efforts to reduce variation in process outputs as key to business success, as well as the possibility of measurement, analysis, improvement and control of manufacturing and business processes. In the case of the Bottomer line AD2378 in Papsac Maghreb Casablanca plant, the OEE figures reached 48.65 %, which is below the accepted OEE group performance. This required immediate actions to achieve OEE improvement. This Master thesis focuses on the application of Six Sigma DMAIC methodology in the OEE improvement on the Bottomer Line AD2378 in Papsac Maghreb Casablanca plant. First, the Six Sigma DMAIC and OEE usage in operation measurement will be discussed. Afterwards, the different DMAIC phases will allow the identification of improvement focus, the identification of OEE low performance causes and the design of improvement solutions. These will be implemented to allow further tracking of improvement impact on the plant operations.

Hiilijalanjäljen laskeminen purku- ja korjausrakentamiskohteille

Tämä opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Enviroc Oy:n kanssa. Työn tarkoituksena on ollut kehittää suomalaisiin olosuhteisiin soveltuva laskentamalli purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjäljelle. Kehitettyä mallia voi käyttää yrityksessä lainsäädännön vaatimusten noudattamisen todentamiseen sekä purku- ja korjausrakentamiskohteiden toimintatapojen vertailuun. Työssä käsitellään purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjälkeen vaikuttavia asioita, joita ovat työmaan energiankulutus sekä syntyvien jätteiden lajittelu, kuljetukset, käsittely ja hyödyntäminen tai loppusijoitus. Laskentamalli on kehitetty laskemalla esimerkkikohteille hiilijalanjäljet elinkaarimallintamisen avulla. Työssä on tarkasteltu myös vaihtoehtoisia jäteskenaarioita sekä laskentamallin luotettavuutta. Työn lopputuloksena on saatu kolmen eri kokoluokan esimerkkikohteen hiilijalanjäljet ja laskentamallin periaatekaaviot. Jätteiden toimituspisteiden ja jätejakeiden kulkureittien vaihtelevuuden sekä eri kohteista muodostuvien erityyppisten jätejakeiden johdosta yhden kokonaisvaltaisen laskentamallin kehittäminen on haasteellista. Myös tietojen hankinta kohteista ja jatkokäsittelyistä ja etenkin primääritietojen saaminen on ongelmallista. Tämänhetkinen laskentamalli perustuu enimmäkseen sekundääritietoihin ja arvioihin, joten mallin luotettavuuden lisäämiseksi olisi panostettava primääritiedon määrän lisäämiseen. Laskennan perusteella jäteskenaariovaihtoehdoista lajitteleva toimintamalli osoittautui hiilijalanjäljen kannalta suotuisimmaksi pienemmissä kohteissa ja käsittelylaitospainotteinen malli suuressa kohteessa. Merkittäviä tekijöitä kohteiden hiilijalanjälkien muodostumiselle olivat metallien käsittely, jätteiden poltto sekä neitsytraaka-aineista valmistetun teräksen ja fossiilisten polttoaineiden vältetyt päästöt. Merkittävimmiksi kasvihuonekaasuiksi purku- ja korjausrakentamiskohteiden laskennassa osoittautuivat hiilidioksidin lisäksi halogenoidut hiilivedyt ja metaani.

Deregulation’s Impact on the Railway Freight Transport Sector’s Future in the Baltic Sea Region

The European transport market has confronted several changes during the last decade. Due to European Union legislative mandates, the railway freight market was deregulated in 2007. The market followed the trend started by other transport modes as well as other previously regulated industries such as banking, telecommunications and energy. Globally, the first country to deregulate the railway freight market was the United States, with the introduction of the Staggers Rail Act in 1980. Some European countries decided to follow suit already before regulation was mandated; among the forerunners were the United Kingdom, Sweden and Germany. The previous research has concentrated only on these countries, which has provided an interesting research gap for this thesis. The Baltic Sea Region consists of countries with different kinds of liberalization paths, including Sweden and Germany, which have been on the frontline, whereas Lithuania and Finland have only one active railway undertaking, the incumbent. The transport market of the European Union is facing further challenges in the near future, due to the Sulphur Directive, oil dependency and the changing structure of European rail networks. In order to improve the accessibility of this peripheral area, further action is required. This research focuses on topics such as the progression of deregulation, barriers to entry, country-specific features, cooperation and internationalization. Based on the research results, it can be stated that the Baltic Sea Region’s railway freight market is expected to change in the future. Further private railway undertakings are anticipated, and these would change the market structure. The realization of European Union’s plans to increase the improved rail network to cover the Baltic States is strongly hoped for, and railway freight market counterparts inside and among countries are starting to enhance their level of cooperation. The Baltic Sea Region countries have several special national characteristics which influence the market and should be taken into account when companies evaluate possible market entry actions. According to thesis interviews, the Swedish market has a strong level of cooperation in the form of an old-boy network, and is supported by a positive attitude of the incumbent towards the private railway undertakings. This has facilitated the entry process of newcomers, and currently the market has numerous operating railway undertakings. A contrary example was found from Poland, where the incumbent sent old rolling stock to the scrap yard rather than sell it to private railway undertakings. The importance of personal relations is highlighted in Russia, followed by the railway market’s strong political bond with politics. Nonetheless, some barriers to entry are shared by the Baltic Sea Region, the main ones being acquisition of rolling stock, bureaucracy and needed investments. The railway freight market is internationalizing, which is perceived via several alliances as well as the increased number of mergers and acquisitions. After deregulation, markets seem to increase the number of railway undertakings at a rather fast pace, but with the passage of time, the larger operators tend to acquire smaller ones. Therefore, it is expected that in a decade’s time, the number of railway undertakings will start to decrease in the deregulation pioneer countries, while the ones coming from behind might still experience an increase. The Russian market is expected to be totally liberalized, and further alliances between the Russian Railways and European railway undertakings are expected to occur. The Baltic Sea Region’s railway freight market is anticipated to improve, and, based on the interviewees’ comments, attract more cargoes from road to rail.

The role of metal ions in selective and sustainable processes

Sustainability and recycling are core values in today’s industrial operations. New materials, products and processes need to be designed in such a way as to consume fewer of the diminishing resources we have available and to put as little strain on the environment as possible. An integral part of this is cleaning and recycling. New processes are to be designed to improve the efficiency in this aspect. Wastewater, including municipal wastewaters, is treated in several steps including chemical and mechanical cleaning of waters. Well-cleaned water can be recycled and reused. Clean water for everyone is one of the greatest challenges we are facing today. Ferric sulphate, made by oxidation from ferrous sulphate, is used in water purification. The oxidation of ferrous sulphate, FeSO4, to ferric sulphate in acidic aqueous solutions of H2SO4 over finely dispersed active carbon particles was studied in a vigorously stirred batch reactor. Molecular oxygen was used as the oxidation agent and several catalysts were screened: active carbon, active carbon impregnated with Pt, Rh, Pd and Ru. Both active carbon and noble metal-active carbon catalysts enhanced the oxidation rate considerably. The order of the noble metals according to the effect was: Pt >> Rh > Pd, Ru. By the use of catalysts, the production capacities of existing oxidation units can be considerably increased. Good coagulants have a high charge on a long polymer chain effectively capturing dirty particles of the opposite charge. Analysis of the reaction product indicated that it is possible to obtain polymeric iron-based products with good coagulation properties. Systematic kinetic experiments were carried out at the temperature and pressure ranges of 60B100°C and 4B10 bar, respectively. The results revealed that both non-catalytic and catalytic oxidation of Fe2+ to Fe3+ take place simultaneously. The experimental data were fitted to rate equations, which were based on a plausible reaction mechanism: adsorption of dissolved oxygen on active carbon, electron transfer from Fe2+ ions to adsorbed oxygen and formation of surface hydroxyls. A comparison of the Fe2+ concentrations predicted by the kinetic model with the experimentally observed concentrations indicated that the mechanistic rate equations were able to describe the intrinsic oxidation kinetics of Fe2+ over active carbon and active carbon-noble metal catalysts. Engineering aspects were closely considered and effort was directed to utilizing existing equipment in the production of the new coagulant. Ferrous sulphate can be catalytically oxidized to produce a novel long-chained polymeric iron-based flocculent in an easy and affordable way in existing facilities. The results can be used for modelling the reactors and for scale-up. Ferric iron (Fe3+) was successfully applied for the dissolution of sphalerite. Sphalerite contains indium, gallium and germanium, among others, and the application can promote their recovery. The understanding of the reduction process of ferric to ferrous iron can be used to develop further the understanding of the dissolution mechanisms and oxidation of ferrous sulphate. Indium, gallium and germanium face an ever-increasing demand in the electronics industry, among others. The supply is, however, very limited. The fact that most part of the material is obtained through secondary production means that real production quota depends on the primary material production. This also sets the pricing. The primary production material is in most cases zinc and aluminium. Recycling of scrap material and the utilization of industrial waste, containing indium, gallium and geranium, is a necessity without real options. As a part of this study plausible methods for the recovery of indium, gallium and germanium have been studied. The results were encouraging and provided information about the precipitation of these valuables from highly acidic solutions. Indium and gallium were separated from acidic sulphuric acid solutions by precipitation with basic sulphates such as alunite or they were precipitated as basic sulphates of their own as galliunite and indiunite. Germanium may precipitate as a basic sulphate of a mixed composition. The precipitation is rapid and the selectivity is good. When the solutions contain both indium and gallium then the results show that gallium should be separated before indium to achieve a better selectivity. Germanium was separated from highly acidic sulphuric acid solutions containing other metals as well by precipitating with tannic acid. This is a highly selective method. According to the study other commonly found metals in the solution do not affect germanium precipitation. The reduction of ferric iron to ferrous, the precipitation of indium, gallium and germanium, and the dissolution of the raw materials are strongly depending on temperature and pH. The temperature and pH effect were studied and which contributed to the understanding and design of the different process steps. Increased temperature and reduced pH improve the reduction rate. Finally, the gained understanding in the studied areas can be employed to develop better industrial processes not only on a large scale but also increasingly on a smaller scale. The small amounts of indium, gallium and germanium may favour smaller and more locally bound recovery.

Monitoring Directed Energy Deposition Processes in Additive Manufacturing

The purpose of this study is to find out how laser based Directed Energy Deposition processes can benefit from different types of monitoring. DED is a type of additive manufacturing process, where parts are manufactured in layers by using metallic powder or metallic wire. DED processes can be used to manufacture parts that are not possible to manufacture with conventional manufacturing processes, when adding new geometries to existing parts or when wanting to minimize the scrap material that would result from machining the part. The aim of this study is to find out why laser based DED-processes are monitored, how they are monitored and what devices are used for monitoring. This study has been done in the form of a literature review. During the manufacturing process, the DED-process is highly sensitive to different disturbances such as fluctuations in laser absorption, powder feed rate, temperature, humidity or the reflectivity of the melt pool. These fluctuations can cause fluctuations in the size of the melt pool or its temperature. The variations in the size of the melt pool have an effect on the thickness of individual layers, which have a direct impact on the final surface quality and dimensional accuracy of the parts. By collecting data from these fluctuations and adjusting the laser power in real-time, the size of the melt pool and its temperature can be kept within a specified range that leads to significant improvements in the manufacturing quality. The main areas of monitoring can be divided into the monitoring of the powder feed rate, the temperature of the melt pool, the height of the melt pool and the geometry of the melt pool. Monitoring the powder feed rate is important when depositing different material compositions. Monitoring the temperature of the melt pool can give information about the microstructure and mechanical properties of the part. Monitoring the height and the geometry of the melt pool is an important factor in achieving the desired dimensional accuracy of the part. By combining multiple different monitoring devices, the amount of fluctuations that can be controlled will be increased. In addition, by combining additive manufacturing with machining, the benefits of both processes could be utilized.