A GUI for online presentation of steel and steelmaking ladle temperature data and simulation.

Continuous casting is a casting process that produces steel slabs in a continuous manner with steel being poured at the top of the caster and a steel strand emerging from the mould below. Molten steel is transferred from the AOD converter to the caster using a ladle. The ladle is designed to be strong and insulated. Complete insulation is never achieved. Some of the heat is lost to the refractories by convection and conduction. Heat losses by radiation also occur. It is important to know the temperature of the melt during the process. For this reason, an online model was previously developed to simulate the steel and ladle wall temperatures during the ladle cycle. The model was developed as an ODE based model using grey box modeling technique. The model’s performance was acceptable and needed to be presented in a user friendly way. The aim of this thesis work was basically to design a GUI that presents steel and ladle wall temperatures calculated by the model and also allow the user to make adjustments to the model. This thesis work also discusses the sensitivity analysis of different parameters involved and their effects on different temperature estimations.

Fjärrvärmedrivna vitvaror : Erfarenheter från utveckling, installationer och kostnadsberäkningar

Värmedrivna vitvaror eller HWC-maskiner som de kallas av tillverkaren värms med varmt vatten från en cirkulerande krets via en värmeväxlare inbyggd i maskinen, till skillnad från konventionella maskiner som värms med el. Denna teknik skall inte förväxlas med maskiner som är anslutna till varmvattenledningen och fylls på med varmt vatten och som därmed begränsas till disk- och tvätt. Syftet med fjärrvärmedrivna vitvaror är alltså att använda fjärrvärme, som har lägre kvalitet och pris än elenergi för uppvärmning och torkning och på så sätt spara el och utöka fjärrvärmeunderlaget. En jämförelse av koldioxidutsläpp och primärenergianvändning mellan konventionella vitvaror och fjärrvärmedrivna vitvaror visar att både koldioxidutsläpp och primärenergianvändning blir lägre för fjärrvärmedrivna vitvaror om biobränsle anses koldioxidneutralt och den el som ersätts är producerad i kolkraftverk eller gaskombikraftverk.   Denna rapport beskriver utveckling och kommersialisering av värmedrivna vitvaror (disk- och tvättmaskiner samt torktumlare och torkskåp) och hur de kan anslutas mot fjärrvärmesystem i olika systemlösningar. Dessutom har de energimässiga och ekonomiska förutsättningarna för tekniken undersökts. Erfarenheterna från fältprovning är dock mycket begränsade, eftersom de byggen där fälttesterna skulle ske försenades. Under 2013 färdigställs ett flerbostadshus med värmedrivna vitvaror i 160 lägenheter i Västerås.   De utvecklade maskinernas värmeanvändning som andel av total energianvändning vid 60 graders framledningstemperatur har uppmätts till ca 50 % för diskmaskinen, 67 % för tvättmaskinen, 80 % för torktumlaren och 93 % för torkskåpet. I det studerade flerbostadshuset av passivhusstandard uppgår lasten från värmedrivna vitvaror komfortgolvvärme och handdukstorkar till upp mot 30 % av husets totala värmeanvändning. För småhus är motsvarande siffra upp mot 20 %. Att använda fjärrvärme istället för elvärme till dessa installationer som normalt är elvärmda kan allts minska elbehovet betydligt i lågenergibebyggelse vilket också minskar både koldioxidutsläppen och primärenergianvändningen.   Ekonomiska analyser har genomförts för två olika systemkoncept (separat vitvarukrets och Västeråsmodellen) för nybyggda småhusområden och flerfamiljshus där fjärrvärme inte bara används till vitvaror utan också till handdukstorkar och komfortgolvvärme. De ekonomiska analyserna visar att Västeråsmodellen är den mest ekonomiskt intressanta systemlösningen med värmedrivna vitvaror, handdukstork och komfortgolvvärme. I flerfamiljshus kan den vara konkurrenskraftig mot de elvärmda alternativen (konventionellt system med eldrivna vitvaror, komfortgolvvärme och handdukstorkar) om prisskillnaden mellan el och fjärrvärme är större än 0,7 kr/kWh. En parameterstudie visar att kapitalkostnaden blir ganska hög jämfört med energikostnaden, vilket betyder att lång livslängd och många cykler är viktigt för att förbättra de ekonomiska förutsättningarna för värmedrivna vitvaror. För passiva småhus blir kostnaden för Västeråsmodellen med värmedrivna vitvaror, handdukstork och komfortgolvvärme likvärdig med de elvärmda alternativen vid energiprisskillnader på 0,7 kr/kWh inklusive moms, medan det krävs prisskillnader på 0,9 kr/kWh inklusive moms för normalisolerade småhusområden.   Sammanfattningsvis kan sägas att i kommuner med ett konkurrenskraftigt fjärrvärmepris finns det viss lönsamhet för hela konceptet enligt Västeråsmodellen med värmedrivna vitvaror, komfortgolvvärme, och handdukstorkar. Om man däremot ser på konkurrensen för enskilda vitvaror är det främst torktumlaren som är konkurrenskraftig i bostäder. Målpriset på 1000 kr extra för värmedrift har inte kunnat uppnås inom projektet för diskmaskiner och tvättmaskiner. Det krävs lägre priser och låga anslutningskostnader för att räkna hem diskmaskinen och tvättmaskinen som enskilda komponenter.   Värmedrivna tvättmaskiner och torktumlare är konkurrenskraftiga i flerfamiljstvättstugor. Speciellt i de fall där beläggningen är god och flera maskiner delar på anslutningskostnaden till fjärrvärmecentralen kan värmedrift bli riktigt lönsam. Torkskåpens konkurrenskraft har inte kunnat utvärderas, då priset ännu inte fastställts. Att använda VVC-systemet för värmedistribution till värmedrivna vitvaror kan vara mycket intressant, men det kräver att legionellaproblematiken kan lösas. I nuläget finns ingen lösning som uppfyller formuleringarna i boverkets byggregler. Ett annat distributionssätt som kan vara intressant, men som inte undersökts i studien är att använda VVC för varmvattendistribution och en gemensam radiator- och vitvarukrets med konstant framledningstemperatur. Den aktör som förväntas ha störst ekonomiskt intresse av att tekniken implementeras är sannolikt fjärrvärmebolagen som får sälja mer värme och det ligger därmed främst på deras ansvar att marknadsföra tekniken i mötet med sina kunder.

Simulation model using meta heuristic algorithms for achieving optimal arrangement of storage bins in a sawmill yard

Bin planning (arrangements) is a key factor in the timber industry. Improper planning of the storage bins may lead to inefficient transportation of resources, which threaten the overall efficiency and thereby limit the profit margins of sawmills. To address this challenge, a simulation model has been developed. However, as numerous alternatives are available for arranging bins, simulating all possibilities will take an enormous amount of time and it is computationally infeasible. A discrete-event simulation model incorporating meta-heuristic algorithms has therefore been investigated in this study. Preliminary investigations indicate that the results achieved by GA based simulation model are promising and better than the other meta-heuristic algorithm. Further, a sensitivity analysis has been done on the GA based optimal arrangement which contributes to gaining insights and knowledge about the real system that ultimately leads to improved and enhanced efficiency in sawmill yards. It is expected that the results achieved in the work will support timber industries in making optimal decisions with respect to arrangement of storage bins in a sawmill yard.

Design and application of experimental methods for steel sheet shearing

Shearing is the process where sheet metal is mechanically cut between two tools. Various shearing technologies are commonly used in the sheet metal industry, for example, in cut to length lines, slitting lines, end cropping etc. Shearing has speed and cost advantages over competing cutting methods like laser and plasma cutting, but involves large forces on the equipment and large strains in the sheet material. The constant development of sheet metals toward higher strength and formability leads to increased forces on the shearing equipment and tools. Shearing of new sheet materials imply new suitable shearing parameters. Investigations of the shearing parameters through live tests in the production are expensive and separate experiments are time consuming and requires specialized equipment. Studies involving a large number of parameters and coupled effects are therefore preferably performed by finite element based simulations. Accurate experimental data is still a prerequisite to validate such simulations. There is, however, a shortage of accurate experimental data to validate such simulations. In industrial shearing processes, measured forces are always larger than the actual forces acting on the sheet, due to friction losses. Shearing also generates a force that attempts to separate the two tools with changed shearing conditions through increased clearance between the tools as result. Tool clearance is also the most common shearing parameter to adjust, depending on material grade and sheet thickness, to moderate the required force and to control the final sheared edge geometry. In this work, an experimental procedure that provides a stable tool clearance together with accurate measurements of tool forces and tool displacements, was designed, built and evaluated. Important shearing parameters and demands on the experimental set-up were identified in a sensitivity analysis performed with finite element simulations under the assumption of plane strain. With respect to large tool clearance stability and accurate force measurements, a symmetric experiment with two simultaneous shears and internal balancing of forces attempting to separate the tools was constructed. Steel sheets of different strength levels were sheared using the above mentioned experimental set-up, with various tool clearances, sheet clamping and rake angles. Results showed that tool penetration before fracture decreased with increased material strength. When one side of the sheet was left unclamped and free to move, the required shearing force decreased but instead the force attempting to separate the two tools increased. Further, the maximum shearing force decreased and the rollover increased with increased tool clearance. Digital image correlation was applied to measure strains on the sheet surface. The obtained strain fields, together with a material model, were used to compute the stress state in the sheet. A comparison, up to crack initiation, of these experimental results with corresponding results from finite element simulations in three dimensions and at a plane strain approximation showed that effective strains on the surface are representative also for the bulk material. A simple model was successfully applied to calculate the tool forces in shearing with angled tools from forces measured with parallel tools. These results suggest that, with respect to tool forces, a plane strain approximation is valid also at angled tools, at least for small rake angles. In general terms, this study provide a stable symmetric experimental set-up with internal balancing of lateral forces, for accurate measurements of tool forces, tool displacements, and sheet deformations, to study the effects of important shearing parameters. The results give further insight to the strain and stress conditions at crack initiation during shearing, and can also be used to validate models of the shearing process.