Prediction of impact forces in a vibratory ball mill using an inverse technique

To understand the dynamic mechanisms of the mechanical milling process in a vibratory mill, it is necessary to determine the characteristics of the impact forces associated with the collision events. However, it is difficult to directly measure the impact force in an operating mill. This paper describes an inverse technique for the prediction of impact forces from acceleration measurements on a vibratory ball mill. The characteristics of the vibratory mill have been investigated by the modal testing technique, and its system modes have been identified. In the modelling of the system vibration response to the impact forces, two modal equations have been used to describe the modal responses. The superposition of the modal responses gives rise to the total response of the system. A method based on an optimisation approach has been developed to predict the impact forces by minimising the difference between the measured acceleration of the vibratory ball mill and the predicted acceleration from the solution of the modal equations. The predicted and measured impact forces are in good agreement. Copyright (C) 1996 Elsevier Science Ltd.

On the dynamics of mechanical milling in a vibratory mill

The dynamics of mechanical milling in a vibratory mill have been studied by means of mechanical vibration, shock measurements, computer simulation and microstructural evolution measurements. Two distinct modes of ball motion during milling, periodic and chaotic vibration, were observed. Mill operation in the regime of periodic vibration, in which each collision provides a constant energy input to milled powders, enabled a quantitative description of the effect of process parameters on system dynamics. An investigation of the effect of process parameters on microstructural development in an austenitic stainless steel showed that the impact force associated with collision events is an important process parameter for characterizing microstructural evolution. (C) 1997 Elsevier Science S.A.

The influence of calcium on granular sludge in a full-scale UASB treating paper mill wastewater

Calcium precipitation can have a number of effects on the performance of high-rate anaerobic performance including cementing of the sludge bed, limiting diffusion, and diluting the active biomass. The aim of this study was to observe the influence of precipitation in a stable full-scale system fed with high-calcium paper factory wastewater. Granules were examined from an upflow anaerobic sludge blanket reactor (volume 1,805 m(3)) at a recycled paper mill with a loading rate of 5.7-6.6 kgCOD.m(-3).d(-1) and influent calcium concentration of 400-700 gCa(.)m(-3). The granules were relatively small (1 mm), with a 200-400 mum core of calcium precipitate as observed with energy dispersive X-ray spectroscopy. Compared to other granules, Methanomicrobiales not Methanobacteriales were the dominant hydrogen or formate utilisers, and putative acidogens were filamentous. The strength of the paper mill fed granules was very high when compared to granules from other full-scale reactors, and a partial linear correlation between granule strength and calcium concentration was identified.

Tertiary treatment of pulp and paper mill effluents

Työn tavoitteena oli selvittää mitä käsittelyvaihtoehtoja on olemassa jäteveden puhdistamon tertiäärikäsittelyyn ja miten suuri tarve paperi- ja selluteollisuuden prosessivesien puhdistukseen on. Tarkoituksena oli saada käsitys koko tertiäärikäsittelystä eri näkökulmista. Lopuksi läpikäytiin tertiäärikäsittelymenetelmiä ja etsittiin mahdollisia uusia menetelmiä, joita voitaisiin käyttää jäteveden tertiääripuhdistukseen. Ensimmäisenä työssä on perehdytty jäteveden koostumukseen paperi- ja selluteollisuudessa ja puhdistukseen ilmastetulla aktiivilietemenetelmällä, jotta tertiäärikäsittely ymmärrettäisiin konseptina paremmin. Lisäksi työssä selvitettiin tertiäärikäsittelyn tarvetta ja vaihtoehtoja sen käyttämättä jättämiselle teollisuuden ja muun ympäristöä vahingoittavan toiminnan ympäristönäkökohdat huomioonottaen. Lyhyiden menetelmäesitysten jälkeen kiteytetään tertiäärikäsittelyn ympäristönäkökohdatja vaihtoehdot sen käytölle yhteenvetona, jossa otetaan huomioon myös viranomaisten, yrityksen ja BAT referenssien sisältämä tieto tertiäärikäsittelystä. Työn kokeellinen osa sisältää erään tertiäärikäsittelysovelluksenrakentamisen, koekäytön ja laboratorioanalyysien yhteenvedon. Lisäksi menetelmää verrataan kustannus-tehokkuudeltaan vastaavien menetelmien kanssa. Tarkoituksena oli löytää jäteveden tertiäärikäsittelyyn sopiva laitteisto, jonka toimintaanei sisältyisi kemikaalien annostelua ja sitä käytettäisiin lähinnä jätevedenpuhdistamon ongelmatilanteiden väliaikaiseksi ratkaisuksi. Mahdollisesti se voisi toimia myös jatkuvatoimisesti veden kirkastuksessa. Diplomityössä rakennettu laitteisto, jota käytettiin myös pilot koeajoissa, ei ollut paras mahdollinen laitteisto tertiäärikäsittelyn toteuttamiseksi paperi- ja selluteollisuudessa, mutta kilpailukykyinen muiden laitteistojen kanssa. Laitteiston toimintaperiaate on kuitenkin käyttökelpoinen tietyin varauksin ja sitä voidaan käyttää vedenpuhdistamiseen.

Development of a simulation tool for torsional vibration of branched power transmission system

In this master's thesis a mechanical model that is driven with variable speed synchronous machine was developed. The developed mechanical model simulates the mechanics of power transmission and its torsional vibrations. The mechanical model was developed for the need of the branched mechanics of a rolling mill and the propulsion system of a tanker. First, the scope of the thesis was to clarify the concepts connected to the mechanical model. The clarified concepts are the variable speed drive, the mechanics of power transmission and the vibrationsin the power transmission. Next, the mechanical model with straight shaft line and twelve moments of inertia that existed in the beginning was developed to be branched considering the case of parallel machines and the case of parallel rolls. Additionally, the model was expanded for the need of moreaccurate simulation to up to thirty moments of inertia. The model was also enhanced to enable three phase short circuit situation of the simulated machine. After that the mechanical model was validated by comparing the results of the developed simulation tool to results of other simulation tools. The compared results are the natural frequencies and mode shapes of torsional vibration, the response of the load torque step and the stress in the mechanical system occurred by the permutation of the magnetic field that is arisen from the three phase short circuit situation. The comparisons were accomplished well and the mechanical model was validated for the compared cases. Further development to be made is to develop the load torque to be time-dependent and to install two frequency converters and two FEM modeled machines to be simulated parallel.

Modernisation of bar mill automation

Työn tavoitteena on tankovalssaamon perusautomaation modernisointi Ovako Bar Oy Ab:n Imatran terästehtaalla. Vanha automaatiojärjestelmä on toteutettu 80-luvun puoli-välin tekniikalla käyttämällä Siemens Sicomp MMC 216 moniprosessori-tietokonetta, Siemens Simatic S5 logiikkayksiköitä sekä Siemens Simadyn D DC-käyttöjä. Modernisoinnin tarkoituksena on korvata vanha automaatiojärjestelmä Siemens PCS7 -järjestelmällä siten, että tankovalssaamon automaatiojärjestelmä voidaan liittää osaksi jo aiemmin modernisoituja, nykyisin PCS7 automaatiojärjestelmällä toteutettuja ratkaisu-ja. Valssaamon mekaniikka ei mahdollista tuotannon kasvattamista pelkästään uuden automaatiojärjestelmän avulla, joten modernisointi keskittyy parantamaan järjestelmän luotettavuutta ja helpottamaan ylläpitoa. Projekti päätettiin jakaa kolmeen osaan, jotka voidaan toteuttaa erillisinä osaprojekteina. Tärkein osaprojekti on MMC järjestelmän uusinta. Muut osaprojektit ovat DC-käyttöjen sekä ohjelmoitavien logiikkojen modernisointi. Osaprojektit valittiin siten, että mikä tahansa niistä voidaan toteuttaaerillisenä projektinaan, mikäli kaikkia osia ei voida mo-dernisoida samanaikaisesti budjetin asettamien rajoitusten vuoksi.

Nitrogen Oxides Reduction Possibilities at Pulp Mill and Power Plant

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää typenoksidien vähennysmahdollisuudet Stora Enson Varkauden tehtaiden sellutehtaalla ja voimalaitoksella. Tutkimuksessa käsiteltiin tehdasalueen suurimpia typenoksidien päästölähteitä: soodakattilaa, meesauunia, kuorikattilaa, öljykattilaa ja muovi-alumiinijakeen kaasutuslaitosta. Tutkimuksessa selvitettiin typenoksidipäästöjen syntymekanismit ja erilaisiin polttotekniikoihin soveltuvat typenoksidien vähennystekniikat. Varkauden tehtaiden typenoksidien vuosipäästö vuonna 2001 oli 836 tonnia. Kansallinen lainsäädäntö, kansainväliset sopimukset sekä paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) huomioiden selvitettiin kuhunkin kohteeseen parhaiten soveltuvat ratkaisut. Tutkimuksen perusteella laadittiin toimenpideohjelma, joka määrittelee suositeltavan toteutusjärjestyksen typenoksidien vähennystoimenpiteille. Toimenpideohjelman tärkeimpinä kriteereinä pidettiin vuonna 2004 tulevan uuden ympäristöluvan arvioituja luparajoja sekä toimenpiteiden kustannustehokkuutta. Toteutusjärjestyksessä ensimmäiseksi valittiin koeajojakson järjestäminen ajon optimoimiseksi kiertopetikattilalla ja toiseksi meesauunin ajon optimointi jatkuvatoimisen NOx-analysaattorin avulla. Seuraaviksi toimenpiteiksi ehdotettiin vertikaali-ilmajärjestelmän käyttöönottoa soodakattilalla sekä SNCR-järjestelmän asennusta kuorikattilalle. Saavutettava NOx-vähennys tulisi olemaan 10 – 45 % ja hinta 30 – 3573 EUR vähennettyä NOx-tonnia kohti. Tutkimuksen osana Ilmatieteen laitoksella teetetyn typenoksidien leviämisselvityksen mukaan Stora Enson tehtaiden NOx-päästöjen vaikutus Varkauden ilmanlaatuun on hyvin pieni. Suurin osa NOx-päästöistä aiheutuu liikenteestä.

Practical Solutions for Increased Safety in Paper Mill Operations

Tämä diplomityö käsittelee työterveys- ja työturvallisuushallinnan (TTT) sekä ympäristönsuojelun ongelmia ja riskejä, joita tehdasalueen toiminnanharjoittaja kohtaa ulkoistaessaan tehdastoimintojaan ja siirtyessään käyttämään 24 h ulkoisia kunnossapitopalveluja. Teoriaosa selventää ulkoistukseen liittyviä lainmukaisia määräyksiä ja vaatimuksia koskien terveyden, turvallisuuden ja ympäristöongelmien hallintaa sellu-, paperi- ja kartonkitehtaissa Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Suomessa. TTT-toiminnan tason sekä ympäristönsuojelun tason mittaamisen ongelmat tuodaan esille. Olemassa olevia kansainvälisiä TTT-johtamisjärjestelmien ja ympäristöjärjestelmien standardeja, riskien hallintatyökaluja ja ohjelmia esitellään lyhyesti. Käytännön osa toteutettiin tapaustutkimuksena, jonka kohteena oli Äänekosken tehdaskombinaatti ja kemianteollisuuden laitos, Noviant CMC Oy. TTT-hallintatoimien ja ympäristönsuojelun ongelmia tutkitaan tehdastoimintoja ulkoistettaessa. Integroidun johtamisjärjestelmän auditointimenettelyt, ulkoistuksen kohdealueet, pk-yrityksien riskien hallinta ja ulkoisten työntekijöiden turvallisuuskoulutus ovat erityisen tarkastelun alla. Käyttäen hyväksi kerättyä TTT- ja ympäristöaineistoa, suunniteltiin malli ja sisältöehdotus uudelle internet-selain tyyppiselle työkalulle TTT- ja ympäristöasioiden hallinnan avuksi. Työkalu on tarkoitettu palvelemaan Noviant CMC Oy:n eri sidosryhmien tarpeita. Diplomityön käytännön osa muodostaa pohjan JP MILLSAFE - pilottiprojektille, joka käynnistettiin internet-selain tyyppisen turvallisuuspalvelusovelluksen kehittämiseksi palvelemaan Äänekosken tehdaskombinaatin eri sidosryhmien tarpeita.

Testing and Monitoring Mill Connection Messages

Tarve tälle työlle on noussut sanomapalvelinsoveluksissa (servers) esiintyvistä ongelmista. Sanomapalvelinsovelluksia käytetään lähettämään ja vastaanottamaan sanomia paperiteollisuuden myynnin ja jakelun järjestelmässä maantieteellisesti erillään olevista paperiteollisuuden tehtaista. Sanomapalvelinsovelusten kunnollinen toimivuus on tärkeää koko järjestelmän toimivuuden kannalta, koska nämä palvelimet käsittelevät päivittäin tuhansia sanomia, jotka sisältävät merkityksellistä järjestelmätietoa. Tässä työssä on tutkittu mahdollisia toteutustekniikoita ja näihin tutkimuksiin pohjautuen toteutettu työkalut sanomapalvelinsovellusten testaukseen ja valvontaan. Sovellus-arkkituuritekniikoita tutkittaessa tutkimus rajattiin 3-tasoarkkitehtuuritekniikkaan, erityisesti TUXEDOTM -järjestelmätekniikkaan, koska toteutettavaa sovellusta käytetään hajautetussa sovellusympäristössä. Sovellusasiakkaan (client) toteutusta varten tutkittiin ja vertailtiin XML-tekniikkaa ja Microsoft Visual C++ -tekniikkaa käytettynä Tieto-Enatorin Phobos Interaktiivisen C++ -luokkakirjaston kanssa. XML-tekniikoita sekä Visual C++ ja Phobos-luokkakirjasto –tekniikkaa tutkittiin niiltä osin, mitä tarvittiin sanomamerkkijonojen katseluun. XML-tietokantatekniikoita tutkittiin mahdollisena vaihtoehtona tietokanta ja sovelluspalvelintekniikalle. Työn ensimmäisenä tavoitteena oli toteuttaa työkalu sanomapalvelinsovellusten testaamiseen. Toisena tavoitteena oli toteuttaa työkalu sanomien sisällön oikeellisuuden valvontaan. Kolmantena tavoitteena oli analysoida olemassaolevaa sanomavirheiden valvontasovellusta ja kehittää sitä eteenpäin. Diplomityön tuloksena toteutettiin sovellus sanomapalvelinsovellusten testaamiseen ja valvontaan. Tutkituista asiakassovelustekniikoista valittiin toteutus-tekniikaksi MS Visual C++ käytettynä Phobos Interaktiivisen C++ luokkakirjaston kanssa tekniikan tunnettavuuden vuoksi. 3-taso TUXEDOTM-tekniikka valittiin sovelluksen arkkitehtuuriksi. Lisäksi löydettiin parannuksia olemassa oleviin sanoma-virheiden valvontatoimintoihin. Tutkitut toteutustekniikat ovat yleisiä ja niitä voidaan käyttää, kun toteutetaan samanlaisia sovelluksia samanlaisiin sovellusympäristöihin.

FLASH-OFDM System Performance Studies for Wireless Broadband Network Operator Services

@450 wireless broadband service is Digita’s mobile wireless broadband network service. In @450 network Digita acts as the network operator offering network capacity to service operators. For Digita it is important to know what kind of services its network is capable of and what are the network’s service parameters. The knowledge of the network parameters and the behaviour can be used in advance in the development of new service products. Before a new service product can be offered to service operators a lot of work has to be done. The basic testing is necessary to get an understanding of the basic functionality. The requirement specification has to be done and a new product has to be created. The new product has to be tested. The test results have to be analysed in order to find out if the new product is suitable for real use and with which limitations. The content of this Thesis is the development of wireless technologies, @450 service and network, FLASH-OFDM technology, FLASH-OFDM performance testing and the development of a new service product.

Tertiary Treatment and Re-use of Kraft Pulp Mill Effluent

The efficient use of materials and natural recourses, for ecological and economic reasons, has become more and more important in all industries. In the forest industries this means higher levels of closure in the material circulations of the mills. One possibility to reduce wastewater discharge is to re-use part of the 2nd clarifier effluent as process water. The main target of this thesis was to evaluate the technical suitability of several mechanical and chemical tertiary treatment methods for water re-use. Some of the tested methods seemed to have high potential for the removal of some specific constituents from the wastewater. Tertiary treatment is needed because higher levels of closure may cause problems with increasing amounts of non-process elements in different points of kraft pulp process. The aspect of sustainable development was taken into account by evaluating positive and negative environmental effects of the treatment processes. Environmental benefits can be gained by using some of the tertiary treatment methods tested. These methods should still be researched more for system optimization.

Maritime safety in the Gulf of Finland. Evaluation of the regulatory system

Growing traffic is believed to increase the risk of an accident in the Gulf of Finland. As the consequences of a large oil accident would be devastating in the vulnerable sea area, accident prevention is performed at the international, regional and national levels. Activities of shipping companies are governed with maritime safety policy instruments, which can be categorised into regulatory, economic and information instruments. The maritime regulatory system has been criticised for being inefficient because it has not been able to eliminate the violations that enable accidents. This report aims to discover how maritime governance systems or maritime safety policy instruments could be made more efficient in the future, in order to improve the maritime safety level. The results of the research are based on a literature review and nine expert interviews, with participants from shipping companies, interest groups and authorities. Based on the literature and the interviews, a suggestion can be made that in the future, instead of implementing new policy instruments, maritime safety risks should be eliminated by making the existing system more efficient and by influencing shipping companies’ safety culture and seafarers’ safety related attitudes. Based on this research, it can be stated that the development of maritime safety policy instruments should concentrate on harmonisation, automation and increasing national and cross-border cooperation. These three tasks could be primarily accomplished by developing the existing technology. Human error plays a role in a significant number of maritime accidents. Because of this, improving companies’ safety culture and voluntary activities that go beyond laws are acknowledged as potential ways of improving maritime safety. In the future, maritime regulatory system should be developed into a direction where the private sector has better possibilities to take part in decision-making.

Production planning and optimization of a pulp mill: introduction of the optimisation based scheduling software for pulp industry

The objective of this project was to introduce a new software product to pulp industry, a new market for case company. An optimization based scheduling tool has been developed to allow pulp operations to better control their production processes and improve both production efficiency and stability. Both the work here and earlier research indicates that there is a potential for savings around 1-5%. All the supporting data is available today coming from distributed control systems, data historians and other existing sources. The pulp mill model together with the scheduler, allows what-if analyses of the impacts and timely feasibility of various external actions such as planned maintenance of any particular mill operation. The visibility gained from the model proves also to be a real benefit. The aim is to satisfy demand and gain extra profit, while achieving the required customer service level. Research effort has been put both in understanding the minimum features needed to satisfy the scheduling requirements in the industry and the overall existence of the market. A qualitative study was constructed to both identify competitive situation and the requirements vs. gaps on the market. It becomes clear that there is no such system on the marketplace today and also that there is room to improve target market overall process efficiency through such planning tool. This thesis also provides better overall understanding of the different processes in this particular industry for the case company.

Food system transition towards sustainability: Inside thoughts of pioneers

The objective of this Master’s Thesis is to find individuals’ inducements that assist innovation adoption in the framework of sustainable food system. The purpose of the thesis is to examine the reasons why individuals adopt sustainable approaches, and furthermore, to see by what means the transition to the more sustainable food system could be accelerated. The study’s focal point is on the micro level, even if the wider purpose is to accelerate the holistic change of food system in the near future. The study consists of a literature review and a qualitative research, which is actualized with semi-structured interviews. The results indicate that individuals adopt innovations based on their strong intrinsic motivation. The main inducements were environment-related and health-related aspects, and individual’s deep connection to the countryside. The effect of social circle and doing good actions with the consuming behavior were also highlighted. Strongest barriers to innovation adoption seem to be price sensitivity, lack of easiness, and lack of interest in food. The findings indicate also that the most significant means that could ease the individuals’ decision to adopt an innovation are health-related aspects, educating and learning, environmental aspects, and decreasing the prices. Although the theoretical part of the study highlights the effect of positive reinforcement, the empirical part neglects it.

Nitrogen in combination with Desmodium intortum effectively suppress Striga asiatica in a sorghum‒Desmodium intercropping system

It is well known that the parasitic weed Striga asiatica (L.) Kuntze can be suppressed by Striga-tolerant sorghum (Sorghum bicolor L. Moench) cultivars, Desmodium intortum (Mill.) Urb. (greanleaf desmodium), and by fertilization with nitrogen. The study objective was the assessment of Striga control provided by integration of Desmodium density, timing of sorghum-Desmodium intercrop establishment, and nitrogen fertilization. Growth responses and yield of three sorghum cultivars were measured in three pot experiments. A soil naturally infested with Striga was used, and that part of the soil which served as uninfested control was chemically sterilised. Striga numbers and growth were affected significantly by sorghum cultivars, sorghum-Desmodium intercrop ratios, timing of the sorghum-Desmodium association, as well as by their interactions. Desmodium caused 100% suppression of Striga emergence when Desmodium was established in the 1:3 sorghum-Desmodium ratio at seeding of sorghum. Total control of Striga was also achieved with the 1:1 sorghum-Desmodium ratio when Desmodium was transplanted 30 days before sorghum seeding. However, these two treatments also caused significant reductions in sorghum yield. In contrast, 100% Striga control and a dramatic increase in sorghum yield were achieved with 100 kg N ha^{-1} in the 1:1 sorghum-Desmodium intercrop. Compatibility of sorghum and Desmodium was evident at the 1:1 sorghum-Desmodium intercrop established at sorghum seeding. Overall, the Ethiopian cultivars Meko and Abshir showed better agronomic performance and higher tolerance to Striga than the South African cultivar PAN 8564. It is recommended that the N × Desmodium × sorghum interaction be investigated under field conditions.