En ny avhandling från Luleå tekniska universitet presenterar metoder för att göra krossningsprocesser av restmaterial från stålproduktion mer energieffektiva. Genom att studera de mekaniska egenskaperna hos elektrisk ljusbågsugnsslagg är förhoppningen att forskningen ska bidra till stålindustrins omställning mot en cirkulär ekonomi och minskade koldioxidutsläpp.
Genom att ta sig an en av de mest energikrävande processerna i stålproduktionen, krossning av material har Laura Suarez Collazos, doktorand i hållfasthetslära vid Luleå tekniska universitet, utvecklat nya modeller och metoder som kan optimera processerna och öka resurseffektiviteten.
– För att uppnå en mer hållbar framtid måste vi bli bättre på att använda biprodukterna från stålproduktionen, som till exempel slagg, och utnyttja dem så effektivt som möjligt, säger Laura Suarez Collazos i ett pressmeddelande.
Forskningen fokuserar på elektrisk ljusbågsugnsslagg, ett biproduktmaterial som uppstår i stålframställning och som kännetecknas av sin komplexa heterogena struktur. För att förstå dess mekaniska egenskaper har Laura genomfört tester av materialets respons på olika typer av belastningar, både statiska och dynamiska.
Resultaten visar hur slaggmaterialet beter sig under krossning, hur energi förbrukas vid fragmenteringsprocesser och hur materialets sprickbildning utvecklas. Genom att analysera dessa faktorer har Laura Suarez Collazos kunnat identifiera sätt att optimera krossningsprocesser och därmed spara energi.
– Slagg är ett utmanande material att arbeta med på grund av dess variationer i struktur och sammansättning men just därför är det så viktigt att förstå dess beteende för att kunna återvinna det på ett effektivt sätt, förklarar Laura Suarez Collazos.
Utöver de experimentella studierna har forskningen även inkluderat simuleringar av sprickbildning i spröda material med hjälp av finita elementmetoden (FEM). Dessa simuleringar ger ”en hög detaljnivå och kan användas för att förutsäga hur materialet uppför sig under olika krossningsförhållanden”.
– Vi har visat att det går att använda etablerade materialmodeller för att simulera komplexa material som slagg vilket kan bidra till att minska energikostnaderna och förbättra effektiviteten i återvinningskedjan, säger Laura Suarez Collazos.
Enligt LTU är gör simuleringarna det möjligt att skala upp resultaten från laboratorietester till industriella tillämpningar vilket är avgörande för att forskningen ska kunna användas praktiskt inom stålindustrin.