Ruostumattoman teräksen kuonan metallipitoisuuden määrittäminen XRD-analyysillä.

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin mahdollisuutta määrittää terässulaton tuotannossa syntyvän ruostumattoman teräksen kuonan metallipitoisuus XRD-analyysillä. Tavoitteena oli selvittää, sisältävätkö kuona tai teräs jotain niille tyypillisiä mineralogisia yhdisteitä. Metallipitoisuuden määrittämistä varten on kehitetty oma menetelmä, mutta se on työläs ja määräsidonnainen. Opinnäytetyön toimeksiantajina toimivat Tapojärvi Oy sekä Lapin ammattikorkeakoulun mineralogian laboratorio.

Teoriaosuudessa tehtiin selvitys kuonien ja teräksien mineralogiasta sekä XRD-analysaattorista. Lisäksi valmisteltiin näytteet analyyseihin sopivaan muotoon sekä esiteltiin siihen käytettävät laitteistot.

Työssä testattiin ja tutkittiin kahta eri kuonatyyppiä, ruostumatonta ja haponkestävää teräskuonaa, sekä verrattiin tuloksia teräspirotteiden vastaaviin tuloksiin. Näytetyyppejä työssä oli kolme erilaista: puhdas kuona, puhdas metalli sekä sekarae, joka koostuu kuonasta ja metallista. Kaikille näytteille tehtiin XRD-analyysit PANalyticalin laboratoriossa Alankomaissa.

Työssä saatiin tulokseksi, että XRD-analyysillä voidaan tutkia kuonan ja metallin koostumuksia. Tärkeimpänä tuloksena todettiin, että XRD:llä metallin sekä kuonan mineralogia erottuu, mutta metallipitoisuutta kuonissa ei saada selville kultahippuilmiön takia. Työssä saatiin XRD-analyyseistä tulokseksi myös, että ruostumattoman teräskuonan tyypillisiä mineralogisia yhdisteitä olivat larniitti, cuspidiini sekä bredigiiti. Haponkestävän teräskuonan tyypillisimpiä yhdisteitä olivat bredigiitti, merwiniitti sekä cuspidiini. Molemmissa metallipirotteissa tyypilliset yhdisteet olivat ferriitti sekä austeniitti. Opinnäytetyössä saaduista tuloksista hyötyvät sekä Tapojärvi Oy, Outokumpu Oyj että Lapin AMK:n mineralogian laboratorio tulevissa töissään ja projekteissaan.

The objective of this thesis was to determine metal content in the slag of stain-less steel by using XRD analyzer. The aim of this thesis was to find out if the slag or steel contain compounds specific to them. There is already a way to de-termine the metal content in the slag but the process is laborious and quantity dependent. The thesis was commissioned by Tapojärvi Oy and the Mineralogy laboratory at Lapland University of Applied Sciences.

The theoretical part includes research on the XRD analyzer and mineralogy of the slags and steels. In addition the samples were prepared for the analysis and presented the used equipment.

Two slag types were tested and analysed in this thesis: stainless steel slag and the acid-proof slag. These results were compared to the results of the pure me-tallic slag. There were three sample types in this thesis: pure slag, pure metal and locked particle (slag and metal) mixed. XRD analysis to all samples were carried out by PANalytcal at their laboratory in the Netherlands.

The results revealed that XRD analysis is well suited for analyzing slag and stainless steel samples. The most important result was that it is possible to dif-ferentiate the mineralogy of metal and slag with XRD analysis but it is not pos-sible to determine the metal content in the slag of stainless steel and acid-proof steel with XRD analysis because of the nugget effect. The XRD analysis re-sults show that specific compounds to stainless steel slag were larnite, cus-pidine and bredigite. The compounds specific to acid-proof steel slag were merwinite, bredigite and cuspidine. The specific compounds for both steel samples were ferrite and austenite. The results of this thesis will benefit Ta-pojärvi Oy, Outokumpu Oyj and Mineralogy laboratory at the Lapland University of Applied Sciences in their future projects.