à rsrapport 2005 - Mistra

ÅRSRAPPORT 2005
Vision:
En sluten tillverkning och användning
av stål i samhället
Finansierat av Mistra och industrin

STÅLKRETSLOPPET
Gemensam miljösyn gynnar Sverige
Sverige föregångsland
Bakom ryggen på Monica Lövström sträcker
Stockholms Stadshus sina spretiga kronor
mot en gråkall februarihimmel. Mellan
oss och stadshuset skvalpar vågorna på
Riddarfjärden där det rena vattnet gör
Stockholm till en unik huvudstad i världen.
Monica är politiskt sakkunnig på miljödepartementet
och vi sitter i hennes kontor på
miljö- och samhällsbyggnadsdepartementet
på Tegelbacken.
Monica är stolt över svensk miljöpolitik.
Det är ingen tvekan om att Sverige i många
stycken räknas som föregångsland när det
gäller miljöfrågor. Det är länge sedan det
blev självklart med kommunala vattenreningsverk,
förbud mot DDT och kvicksilver,
lågsvavlig olja, för att ta några exempel.
Idag är svensk miljö dessutom en affärsidé.
Monica ler nöjt:
– Svenska företag exporterar miljöteknik,
berättar hon. Här i landet har företag utvecklat
en rad smarta system för att lösa
olika problem. Nu får de nya marknader
när allt fler länder väljer en aktivare miljöpolitik
för att komma tillrätta med allt från
luft- och vattenföroreningar till avfallshantering
och källsortering.
Värdegemenskap
Den svenska miljöpolitiken grundas på en
stor värdegemenskap. Tvärs över partigränser
och andra grupperingar finns en
stark vilja att bevara naturen för kommande
generationer. Alla vill kunna bada och
fiska, alla vill ha tillgång till naturen.
– Jag tror att det är därför det varit möjligt
att arbeta seriöst med miljöfrågor här i landet,
säger Monica. Det gemensamma intresset
väger tyngre än alla katastrofrubriker
och larmrapporter.
Det betyder alltså att det inte enbart är klimatförändringar,
giftalger, kvicksilver i
fisk som leder till de stora utvecklingsstegen
inom miljöpolitiken.
Monica Lövström, politiskt sakkunnig inom
miljödepartementet
Lika viktigt är många människors ambitioner
att ständigt försöka göra saker och ting
lite bättre.
Miljön blir argument
Men ekonomin kan väl användas för att
driva på förändringarna?
- Det är självklart att när oljepriset stiger
ökar intresset för att spara energi eller för
att välja andra energikällor, konstaterar
Monica. Men bilden är mer komplex än så.

STÅLKRETSLOPPET
När miljö blir ett argument i marknadsföringen
kan miljöförbättringar räknas hem
även utan försök att pressa fram dem med
ekonomin som styrmedel.
En rad företag inom förpackningsindustrin
har sedan många år fungerande system för
återvinning av plåt-, plast och pappersförpackningar.
Systemet utvecklas och omfattar
nu också vitvaror och elektronik.
– Trots att företagen kommit så långt på
det här området har vi problem med att avfallsmängden
fortsätter att växa, betonar
Monica. Den del som måste deponeras
minskar visserligen, men allt mer måste
sorteras för att till exempel gå till återvinning.
Nära källan
Ju mer av detta arbete som kan hanteras
nära källan desto mindre frestar det på de
allmänna systemen.
– En stor del av den forskning som uppmuntras
genom Mistra har som mål att företag
eller branscher själva ska hantera sina
problem, förklarar Monica.
Det skapar bland annat goda förutsättningar
för företagen att koppla projekten till de
konsekvenser arbetet kan få på marknaden,
alltså hos de kunder som slutligen ska avgöra
om det finns något marknadsvärde i
det arbete som forskarna utfört.
Aktiva miljöval
Idag ser Monica tydliga tendenser som bekräftar
att många människor aktivt gör val
som gynnar miljön.
– När det är möjligt och ekonomiskt rimligt
väljer allt fler de alternativ som är bäst
för miljön, konstaterar hon. Om vi samtidigt
kan uppmuntra detta med fördelaktiga
ekonomiska villkor kan bilden förändras
snabbt. Se till exempel på intresset för miljöbilar.
Det är lite svårare att diskutera miljöpolitik
på lång sikt. Målet är ett uthålligt samhälle,
men det är inte helt givet hur vägen dit ska
gå. Politiskt är det omöjligt att komma runt
att varje generation själv måste få fatta sina
beslut om framtiden.
– Och bilden förändras i takt med att vi utvecklar
ny teknik som i många fall bygger
på den forskning som sker inom företagen,
konstaterar Monica.
Innehåll
Sida
Program 4
Programstyrelsen 5
Att beräkna miljövinster 7
Fragmentering 11
Laseranalys 12
Skrotflöden 13
Ytrening 14
Sida
Smältförlopp för ökat metallutbyte 15
Återvinning av slagg 16
Höghållfasta stål-processtyrning 18
Självlegering 19
Konstruktioner 20
Organisation 22
Målstyrning 23
www.stalkretsloppet.se

STÅLKRETSLOPPET
Program
Denna årsrapport redovisar programmets projekt och de insatser som genomförts under
2005.
I Stålkretsloppet deltar högskolor, industriforskningsinstitut samt stora delar av stålindustrin,
verkstadsindustrin och återvinningsindustrin.
Projekten har valts ut med hänsyn till parametrarna ny kunskap, industrivärde och miljövärde.
Stålkretsloppet är ett fyraårigt miljöforskningsprogram
vars syfte är utveckla säkra,
resurssnåla och återvinningsbara produkter.
2005 var programmets första verksamhetsår.
Stålkretsloppet spänner över hela stålets
kretslopp. Resultaten skall leda till en mer
resurssnål tillverkning av stål, till stål med
nya egenskaper som kan medge nya och
effektivare konstruktionsmetoder samt en
enklare återvinning av använt stål.
Stålkretsloppet medverkar till att förverkliga
visionen om "En sluten tillverkning
och användning av stål i samhället”. Det
skapar kunskaper om hur vi kan öka utbytet
av järn och legeringar och om hur vi
kan hålla kvar dem i stålets kretslopp samt
om hur man kan minska energianvändning
och utsläpp av koldioxid.
Stålkretsloppet finansieras av Stiftelsen för
miljöstrategisk forskning, Mistra och industrin.
Mistras uppgift är att stödja forskningsprogram
som söker lösningar på viktiga
miljöproblem. Programmet, som
genomförs i Jernkontorets regi, har goda
förutsättningar att stärka den samlade stålindustrins
konkurrenskraft.
Programmets budget uppgår till 74 Mkr,
varav 42 Mkr från Mistra och 32 Mkr från
industrin.
Stålkretsloppet skall leda till:
- Ökad kännedom om innehåll i skrot genom
laseranalys, bättre tekniker för separering
och sortering av skrot samt ökad kunskap
om skrotflödet i samhället.
- Nya metoder för ytrening av skrot i samband
med förvärmning av skrot.
- Ökat materialutbyte vad gäller metaller
och därmed renare slagger i stålindustrins
metallurgiska processer.
- Effektivare energianvändning vid framställning
av nya avancerade höghållfasta
stålsorter.
- Nya metoder för byggande av lätta stålkonstruktioner
med beaktande av ett livscykelperspektiv.
- Beslutsmodeller för miljövärderingar där
hänsyn tas till såväl miljö och ekonomi
som slutkundens preferenser.
- Fler forskare med brett miljökunnande
både inom forskarsamhälle och industri .
4

STÅLKRETSLOPPET
Programstyrelsen: Våra skäl för att medverka
Stena Gotthard AB
Stena Gotthard AB har starka och tydliga
skäl att delta i programmet. Det är synnerligen
naturligt för ett återvinningsföretag
att aktivt bidra till forskning för att förbättra
stålets kretslopp. Detta är en del av vår
affärsstrategi och vision. Vi kan bidra med
den kompetens vi redan har samtidigt som
vi lär oss mera om stålets kretslopp.
Ökad förståelse för och kunskap om stålets
kretslopp kan ge oss ytterligare möjligheter
att förena kund- och miljönytta med nya
affärsmöjligheter.
Monica Svenner
Verkställande direktör
Stena Gotthard AB
Volvo Personvagnar
Volvo Personvagnar är en stor användare
av kvalitetsbestämt stål. Totalt använder vi
200.000-300.000 ton plåt till de ungefär
500.000 bilar som vi tillverkar varje år.
Volvo kännetecknas sedan länge av en tydlig
miljöprofil. Här ingår tillverkning och
användning av våra produkter, men vi har
också en stark ställning när det gäller att
underlätta återvinning av de material som
används i Volvos bilar.
Mot den bakgrunden är det närmast självklart
att vi engagerar oss i ett forskningsprojekt
som Stålkretsloppet. Vi förväntas
oss att forskningen leder till nya effektiva
system för återvinning av stål och legeringsmetaller.
Bengt Höök
Utvecklingsansvarig för karosser vid
Volvo Personvagnar
SSAB Svenskt Stål AB
Den forskning som sker inom Stålkretsloppets
ramar har tydliga kopplingar till
SSABs miljöpolicy. Vi har som mål att
ständigt förbättra vår produktion genom
bland annat effektivare energianvändning
och minskad andel malmbaserad råvara.
Själva beteckningen ”Stålkretsloppet” är
precis det vi strävar efter i vår dagliga
verksamhet och engagemanget i projektet
är helt i linje med företagets övergripande
ambitioner.
Vi är engagerade i flera av delprojekten i
Stålkretsloppet. Speciellt intressant är om
forskningen kan ge både bättre kvalitet på
fragmenterat skrot och slagg som är fri från
vanadin, såväl nya verktyg för utvärdering
av miljöpåverkan som bra hjälpmedel för
utformning av lätta konstruktioner av
avancerade höghållfasta stål.
5

STÅLKRETSLOPPET
Göran Carlsson
Teknisk direktör
SSAB Svenskt Stål AB
Programstyrelsens ordförande
Sandvik Materials Technology
Inom Sandvik arbetar vi aktivt för att hålla
oss i framkant när det gäller miljöfrågorna.
Vi har skrivit in miljöhänsyn som en viktig
del i den affärsstrategi som gäller för våra
mer än 40 anläggningar jorden runt. Arbetet
i Stålkretsloppet ger oss framför allt
möjligheter att följa den tekniska utvecklingen
på nära håll.
Inom Sandvik har vi en bred verksamhet
som på många områden tangerar flera av
de olika projekt som ingår i forskningsprogrammet.
Mest konkret är vi intresserade av de frågeställningar
som kan resultera i nya möjligheter
att återvinna och återanvända restprodukter
från verksamheten.
Outokumpu Oyj
Stålkretsloppets ambition att kartlägga hela
materialkedjan gör programmet mycket intressant
för oss. Det ligger helt i linje med
de mål vi satt för all verksamhet inom Outokumpu,
där vi bland annat har definierat
våra ambitioner att reducera såväl avfallsmängder
som energianvändning. I detta
sammanhang är det speciellt intressant att
ta del i de forskningsprojekt som har som
mål att öka återvinningen av de olika ämnen
som idag följer med slagger från
smältprocessen.
Vi hoppas också mycket på de projekt som
har som mål att skapa bättre metoder för
att beräkna livscykelkostnader för produkter.
Jorma Kemppainen
Senior Vice President
Environment, Health, Safety
Outokumpu Oyj
Olle Wijk
vice VD och ansvarig för forskning och
utveckling
SMT, Sandvik Materials Technology
6

STÅLKRETSLOPPET
Att beräkna miljövinster
Kvantitativa miljömål – en utmaning
Stålkretsloppet har ett antal kvantitativa
miljömål för såväl tillverkning av stål som
vid användning av stålprodukter. Ett exempel
på mål är att utsläppen av växthusgasen
koldioxid ska reduceras med en miljon
ton per år.
Det är viktigt att söka bestämma storleken
av praktiskt möjliga förbättringar inom ramen
för den forskning som genomförs
inom Stålkretsloppet. Samtidigt är det av
stort värde att söka beräkna kostnaderna
för att införa och använda den nya tekniken
jämfört med dagens tekniska lösningar.
Det är vidare väsentligt att det blir möjligt
att dra adekvata slutsatser av det arbete
som utförs i programmet. Hur, exempelvis,
påverkar ändringar i en process efterföljande
steg i tillverkningen och i den slutliga
användningen? De totala effekterna
måste kunna beräknas.
IVL Svenska Miljöinstitutet leder ett speciellt
projekt inom programmet, med namnet
Miljövärdering, som har till uppgift att
belysa kostnader och möjliga miljöförbättringar.
Dessutom ska i detta delprojekt utvecklas
tekniker för att hjälpa beslutsfattare
att väga olika typer av miljöpåverkan
mot varandra.
Lars-Gunnar Lindfors
Forskningsdirektör, IVL
Livscykelperspektiv på miljöförbättringar
Direkta utsläpp från stålverk till luft och
vatten påverkar vår miljö. Detta ger dock
inte hela bilden. För att nå rättvisande jämförelser
mellan exempelvis olika tillverkningsmetoder
och produkter måste en
mängd ytterligare faktorer vägas in, ofta
miljöstörande faktorer som inte alltid är
uppenbara för en användare.
Helhetsperspektivet är A och O!
En så kallad livscykelanalys, ofta förkortad
LCA, anlägger detta helhetsperspektiv.
Vid tillverkning av stål och andra material
spelar de råmaterial man använder den avgörande
rollen för verksamhetens totala
miljöpåverkan. Ofta transporteras materialen
långa sträckor, med utsläpp av t.ex.
växthusgaser som följd. I många fall ger
även framställningen av råvarorna en miljöpåverkan
som måste beräknas.
Energi är en av de viktigaste "råvarorna" i
industriella processer. Beroende på typ av
energi – el eller värme – och på hur energin
framställs belastas miljön olika. Ett antal
projekt i programmet syftar till minskad
användning av energi och råvaror, t ex genom
ökad återvinning av de grundämnen
som ingår i stål.
Vidare ger tillverkningsprocesser ofta biprodukter
och avfall som exempelvis olika
slagger vid ståltillverkning. Omhändertagande
av dessa biprodukter kan ge nya utsläpp,
men om biprodukterna används
klokt och förutseende kan de ofta medverka
till att minska den totala miljöpåverkan
genom att de kan ersätta andra, sämre alternativ.
Många gånger får en produkt större miljöpåverkan
när den används jämfört med när
den tillverkas. Ett typiskt exempel är bilar,
som genererar mångfalt större utsläpp under
sin livstid jämfört med miljöbelast-
7

STÅLKRETSLOPPET
ningen vid tillverkningen. I sådana fall kan
det vara gynnsamt att fokusera på att minska
miljöpåverkan vid användningen, t.ex.
genom sänkt bränsleförbrukning, även om
detta skulle "kosta" lite extra miljöbelastning
vid tillverkningen.
Om produkten kan återvinnas när den tjänat
ut minskar behovet av nya råvaror, eftersom
det återvunna materialet blir tillgängligt
som råvara vid tillverkningen av
nya produkter. Detta medverkar till att
minska produktens miljöpåverkan. Om en
uttjänt produkt däremot deponeras går inte
bara materialet förlorat, miljön kan därtill
påverkas genom läckage av miljöfarliga
ämnen.
Denna helhet, från råmaterial till skrotning
och återvinning, kallas produktens livscykel.
Att genomföra en livscykelanalys innebär
att kartlägga råvaror, energi, avfall
och utsläpp under denna cykel för att beräkna
den totala miljöbelastningen av en
produkt.
Matematisk modell av processen
•Fysik ochkemi
• Interaktioner med andra
delsystem
Modell av
processteg
Återkoppling
Resursuttag Produktion Användning
Inkl. nytta
Kvittblivning
Schematisk arbetsmodell för miljövärdering
Resultat
• Kostnader - LCC
• Miljöpåverkan - LCA:
resursförbrukning
emissioner
avfall, bi- och restprodukter
Återvinning
Genom att jämföra livscykeln för produkter
tillverkade med dagens teknik med produkter
som tillverkas med den teknik som
utvecklas i Stålkretsloppet kan miljövinsterna
kvantifieras. En kontinuerlig analys
av det löpande arbetet ska även ge återkoppling
till utvecklingsarbetet – och därmed
visa om den inslagna vägen är rätt ur
miljösynpunkt.
Kostnader under produkters
livscykel
Kostnader måste, på samma sätt som miljöpåverkan,
beräknas ur ett helhetsperspektiv
för att ge ett rättvisande resultat. Livscykelkostnaden
beräknas enligt samma
principer som gäller för LCA och miljöpåverkan.
Råvaror, som energi och järnmalm, har
sina kostnader, liksom avfall har sina kostnader,
exempelvis kostnader för deponering.
På motsvarande sätt uppstår kostnader
när produkten används, till exempel
drivmedel för en bil, och då den återvinns.
För att på ett rättvisande sätt utvärdera prestanda
för den nya teknik som utvecklas i
Stålkretsloppet kommer en analys av livscykelkostnader
att genomföras förutom
analysen av produkternas miljöpåverkan.
Miljövärderingars komplexitet
Den miljöpåverkan som beräknas med
LCA är mångfacetterad och delas ofta in i
kategorier beroende på hur miljön påverkas.
Exempel på sådana kategorier är växthuseffekt,
dvs uppvärmningen av vår atmosfär
genom inverkan av olika växthusgaser
som koldioxid – mycket aktuell i dagens
debatt - respektive försurning. Andra
kategorier är övergödning, som drabbat
Östersjön hårt, och utsläpp av giftiga ämnen.
Det är föga meningsfullt att väga dessa
kategorier mot varandra. Hur jämför
man t ex följdverkningarna av en uppvärmning
av atmosfären med effekterna av
de utsläpp av näringsämnen som ger upphov
till de algblomningar vi ser i Östersjön?
Sådana avvägningar beror alltid på våra
preferenser. Anser vi att växthuseffekten är
ett större problem än övergödning? Hur
mycket större är det i så fall? Det är viktigt
att ta hänsyn till människors olika svar på
dessa frågor.
Miljöfrågor är således mycket komplexa.
Vid val mellan olika produkter är det
många olika aspekter som ska värderas och
rangordnas. Ett sätt att hantera beslutspro-
8

STÅLKRETSLOPPET
blemet är att försöka mäta olika miljöattribut
var för sig och sedan väga samman
dessa till ett samlat mått. Det är dock sällan
möjligt att uppnå enighet om vad som är
viktigast. Hur ska exempelvis ökade utsläpp
av giftiga ämnen vägas mot minskad
klimatpåverkan?
En annan metod att nå ett optimerat miljöval
är att istället låta miljöexperten, produktutvecklaren
eller konsumenten göra en
samlad bedömning av flera olika produktegenskaper
(miljö, ekonomi och teknisk
prestanda). En sådan undersökning kan ge
ytterligare information, eftersom den även
visar prioriteringen emellan olika egenskaper.
Undersökningsmetoden, (conjoint-analys,
från engelskans consider jointly) är en etablerad
metod inom marknadsplanering vid
utveckling av nya produkter. Ett begränsat
antal tillämpningar finns även rapporterade
inom miljöområdet, främst avseende naturvårdsplanering.
Inom Stålkretsloppet är avsikten att utvärdera
om det är möjligt att tillämpa metoden
vid utveckling av produkter och processer
mot goda miljöprestanda.
Målet är att metoden ska kunna bidra till
såväl välgrundade beslut som förbättrad
kommunikation mellan miljöexperter, produktutvecklare
och andra intressenter.
Värdering av miljöpåverkan
I projektet ”Att beräkna miljövinster” utförs
ett delprojekt med syfte att kvantitativt
skatta möjliga miljöeffekter av programarbetet.
Detta delprojekt har huvudsakligen två
uppgifter:
(1) Att under projektets gång löpande skatta
forskningsresultatens möjliga miljöeffekter
och ge löpande återkoppling till
andra projekt och delprojekt. I projektets
slutfas görs en samlad skattning av potentiella
miljöförbättringar som resultat av den
forskning som genomförts.
(2) Att utveckla en ny övergripande metodik
för skattning av miljöeffekter av nya
tillverkningsteknologier eller produkter ur
ett livscykelperspektiv. Resultatet skall
komma forskning och industri tillgodo i
form av nya verktyg för miljövärdering.
Utvecklingsarbetet i dessa två delar baseras
på försök att kombinera modeller från livscykelanalys
(LCA) med matematiska modeller
för de olika stegen i livscykeln.
Resultat
Under 2005 har en preliminär LCA-modell
för en första fallstudie baserad på diskmaskiner
utvecklats. Denna modell kommer
att användas som utgångspunkt för att mäta
förändringar i miljöpåverkan och kostnader
för de projekt som ingår i Stålkretsloppet.
Vidare har för ett antal av utvecklingsprojekten
sammanställts konceptuella modeller,
dvs beskrivningar av processerna och
hur de samverkar.
Vid Högskolan i Kalmar har statistiska
verktyg för att kartlägga preferenser hos
olika grupper av intressenter utvecklats.
Dessa verktyg ska i framtiden kunna användas
för att på ett meningsfullt sätt jämföra
och väga olika tekniska lösningar med
olika påverkan på miljön.
Tomas Öberg
Docent, Kalmar Högskola
9

STÅLKRETSLOPPET
Under året genomfördes även en litteraturstudie
avseende tillämpningar av
”conjoint-analys” och liknande metoder
inom miljöområdet.
Litteraturgenomgången utgör grund för
den vidare metodutvecklingen och de
undersökningar av miljöval som ska ske
inom ramen för Stålkretsloppet.
Resultatet används för att gå vidare med
utvärdering av mer komplexa produkter.
Schematisk bild över material- och energiflöden vid tillverkning av diskmaskiner
10

STÅLKRETSLOPPET
Genom att minska variationerna hos det finfördelade (fragmenterade) skrotet och öka dess
densitet kan stålindustrins elbehov och utsläpp av koldioxid reduceras.
Att ta till vara uttjänta stålprodukter - fragmentering
Bakgrund
Dagens samhälle utmärks av en tidigare
aldrig skådad användning av sammansatta
produkter, som fordon, hushållsmaskiner
och elektronik. Infrastrukturen för produktion
och distribution växer. Utvecklingen
löper i stort längs dessa linjer över hela
världen.
Uttjänta produkter består av ett stort antal
olika material. De kan därför inte utan vidareförädling
användas som råvara till nya
produkter.
I materialens kretslopp spelar därför fragmenterings-
och separationsanläggningar
en väsentlig roll för återvinning av stål,
järn och andra metaller. I figuren visas en
översikt över hur en sådan anläggning kan
vara uppbyggd.
Syfte
Målet för projektet är att utveckla skrothanteringsprocessen
mot förbättrad precision,
mindre kvalitetsvariationer och högre
densitet samt att utveckla hanteringen av
de restprodukter som uppstår vid separeringen.
Metod och miljönytta
Genom att tillämpa etablerad undersöknings-
och försöksteknik från mineralområdet
blir det möjligt att förbättra precisionen
vid separering av skrotet. Därigenom
underlättas också arbetet med att nå jämnare
kvalitetsbestämning av de återvunna och
separerade metallvolymerna.
Fragmenterat skrot används som stålråvara
både i ljusbågsugnar och i stålkonvertrar
vid malmbaserad ståltillverkning. Med tillförlitlig
kemisk analys, låg föroreningsgrad
samt hög volymvikt hos skrotet kan man
nå förbättringar i termer av lägre förbrukning
av energi, malm och andra råvaror
och därmed nå lägre kostnader.
De restprodukter som återstår efter separeringen
är idag svåra att återanvända, men
de bör till stor del kunna användas som
bränsle eller som reduktionsmedel i masugnar.
För närvarande utgör de ett växande
miljöproblem.
Resultat
Den kartläggning av produktionsflödet vid
fragmenteringsanläggningar som genomfördes
2005 har legat till grund för planeringen
av fortsatta forskningsinsatser inriktade
mot högre kvalitet på fragmenterat
skrot samt miljövänligare fragmenteringsprocesser.
Fragmenteringsanläggning med separering av järn
och stål från övriga metaller och ometalliskt material
11

STÅLKRETSLOPPET
Utveckling av laseranalys för snabb bestämning av skrotets metallinnehåll minskar behovet
av jungfruliga legeringsmetaller i ståltillverkningen.
Analys av skrotets sammansättning - laseranalys
Bakgrund
Bestämning av skrotets sammansättning
sker idag med metoder med begränsad
träffsäkerhet. Detta begränsar möjligheterna
till optimal skrotanvändning vid tillverkning
av nytt stål.
Syfte
Laseranalysprojektets mål är att utveckla
en snabb och exakt metod för bestämning
av skrotets sammansättning och analys.
Metoden ska göra det möjligt att styra
sammansättningen av en stålsmälta. Med
kunskap om det faktiska innehållet i det
skrot som tillsätts kan inte bara
förbrukningen av jungfruliga metaller reduceras
utan även den tid som erfordras för
skrotsmältning och färdigställning. Därmed
minskas även energianvändningen.
Metod
Projektet bygger på snabb spektrometrisk
analys av det laserplasma som bildas då en
laserpuls träffar en skrotbit.
Laserteknik har tidigare inte använts i detta
sammanhang och den kräver därför anpassning
av tekniken till de förutsättningar
som gäller vid en fragmenteringsanläggning
eller stålverk.
Forskningen har hittills i huvudsak koncentrerats
på att undersöka olika inställningar
av laserparametrarna. Vidare har stålprover
med certifierad sammansättning använts
för att identifiera kalibreringskurvor. Den
teknik som används benämns Laser
Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS).
Resultat
Detektionsgränser och signalanalyser för
ett antal legeringselement för stål har
identifierats.
Analys av laserparametrar har i första hand
tagits fram för de viktigaste legeringsmaterialen.
Projektet kommer att ingå som en viktig
del i ett större europeiskt forskningsprojekt.
LIBS-analys av ett stålprov. I bilden är (A) det analyserade
provet, (B) ett munstycke för luftcirkulation
och (C) en ände på en optisk fiber.
12

STÅLKRETSLOPPET
Genom ökade kunskaper om skrotets cirkulation skapas förutsättningar för ökad återvinning
och effektivare energianvändning inom stålindustrin.
Analys av skrotflöden i samhället – ökad återvinning
Bakgrund
Trots den höga graden av återvinning av
stål vet vi ganska lite om hur skrotflödena
cirkulerar i samhället. Detta är ett
problem, för utan kunskap om hur
skrotflödenas volym och sammansättning
varierar över tiden kan skrotet inte
tas effektivt till vara. Stora ekonomiska
värden går till spillo och miljöbelastningen
blir större än den behöver vara.
Syfte
Projektet syftar till att skapa bättre förutsättningar
för stålföretagens och återvinningsindustriernas
strategiska planering
och därigenom möjliggöra en optimering
av skrotåtervinningen på samhällsnivå.
Effektiv skrotåtervinning medverkar till
minskad förbrukning av jungfruliga material
vid tillverkning av stål.
Metod
Genom analyser av hur ekonomiska och
tekniska variabler påverkar skrotåtervinningen
både relativt och i absoluta tal
skapas verktyg för att prognostisera
skrotflödena i samhället.
Genom analys av historiska data utvecklas
en modell av skrotflödena i samhället,
såväl produktion som transporter,
användning och insamling av skrot.
Resultat
Under 2005 utarbetades definitioner och
struktur för den prognosmodell som
ligger till grund för det fortsatta arbetet
med analys av skrotflöden i samhället.
En särskild studie har påbörjats avseende
rivning av byggnader.
Skrotinsamlingen är effektiv, men sorteringen
kan göras bättre.
13

STÅLKRETSLOPPET
Genom att ytrena och värma skrotet innan omsmältning till nytt stål kan man dels minska
stålugnens energiförbrukning och dess utsläpp till luft, dels använda skrotet för tillverkning
av fler stålsorter.
Ytrening av skrot – ökad återanvändning
Bakgrund
När skrot används som råvara vid stålframställning
når man en rad fördelar jämfört
med ståltillverkning baserad på järnmalm,
Både förbrukning av järnmalm och energiåtgång
minskar och därmed de specifika
utsläppen av koldioxid. Dessutom produceras
mindre avfall och biprodukter.
På grund av att skrotet har ytbeläggningar
kan inte allt skrot användas vid tillverkning
av alla stålsorter.
Syfte
Projektets mål är att genom nya metoder
för ytrening av metall- och färgbelagt stålskrot
bredda användningen av stål som råvara
till ett ökat antal stålsorter.
Metod
Projektet undersöker i första hand hur
zinkbeläggning på stål kan avskiljas genom
att skrotet förvärms i en separat process före
smältning och hur detta i så fall kan ske
utan ökad miljöbelastning.
I första hand undersöks om upphettningen
kan ske genom användning av restproduktbränslen
antingen i direkt förbränning eller
via ett förgasningssteg.
Experiment ska utföras i pilotskala. Utöver
processens raffineringseffekt på stålskrotet
kommer den avdrivna zinkbeläggningen att
bedömas utifrån zinkindustrins krav på
zinkråvara.
Resultat
Under 2005 har kraven för optimal process
studerats kinetiskt och termodynamiskt.
Kvalitetskrav på skrotet för olika tillämpningar
har identifierats. Pilotanläggningen
har anpassats till testresultaten och preliminära
experiment har inletts.
Skrotkorg
d Test-
Till avgasbehandling
Tryck
kontrolll
Propane , Oxygen, Nitrogen,
Alternativa bränslen
A*
Termovision
*CO , CO, O , N , Hg
2 2 2
Vätska
Kommersiellt
skrot
etc
Försöksutrustning för ytrening av skrot. Temperatur,
tryck och gaser mäts på flera punkter för att
utvärdera processen.
Q
H
H
T
T
T
T
T
T
T
Analys av emissioner
Zn Hg PAH
14

STÅLKRETSLOPPET
Genom att ställa om smältförloppet vid ståltillverkning kan metaller som tillförs smältan via
malm eller skrot också överföras till det färdiga stålet. Härigenom minskar behovet av
jungfruliga legeringsmetaller samtidigt som slaggen kan ges nya användningsområden.
Smältförlopp för ökat metallutbyte - billigare stål, renare slagg
Bakgrund
Vid tillverkning av stål binds värdefulla legeringsmetaller
till den slagg som bildas under
stålframställningen.
Syfte
Målet för projektet är att låta sådana metaller
istället blir kvar i stålet genom optimering av
stålprocesser och slagghantering under
smältförloppet. I projektet söks processvägar
för överföring av metaller som krom, molybden,
niob, vanadin, titan, nickel och mangan
till det färdiga stålet.
Metod
Genom styrning av färskningsprocessen och
kontroll av syrepartialtrycket, t ex med användning
av inerta gasblandningar, söker man
skapa de förutsättningar som krävs för att
binda legeringsmetallerna till stålet i stället
för till slaggen.
Projektet syftar också till utvinning av värdefulla
metaller ur restslagg genom en ny metod,
s k saltextraktionsprocess.
I denna forskning arbetar man med termodynamiska
och kinetiska beräkningar. För det
teoretiska arbetet används senast tillgängliga
modellberäkningar gällande aktiviteten hos
relevanta ämnen i metall- respektive slaggfas.
Resultat
Under 2005 har kritiska parametrar för färskning
av rostfritt stål med minsta möjliga
kromförluster beräknats. Resultaten antyder
goda möjligheter att behålla krom i stålbadet
genom sänkt syrepartialtryck, ökad temperatur
och sänkt kromoxidaktivitet. Kinetiken visar
vidare att det är fullt möjligt att använda
koldioxid i stålugnsprocessen.
Inledande undersökningar visar att nästan total
återvinning av krom kan uppnås genom
saltextraktion av restslagg.
solubility of Cr 2
O 3
for pure Cr 2
O 3
sample(ppm)
solubilty of Cr 2
O 3
for slag sample(%)
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
(a)
7h
12h
8 7 6 5 4 3 2 1 0
60 (b)
50
40
30
20
10
0
7h
Kromextraktion av (a) ren kromoxid (b) EAF slagg
med smälta salter
p O
2-
7 6 5 4 3 2 1 0
p O
2-
15

STÅLKRETSLOPPET
Genom utveckling av metoder för återvinning av kalk och metall ur slagger sparas naturtillgångar.
Återvinning av slagg – till processer och nya råvaror
Bakgrund
Sveriges skrotbaserade stålverk producerar
årligen kring 300 000 ton slagger. Slagg
uppkommer vid smältning av skrot, vid
skänkbehandling samt vid avkolning av
stål. Även i masugnsprocesser produceras
stora mängder slagg.
Detta projekt är uppdelat på två delprojekt
– (1) återanvändning av slagg från elektrostålugnar
och (2) återvinning av vanadin ur
stålugnsslagg.
Gouzhu Ye,
Filosofie doktor, MEFOS
Syfte
Projekten syftar till återvinning av metaller
och kalk i slagger från stålproduktion både
för intern återanvändning inom stålverken
och för extern användning för olika ändamål.
Ändamålsenlig återvinning av slagg minskar
behovet av nya naturresurser samtidigt
som slaggen representerar stora ekonomiska
värden där den kan återanvändas. Återvinning
av slagger minskar dessutom behovet
av deponering.
Metod
(1) Idag deponeras slagger från skrotbaserad
ståltillverkning trots att de i varierande
grad lämpar sig som material för vägbyggen
och isolering. Förklaringen ligger i
problem till följd av exempelvis lakning av
krom eller hög kalkhalt som gör slaggen
instabil.
För att öka användningen av dessa slagger
utforskas i projektet möjligheterna att
a) återföra skänkslagg till ljusbågsugnen,
b) genom gasgranulering behandla slagg så
att den kan användas som isoleringsmaterial
och som råvara inom cementindustrin,
Dessutom studerar man
c) mekanismerna för kromlakning ur slagg
samt
d) mekanokemisk behandling av mineral i
olika faser.
(2) Vid tillverkning av järn från malm
uppkommer slagg som innehåller vanadin.
Idag återanvänds cirka hälften av denna
slagg som slaggbildare direkt i masugnsprocessen.
Detta minskar behovet av att
tillföra extra kalk.
Ökad användning av slagg i processerna är
idag inte möjlig på grund av slaggens innehåll
av vanadin och fosfor. Även extern
användning av slagg begränsas av vanadininnehållet
och av den fria kalken.
16

STÅLKRETSLOPPET
Projektet utvecklar ekonomiska, miljövänliga
och tekniskt genomförbara processer
för vanadin- och kalkåtervinning från stålugnsslagg.
Projektet inrymmer mycket stora potentiella
miljöeffekter, dels energibesparingar
som beräknats till 260 GWh, dels besparing
av 60 000 ton bränd kalk genom bättre
utnyttjande av slaggbildare.
Resultat
Under 2005 utvecklades för
(1) en termodynamisk modell för återvinning
av skänkslagg. Dessutom påbörjades
en studie av lakningsmekanismer för krom
och molybden ur slagg från ljusbågsugnar,
och för
(2) en teoretisk modellering av slaggreduktion
och selektiv oxidation av vanadin.
Småskaliga tester har påbörjats. Tester har
inletts för att klargöra hur egenskaperna
hos oxidmineraler i konverterslagg påverkas
av mekanokemisk behandling. Resultaten
tyder på att vanadin kan anrikas upp till
15-33 %.
I samband med tappning av flytande stål avskiljs
slagg för vidare behandling
17

STÅLKRETSLOPPET
Genom identifiering av de parametrar som vid valsning och bearbetning av plåt styr materialegenskaperna
kan man med lägre processtemperatur uppnå både förbättrade egenskaper
i stålet och minskad förbrukning av fossila bränslen.
Höghållfasta stål – miljöfördelar av många slag
Bakgrund
Höghållfasta stål ger stora miljöfördelar
genom minskad materialförbrukning
(viktsbesparingar) och/eller ökad lastkapacitet
i konstruktioner respektive minskad
bränsleförbrukning för given funktion eller
arbetsutbyte.
För att nå förbättringar av såväl stålens
egenskaper som tillverkningsprocesserna
för sådana stål krävs noggrann processkontroll.
De möjligheter till lägre temperatur
vid bearbetningen av stålet som då
uppstår kan medföra minskad energianvändning
vilket i sin tur minskar utsläppen
av bland annat koldioxid.
Syfte
Syftet med forskningsarbetet är att
identifiera de processparametrar som inverkar
på egenskaperna hos höghållfasta
stål. Dessutom ska studeras hur dessa parametrar
inverkar på möjligheterna att
minska energiförbrukningen under den
termomekaniska processen, dvs värmning
och valsning.
Metod
Forskningsarbetet riktar sig mot två grupper
av speciellt utvecklade höghållfasta stål
med extra hög hållfasthet (Re>700MPa)
avsedda för tunnplåt och grovplåt.
I laboratorieskala genomförs simulering av
termiska och termomekaniskt kontrollerade
processer vid varierande förvärmningstemperaturer,
varmvalsningstemperaturer, forcerade
kylningshastigheter och hasplingstemperaturer.
Kombinerat med analyser av mikrostruktur
och egenskaper kan samband mellan termomekaniska
parametrar och mekaniska
egenskaper fastställas.
Genom denna forskning får stålindustrin
möjlighet att förutsäga både egenskaper
hos varmbearbetad plåt och hur styrning av
olika parametrar för värmning och valsning
av plåt kan begränsa användningen av i
huvudsak fossila bränslen.
Resultat
Under 2005 har provstålsorter framställts
och experimentella studier inletts. De har
resulterat i bestämning av mikrostruktur
och egenskaper (se figur) för simulerade
prover samt analys av samband mellan
termomekaniska processparametrar och
stålets mekaniska egenskaper.
1400
1200
1000
Rp0,2 (MPa)
800
600
400
200
Stål 450, Treh=1150°C
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Kylningshastighet (°C/s)
1000/25% - 940
950/25% - 900
875/25% - 865
875/25% - 815
875/15% - 815
Sträckgräns som funktion av kylningsgrad för stål
No 450 efter simulerad direktkylning med återvärmningstemperaturen
1150°C i laboratorieskala.
18

STÅLKRETSLOPPET
Genom att låta de metaller som ingår i stålskrot och är en naturlig del i järnmalm bli
till nytta för stålets materialegenskaper hushållar vi med jungfruliga metaller.
Att utnyttja restelement i skrot och malm för nytt stål
Bakgrund
Stålskrot och malm innehåller förutom
olika restelement också legeringsmetaller
som i de metallurgiska processerna ofta
betraktas som föroreningar som separeras
från stålet. Detta resulterar i ökade kostnader
och/eller minskat värde för skrotet
samt i vissa fall miljöproblem vid återvinning
eller deponering av biprodukter.
Syfte
Projekts syfte är att finna nya sätt att dra
maximal nytta av framför allt de restelement
som finns i skrot men även de metaller
som naturligt ingår i järnmalm.
Genom att ta vara på dessa befintliga ämnens
legeringsegenskaper skulle man med
begränsad tillsats av jungfruligt material
kunna nå de egenskaper hos stålet som eftersträvas
för olika användningar. Detta
kallas självlegering.
Metod
Självlegering som metod vid återvinning
av skrot, går ut på att "vända" föroreningar
till att i stället bli legeringselement i
samband med omsmältningen av skrotet
vid ståltillverkning. För att detta ska vara
möjligt bör både sortering och tillverkningsprocessen
utformas så att restelementens
egenskaper kan utnyttjas på bästa
sätt.
Inom projektet görs termodynamiska beräkningar
och försök i laboratorieskala
för att verifiera vilka egenskaper stålet kan
tillföras utifrån faktiska analyser på stålsmältan
före raffinering. Man bör då kunna
se effekten av att ha "vänt" föroreningar
till legeringselement.
Resultat
Under 2005 har analyserats vilka grundämnen
som idag betraktas som föroreningar.
Ett förslag till skrotbaserad självlegering
har presenterats. Det bygger på att utnyttja
kopparförorenat skrot för att förbättra åldrings-
och djupdragningsegenskaper hos
kallvalsat glödgat stål.
Margareta Nylén, och Olivier Rod
Civilingenjörer, KIMAB
19

STÅLKRETSLOPPET
Genom att från ett livscykelperspektiv utveckla nya metoder för konstruktion och tillverkning
av lätta stålkonstruktioner kan behovet av jungfruliga råvaror minska samtidigt
som belastningen på miljön blir lägre både vid tillverkning och användning.
Lätta stålprodukter för lättare återvinning – nya konstruktioner
Bakgrund
Användningen av avancerade höghållfasta
stål ökar. Detta ger utrymme för
nya konstruktionslösningar som säkerställer
ett rationellt utnyttjande av de nya
materialegenskaperna.
De höghållfasta stålen ger dels möjligheter
att skapa högre värden för slutanvändaren
av själva stålkonstruktionen, dels
förutsättningar att utnyttja stålets egenskaper
för att förenkla återvinning när
produkten tjänat ut.
Förutseende användning av höghållfasta
stål kan således ge miljöförbättringar vid
såväl tillverkning som användning och
återvinning.
första hand varit marknadsandel i
Sverige, i andra hand intressanta kontruktionslösningar.
Diskmaskinerna har demonterats för
hand för att kartlägga demonterbarhet
och konstruktiva lösningar. De maskiner
som undersökts är cirka tio år gamla,
vilket motsvarar livslängden för en
diskmaskin.
Arbetet går nu vidare med att utveckla
nya konstruktionsmetoder inom produktområden
där avancerade höghållfasta
stål har hög tillväxt.
Syfte
Projektet syftar till att utveckla metoder
och kriterier för design och konstruktion
av hållbara lätta stålprodukter som utformats
så att de när de tjänat ut lätt kan
sönderdelas i olika materialfraktioner för
rationell återvinning.
Metod
t HS
= t MS
Re
Re
MS
HS
Inom projektet utvecklas konstruktionsmetoder
ur ett livscykelperspektiv dvs
med inriktning mot såväl produktion
som användning och återvinning.
En studie fokuserad på konstruktion och
demontering av diskmaskiner har genomförts.
Maskiner har valts ut från
skrotflödet vid en avfallsanläggning i
Stockholmstrakten. Urvalskriterier har i
Avancerade beräkningar för lättare konstruktioner
i höghållfast stål
Resultat
Utifrån en existerande värderingsmodell
för demonterbarhet av produkter som
täcks av Europaparlamentets och Rådets
direktiv, 2002/96/EG, om avfall som ut-
20

STÅLKRETSLOPPET
görs av eller innehåller elektriska eller
elektroniska produkter (WEEE), kommer
en ny värderingsmodell att tas fram.
För att klara detta skall diskmaskinerna
graderas kvalitativt ur ett isärtagningsperspektiv.
Analysen ska resultera i riktlinjer för hur
en optimal produkt kan se ut samt vad
som är viktigt att tänka på vid konstruktion
av nya produkter.
En första överraskande upptäckt är att en
av diskmaskinerna väger cirka 30 procent
mer än de andra trots jämförbar
funktion.
Jan Johansson, doktorand, KTH
21

STÅLKRETSLOPPET
Programstyrelsen
Organisation
Programchef
Administration
Programsupport
Ordföranderåd
Skrothantering
Skrotrening
Metallurgi
Material och konstruktion
Miljövärdering
Projekt
Fragmentering
Laseranalys
Skrotflöden
Projekt
Ytrening
av skrot
Projekt
Smältkoncept
Slagger
Projekt
Självlegering
Valsningsförsök
Konstruktionsmetoder
Projekt
Livscykel- och
jämförelseanalyser
Organisationens uppgift är att inrikta projekten
mot programmets miljömål, att medverka till att
skapa värde för industrin inom nya kunskapsfält
samt att kontrollera att tider och budget innehålls.
Stålindustrin, verkstadsindustrin och återvinningsindustrin
har utsett ett stort antal företrädare
för områdena produktion, forskning, utveckling
och miljö att ingå arbetsgrupperna i Stålkretsloppets
organisation.
Forskningsinstitutioner
Högskolan i Kalmar
IVL Svenska Miljöinstitutet
KIMAB, Korrosions- och Metallforskningsinstitutet
Kungliga Tekniska Högskolan
Luleå Tekniska Universitet
MEFOS
MinPro
Stålbyggnadsinstitutet
Svenska Gjuteriföreningen
Branschorganisationer
Jernkontoret
EUROFER
Bil Sweden
Företag:
AGA
Bombardier Svenska
Electrolux
Erasteel Kloster
Fundia Armeringsstål
Höganäs
Järnbruksförnödenheter
Kuusakoski
LKAB
SSAB Merox
MultiServ
Outokumpu
Outokumpu Stainless
Ovako
Ruukki
RHI Refractories Nord
Sandvik Materials Technology
Sandvik Tooling
SSAB Oxelösund
SSAB Svenskt Stål
SSAB Tunnplåt
Stena Gotthard
Stena Metall
Uddeholm Tooling
Volvo Car Corporation
Volvo Personvagnar
Programchef
Birgitta Lindblad, Jernkontoret
birgitta.lindblad@jernkontoret.se
22

STÅLKRETSLOPPET
Målstyrning
Vision
En sluten
tillverkning och
användning
av stål i samhället
Kommunikation
• Rapporter
• Seminarier
• Doktorandkurser
• Artiklar
• Information
• Stålkretsloppets
nätverk
Mål
Kretsloppsanpassa
tillverkning och
användning av stål i
samhället
FoU
Projekten
utmynnar i
• Metoder
• Tekniker
• Kunskap
• Miljökunniga
forskare
Kunskapsöverföring inom/
mellan forskning och industri
Materialåtervinning
Materialhushållning
Materialutbyte av
järn och legeringar
Framgångsrik miljöforskning förutsätter
effektiv samverkan mellan berörda forskningsområden,
företrädare för industrin
samt andra intressenter.
Organisationen för Stålkretsloppet är utformad
för att kunna medverka i en givande
dubbelriktad kunskapsöverföring i samspelet
mellan deltagande företag och forskarsamhället.
Under år 2006 inriktas arbetet på målstyrning
på projektnivå mot:
miljömål – energi, koldioxid, råvaror och
materialbesparingar i konstruktioner;
industrimål – teknik, metoder, kunskap;
miljövärdering genom fallstudier – olika
produkter som "vandrar" genom stålkretsloppet.
Först pilotfall avseende enkla produkter;
därefter mer komplexa produkter i
såväl kolstål som rostfritt.
23

FORSKNING MED PRAKTISK NYTTA
Stiftelsen för miljöstrategisk forskning, Mistra, stöder forskning av strategisk
betydelse för en god livsmiljö och hållbar utveckling. Mistra investerar i forskargrupper
som i samverkan med användare bidrar till att lösa viktiga miljöproblem.
Mistras program följer inte disciplingränser, och forskningsresultaten ska
komma till praktisk användning inom företag, förvaltningar och frivilligorganisationer.
STIFTELSEN FÖR MILJÖSTRATEGISK FORSKNING
GAMLA BROGATAN 36–38 • 111 20 STOCKHOLM
TELEFON 08 791 10 20 • FAX 08 791 10 29
mail@mistra.org • www.mistra.org
DEN SVENSKA STÅLINDUSTRINS BRANSCHORGANISATION
Jernkontoret grundades 1747 och ägs sedan dess av de svenska stålföretagen.
Jernkontoret företräder stålindustrin i frågor som berör handelspolitik, forskning
och utbildning, standardisering, energi och miljö samt skatter och avgifter. Jernkontoret
leder den gemensamma nordiska stålforskningen. Dessutom utarbetar
Jernkontoret branschstatistik och bedriver bergshistorisk forskning.