Vaihtoehtoisten materiaalien käyttö kuivatuotetehtaan prosessissa : Saint-Gobain Finland Oy

Abstract

Tässä opinnäytetyössä suunniteltiin kiertotaloussiilosto ja teräsrakenne Saint-Gobain Finlandille. Projekti toteutettiin taloudellisena investointina ja osana kiertotalouteen siirtymistä. Korvaamalla neitseellisia sideainesysteemejä terästehtaan senkkakuonalla saavutetaan merkittäviä päästövähennyksiä. Jalostettu kuona korvaa osan raaka-aineista laasteissa ja tasoitteissa. Kuonan avulla edistetään kiertotaloutta ja alennetaan tuotannon hiilijalanjälkeä. Vaihtoehtoisina materiaaleina toimivat senkkakuona ja kivimurske kuljetetaan tehtaalle ja varastoidaan suunniteltuihin siiloihin, joista ne annostellaan tuotantoon.

Projektin tutkimusongelmana on kiertotalousmateriaalien virtausongelmat siilostossa, sen teräsrakenteen mahdollinen pettäminen ja asentamisen epäonnistuminen. On mahdollista, että jauheen virtaus häiriintyy vääränlaisen suunnittelun seurauksena. On myös mahdollista, että siilostoa ei saada asetettua oikeaan korkeuteen ja ei saada luotua kulkua siiloston hoitotasoille. Yksi suurimmista tutkimusongelmista on teräsrakenteen kestävyys ja mitoitus, jotta se saadaan sovitettua tehtaan kylkeen ahtaassa ympäristössä. On mahdollista, että tilanpuutteen vuoksi riittävän kestävää teräsrakennetta ja syöttölaitteistoa ei saada asennettua. Projektin tutkimuskysymys on siis minkälainen siilosto ja teräsrakenne tarvitaan siiloston toiminnallisuuteen?

Projektissa hyödynnettiin jauheen virtausta simuloivia laitteita laboratorio-olosuhteissa, sekä teräsrakennetta ja sen kestävyyttä simuloivia menetelmiä, kuten 3D-laserskannausta, tietokoneavusteista suunnittelua ja tietokoneavusteista lujuuslaskentaa. Siilojen mitat määriteltiin laboratoriossa testattujen jauheen virtausominaisuuksien perusteella. Tehdasympäristö laserskannattiin ja mitat tallennettiin Navisworks Simulate-ohjelmaan. Teräsrakenteesta luotiin prototyyppi Solidworks 2020-ohjelmalla, jota käyttäen siilosto asetettiin oikeaan korkeuteen. Prototyypille suoritettiin lujuuslaskenta Comsol Multiphysics 5.4-ohjelmalla ja tehtiin tarvittavat muutostoimenpiteet.

Tulokseksi saatiin mitoitukseltaan toimiva siilosto ja lujuuslaskennassa kestäväksi ääriolosuhteissa todettu teräsrakenne. Siilostoa ja teräsrakennetta voidaan hyödyntää mallina vastaavanlaisissa projekteissa, joissa siilosto liitetään tehtaaseen tiettyyn korkeuteen.

In this thesis, a circular economy silo and steel structure were designed for Saint-Gobain Finland. The project was implemented as a financial investment and as part of the transition to a circular economy. By replacing virgin binder systems in the steel plant with ladle slag significant emissions reductions can be achieved. The processed slag replaces part of the raw materials in mortars and plaster. The use of slag promotes the circular economy and reduces the carbon footprint of production. Alternative materials, such as ladle slag and crushed stone, are transported to the factory and stored in designated silos, from which they are dosed into production.

The research problem of the project is the flow issues of circular economy materials in the silo, the potential failure of its steel structure, and the risk of installation failure. There is a possibility that the flow of the powder will be disrupted due to improper design. It is also possible that the silo cannot be positioned at the correct height, preventing access to the maintenance levels of the silo. One of the main research issues is the durability and sizing of the steel structure to fit into the factory's tight environment. Due to space constraints, it may not be possible to install a sufficiently durable steel structure and feeding equipment. Therefore, the research question of the project is: what kind of silo and steel structure are necessary for the functionality of the silo?

The project utilized devices that simulate powder flow in laboratory conditions, as well as methods that simulate the steel structure and its durability, such as 3D laser scanning, computer-aided design, and computer-aided strength calculation. The dimensions of the silos were defined based on the flow characteristics of the powders tested in the laboratory. The factory environment was laser scanned, and the measurements were recorded in Navisworks Simulate software. A prototype of the steel structure was created using Solidworks 2020, which was then used to position the silo at the correct height. A strength calculation was performed on the prototype using Comsol Multiphysics 5.4 software, and the necessary modifications were made.

As a result, a functional silo and a steel structure that was found to be durable under extreme conditions were obtained. The silo and steel structure can serve as a model in similar projects where the silo is connected to a factory at a specific height.