Oulun yliopiston prosessimetallurgian tutkimusyksikköön rakennettiin FFS1 ja FFS2 projektien aikana ainutlaatuinen laboratoriomittakaavan valokaariuunisimulaattori (EAF-SIM). Laitteisto on mahdollistanut uusien terästeollisuuden raaka-aineiden, kuten vetypelkistettyjen pellettien ja brikettien sulamiskäyttäytymisen tutkimuksen ja reaaliaikaisen monitoroinnin FFS2 projektin aikana. Uunin pääarkkitehtinä ja operoijana toimii laboratorioinsinööri Tommi Kokkonen, mittalaitekehityksestä vastaa tutkijatohtori Henri Pauna, ja uunin pääasiallisena koekäyttäjänä toimii väitöskirjatutkija Matias Hauru.
EAF-SIM-uunia operoidaan argon-atmosfäärissä 50–125 A virralla sekä 20–40 V jännitteellä. Uunin katodina käytetään yksittäistä grafiittielektrodia ja anodina toimii grafiittilevy uunin pohjalla, jonka päälle sulatettava materiaali asetetaan joko upokkaassa tai teräspidikkeellä. Uunin katossa on kolme porttia, joista upokkaaseen voidaan myös lisätä materiaalia, kuten kuonaa sulatuksen aikana. Uunin mielenkiintoisin osa on sen kestävä kvartsi-ikkuna, joka mahdollistaa valokaaren ja sulatusprosessin reaaliaikaisen monitoroinnin videokameralla sekä optisella emissiospektroskopialla.
Laitteistokehitys on jatkunut FFS2 projektissa, jonka aikana laitteella on tutkittu
- Yksittäisten pelkistettyjen pellettien sulatusta teräspidikkeillä
- Upokassulatuksia (100–300g materiaalia upokkaassa) romuille, DRI:lle, ja HBI:lle
- Kuona-, romu-, DRI-, HBI-, ja brikettilisäyksiä sulapintaan kokeen aikana valokaaren läsnäollessa
Kuva 2 kokoaa esimerkkikuvia yhden pelletin sulatuksista kesäkuussa 2025, romupanoksen upokassulatuksista joulukuussa 2025, sekä valokaariuunin piirustuksista (uunin piirustukset muokattu vertaisarvioidusta FFS2-artikkelista [1] CC BY 4.0 lisenssin mukaan). Romun sulatusta voi seurata lyhyistä videoista, jotka on liitetty tähän tiedotteeseen.
Tutkimuksen seuraava askel on julkaista vuoden 2025 aikana saadut tulokset, syventyä eri materiaalien sulamiskäyttäytymisten eroihin, sekä tutkia teollisuuden sivuvirtojen hyödyntämistä valokaariuunisulatuksessa. EAF-SIM mahdollistaa monipuolisen raaka-ainekirjon, jossa materiaali voidaan panostaa suoraan upokkaaseen tai lisätä sulapinnalle sulatuksen aikana.
Liitteet ja viittaukset
[1] H. Pauna et al., Hydrogen Direct Reduced Iron Melting in an Electric Arc Furnace: Benefits of In Situ Monitoring (2025), Volume 11, pages 4655–4667, https://doi.org/10.1007/s40831-025-01261-6
FFS2-projekti on saanut rahoitusta Business Finlandilta