Process behavior and product quality in fertilizer manufacturing using continuous hopper transfer pan granulation—Experimental investigations

Fertilizers are commonly used to improve the soil quality in both conventional and organic agriculture. One such fertilizer is dolomite for which soil application in granulated form is advantageous. These granules are commonly produced from ground dolomite powder in continuous pan transfer granulators. During production, the granulator’s operation parameters affect the granules’ properties and thereby also the overall performance of the fertilizer. To ensure product granules of certain specifications and an efficient overall production, process control and intensification approaches based on mathematical models can be applied. However, the latter require high-quality quantitative experimental data describing the effects of process operation parameters on the granule properties. Therefore, in this article, such data is presented for a lab-scale experimental setup. Investigations were carried out into how variations in binder spray rate, binder composition, feed powder flow rate, pan inclination angle, and angular velocity affect particle size distribution, mechanical stability, and humidity. Furthermore, in contrast to existing work samples from both, pan granules and product granules are analyzed. The influence of operation parameter variations on the differences between both, also known as trajectory separation, is described quantitatively. The results obtained indicate an increase in the average particle size with increasing binder flow rate to feed rate and increasing binder concentration and the inclination angle of the pan. Compressive strength varied significantly depending on the operating parameters. Significant differences in properties were observed for the product and the intermediate (pan) samples. In fact, for some operation parameters, e.g., binder feed rate, the magnitude of the separation effect strongly depends on the specific value of the operation parameter. The presented concise data will enable future mathematical modeling of the pan granulation process, e.g., using the framework of population balance equations

Mechanical and Tribological Properties of Carbon-Based Graded Coatings

The paper presents research on coatings with advanced architecture, composed of a Cr/Cr2N ceramic/metal multilayer and graded carbon layers with varying properties from Cr/a-C:H to a-C:N. The microstructure of the coatings was analysed using transmission electron microscopy and Energy Dispersive Spectroscopy, the mechanical properties were tested by nanoindentation, spherical indentation, and scratch testing, and tribological tests were also conducted. The proper selection of subsequent layers in graded coatings allowed high hardness and fracture resistance to be obtained as well as good adhesion to multilayers. Moreover, these coatings have higher wear resistance than single coatings and a friction coefficient equal to 0.25

Combined Use of High-Sensitive Cardiac Troponin, Copeptin, and the Modified HEART Score for Rapid Evaluation of Chest Pain Patients.

Clinical short-term risk stratification is a recommended approach in patients with chest pain and possible acute myocardial infarction (AMI) to further improve high safety of biomarker-based rule-out algorithms. The study aim was to assess clinical performance of baseline concentrations of high-sensitivity cardiac troponin T (hs-TnT) and copeptin and the modified HEART score (mHS) in early presenters to the emergency department with chest pain. This cohort study included patients with chest pain with onset maximum of 6 h before admission and no persistent ST-segment elevation on electrocardiogram. hs-TnT, copeptin, and the mHS were assessed from admission data. The diagnostic and prognostic value for three baseline rule-out algorithms: (1) single hs-TnT < 14 ng/l, (2) hs-TnT < 14 ng/l/mHS ≤ 3, and (3) hs-TnT < 14 ng/l/mHS ≤ 3/copeptin < 17.4 pmol/l, was assessed with sensitivity and negative predictive value. Primary diagnostic endpoint was the diagnosis of AMI. Prognostic endpoint was death and/or AMI within 30 days. Among 154 enrolled patients, 44 (29%) were classified as low-risk according to the mHS; AMI was diagnosed in 105 patients (68%). For ruling out AMI, the highest sensitivity and NPV from all studied algorithms were observed for hs-TnT/mHS/copeptin (100%, 95% CI 96.6-100, and 100%, 95% CI 75.3-100). At 30 days, the highest event-free survival was achieved in patients stratified with hs-TnT/mHS/copeptin algorithm (100%) with 100% (95% CI 75.3-100) NPV and 100% (95% CI 96.6-100) sensitivity. The combination of baseline hs-TnT, copeptin, and the mHS has an excellent sensitivity and NPV for short-term risk stratification. Such approach might improve the triage system in emergency departments and be a bridge for inclusion to serial blood sampling algorithms

Finite element modelling of deformation and stress in the coating-substrate systems during scratch tests

W pracy przedstawiono wpływ obciążeń zewnętrznych przenoszonych w styku skoncentrowanym wywoływanych przez wgłębnik diamentowy podczas testu zarysowania na rozkład naprężeń w układzie powłoka–podłoże. Analizowano miejsca maksymalnej koncentracji naprężeń rozciągających prowadzących do pękania powłoki oraz naprężeń zredukowanych decydujących o uplastycznieniu podłoża. Analizy oparto o eksperymenty numeryczne z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Analizie poddano układy o różnych właściwościach materiałowych powłoki i podłoża oraz o różnej geometrii kontaktujących się elementów. W wyniku przeprowadzonych badań zauważono decydujący wpływ granicy plastyczności podłoża oraz grubości powłoki na rozkład naprężeń i deformacje całego systemu. Analizy numeryczne porównano z wynikami badań eksperymentalnych przeprowadzonych dla niepokrytych podłoży ze stali austenitycznej X5CrNi18-10 i ferrytycznej X20Cr13 oraz z powłokami ZrN o grubości 1 i 2 μm. W wyniku połączonej analizy MES i badań eksperymen-talnych określono poziom naprężeń prowadzących do zniszczenia powłoki.The paper presents the influence of external loads carried in contact load conditions caused by a diamond indenter during scratch testing on stress distribution in a coating-substrate. The maximum tensile stress concentrations that lead to coating fracture and the stresses that cause substrate yield were analysed. Analyses were based on numerical experiments using the finite element method. The analyses were carried out for systems with different material properties of coatings and substrates and with different geometries of contacting elements. The studies allowed the determination of the significant impact of substrate yield strength and coating thickness on stress distribution and deformations of the whole system. The results of numerical analysis were compared with the results of experimental tests for uncoated substrates – X5CrNi18-10 austenitic and X20Cr13 ferritic steels and with 1 and 2 μm thick ZrN coatings. As a result of this complex analysis, the level of stress that leads to coating fracture was determined

Effect of scratch test parameters on the deformation and fracture of coating-substrate systems

W publikacji zostały przedstawione rozważania na temat wyników badań uzyskiwanych w teście zarysowania. Omówiono najczęściej występujące formy niszczenia układów powłoka-podłoże przy obciążeniach krytycznych. Analizowano deformacje i pękanie oraz kolejne fazy niszczenia powłok. Badano wpływ parametrów testu jak prędkość przesuwu wgłębnika, prędkość narastania obciążenia w czasie na uzyskiwane wyniki badań, a analizę oparto o rachunek prawdopodobieństwa wystąpienia pęknięcia w powłoce przy zadanym obciążeniu. Model analityczny porównano z wynikami badań eksperymentalnych przeprowadzonych dla powłok ceramicznych TiN i CrN. Do badań wykorzystano próbki o podłożu ze stali X20Crl3 z naniesionymi metodą PLD (Pulsed Laser Deposition) powłokami ceramicznymi.The paper presents studies on the results obtained in scratch testing. The most common failure forms in coating-substrate systems, their deformations, and fracture are discussed. The research program indicated the effect of test parameters such as speed of the indenter dx/dt, the rate of load rise dL/dt on the obtained critical loads. The analysis of results was based on the calculation of crack probability in the coating at certain load. The results of analytical model were compared with the results of experimental tests performed on TiN and CrN ceramic coatings deposited on X20Crl3 steel substrates

Badanie wytrzymałości i odporności na zużycie powłok ZrN

The article presents the results of mechanical and tribological studies of ZrN coatings that allowed the determination of their hardness, elasticity modulus, and scratch and wear resistance. Tests were carried out for 1, 1.4, and 2 μm thick ZrN coatings deposited on X5CrNi18-10 austenitic steel substrates by PVD technology. Hardness and Young's modulus of coatings, evaluated by nanoindentation, were within the 26–32 GPa, and 330–360 GPa ranges, respectively. Analysis of the adhesion of the coating to the substrate was carried out based on the results of the scratch test. The highest critical load values of LC1 and LC2 were measured for the 1.4 μm thick coating. Tribological tests performed using a ball-on-disc tribotester showed that the wear resistance increases with coating thickness. This was accompanied by a reduction of the coefficient of friction from 0.22 to 0.17.W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych powłok ZrN pozwalające określić ich wytrzymałość i odporność na zużycie. Badania przeprowadzono dla powłok ZrN o grubościach 1, 1,4 i 2 μm osadzonych na podłożach ze stali austenitycznej X5CrNi18-10 metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej PVD. Metodą nanoindentacji określono twardość i moduł sprężystości powłok wynoszące odpowiednio 26–32 GPa oraz 330–360 GPa. Analizę wytrzymałości połączenia powłok z podłożem oparto o wyniki testu zarysowania. Najwyższe wartości obciążeń krytycznych LC1 i LC2 zmierzono dla powłoki o grubości 1,4 μm. Testy tribologiczne wykonane w styku kula-tarcza wykazały, że odporność na zużycie powłok rośnie wraz z grubością. Towarzyszy temu zmniejszenie wartości współczynnika tarcia z 0,22 do 0,17

Wpływ naprężeń własnych na nośność powierzchni z powłokami PVD

The article presents the results of spherical indentation modelling of coating-substrate systems. Modelling was carried out using the finite element method. First of all, the effect of the coating thickness on system deformation and stress distribution was taken into analysis, assuming coating thicknesses of 1, 2, and 5 μm, which are typical for tribological applications as well as models with infinitely thick coating and without a coating. The evolution of maximum radial stresses in the indentation within 0 to 3N load is presented. A significant effect of the coating thickness on the value and location of the maximum stress concentration was observed. The effect of internal stresses on surface bearing capacity with PVD coatings was also analysed. The paper presents the possibility of creating failure maps of coating–substrate systems for the assumed mechanical properties of materials, which allows one to determine the load capacity of coated surface or choose the optimal coating thickness when the maximum strength and contact geometry are known.W artykule zostały przedstawione wyniki modelowania sferycznej indentacji układów powłoka-podłoże. Modelowanie prowadzono z użyciem metody elementów skończonych. Analizowano przede wszystkim wpływ grubości powłoki na deformacje układu i rozkład naprężeń, przyjmując typowe w tribologicznych aplikacjach grubości powłok 1, 2 i 5 μm oraz modele z nieskończenie grubą powłoką i bez powłoki. Przedstawiono ewolucję głównie przy maksymalnych naprężeniach promieniowych w zakresie obciążenia wgłębnika od 0 do 1 N. Zaobserwowano istotny wpływ grubości powłoki na wartość i miejsca maksymalnej koncentracji naprężeń. Analizowano także wpływ naprężeń własnych na nośność powierzchni z powłokami PVD. W pracy przedstawiono możliwość tworzenia map niszczenia układów powłoka–podłoże dla założonych właściwości mechanicznych materiałów, dzięki której można określić zakres nośności powierzchni układu lub dobrać optymalną grubość powłoki przy znajomości maksymalnej siły i geometrii kontaktu