TY - BOOK

T1 - Ermittlung der Grundlagen für die Skalierung von Plasma-Schmelzreduktionsreaktoren für die Eisenherstellung

AU - Zarl, Michael Andreas

N1 - gesperrt bis 08-06-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Stahl ist heute aus keiner modernen Anwendung mehr wegzudenken. Er ist mit dem modernen Leben auf untrennbare Weise verknüpft. Gleichzeitig spielt Stahl im Kampf gegen den Klimawandel ebenfalls eine große Rolle. Einerseits als Werkstoff der Wahl, um bestehende Probleme zu lösen und andererseits ist die Stahlindustrie durch die prozessinhärenten Emissionen von Treibhausgasen (THG) an der derzeitigen Situation beteiligt. Die Implementierung von THG-freien Stahlherstellungsprozessen ist für die Zukunft von unbestrittener Wichtigkeit. Eines der vielversprechendsten Konzepte für die zukünftige THG-freie Herstellung von Stahl ist der Wasserstoff Plasma Schmelzreduktionsprozess (HPSR Prozess). Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Ermittlung von Grundlagenparametern für das Scale-up des genannten Prozesses. Neben den dafür notwendigen theoretischen Grundlagen werden in der Arbeit die Themengebiete des Lichtbogensystems, der feuerfesten Zustellung des Reaktors und der thermodynamischen Simulation des Prozesses näher betrachtet. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte ein dimensionsloses Kennzahlensystem zur Beschreibung der Lichtbogenstabilität und Qualität erstellt werden. Die gezeigten Kennzahlen beschreiben die Stabilität und Qualität des Lichtbogens in vordefinierten Bereichen mittels Lichtbogenstabilitätskennzahl (Zs) und Arc Stability Indizes (ASId und ASIt). In Bezug auf das Feuerfestkonzept der Anlage wurde die mögliche Prozessführung der Schlacke an die Gegebenheiten im Prozess angepasst und skizziert. Des Weiteren wurde die Eignung von MA-Spinell Tiegel für die Anwendung im HPSR Prozess untersucht. Zur Vereinfachung der Definition von Auslegungsparametern für kommende Anlagen werden die Ergebnisse des thermodynamischen Berechnungsmodells ebenfalls im Zuge dieser Arbeit prasentiert und mit Versionen aus vorherigen Arbeiten verglichen. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit konnte ein weiterer Grundstein für das Scale-up des Prozesses gelegt werden. Die Anwendung des Prozesses rückt somit erneut einen Schritt näher.

AB - Stahl ist heute aus keiner modernen Anwendung mehr wegzudenken. Er ist mit dem modernen Leben auf untrennbare Weise verknüpft. Gleichzeitig spielt Stahl im Kampf gegen den Klimawandel ebenfalls eine große Rolle. Einerseits als Werkstoff der Wahl, um bestehende Probleme zu lösen und andererseits ist die Stahlindustrie durch die prozessinhärenten Emissionen von Treibhausgasen (THG) an der derzeitigen Situation beteiligt. Die Implementierung von THG-freien Stahlherstellungsprozessen ist für die Zukunft von unbestrittener Wichtigkeit. Eines der vielversprechendsten Konzepte für die zukünftige THG-freie Herstellung von Stahl ist der Wasserstoff Plasma Schmelzreduktionsprozess (HPSR Prozess). Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Ermittlung von Grundlagenparametern für das Scale-up des genannten Prozesses. Neben den dafür notwendigen theoretischen Grundlagen werden in der Arbeit die Themengebiete des Lichtbogensystems, der feuerfesten Zustellung des Reaktors und der thermodynamischen Simulation des Prozesses näher betrachtet. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte ein dimensionsloses Kennzahlensystem zur Beschreibung der Lichtbogenstabilität und Qualität erstellt werden. Die gezeigten Kennzahlen beschreiben die Stabilität und Qualität des Lichtbogens in vordefinierten Bereichen mittels Lichtbogenstabilitätskennzahl (Zs) und Arc Stability Indizes (ASId und ASIt). In Bezug auf das Feuerfestkonzept der Anlage wurde die mögliche Prozessführung der Schlacke an die Gegebenheiten im Prozess angepasst und skizziert. Des Weiteren wurde die Eignung von MA-Spinell Tiegel für die Anwendung im HPSR Prozess untersucht. Zur Vereinfachung der Definition von Auslegungsparametern für kommende Anlagen werden die Ergebnisse des thermodynamischen Berechnungsmodells ebenfalls im Zuge dieser Arbeit prasentiert und mit Versionen aus vorherigen Arbeiten verglichen. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit konnte ein weiterer Grundstein für das Scale-up des Prozesses gelegt werden. Die Anwendung des Prozesses rückt somit erneut einen Schritt näher.

KW - Wasserstoff

KW - Plasma

KW - Schmelzreduktion

KW - Schlacke

KW - Eisenherstellung

KW - Prim�rmetallurgie

KW - Thermodynamische Simulation

KW - Hydrogen

KW - Plasma

KW - Smelting reduction

KW - slag

KW - iron making

KW - primary metallurgy

KW - thermodynamic simulation

M3 - Dissertation

ER -