TY - THES

T1 - Evaluierung des Brennstoffeinflusses beim Schmelzen verunreinigter Schrotte mit Salz

AU - Winter, Florian

N1 - gesperrt bis 17-05-2029

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Im Rahmen eines Projektes zur Erreichung der Klimaneutralität wird der Einsatz alternativer, emissionsfreier Beheizungskonzepte in Schmelzöfen für verunreinigte Aluminiumschrotte evaluiert. Insbesondere der Einsatz von Wasserstoffbrennern anstelle herkömmlicher Erdgasbrenner erweist sich in diesem Zusammenhang als vielversprechend. Eine Umrüstung führt jedoch zwangsläufig zu einer Veränderung der Atmosphäre in den Kipptrommelöfen. Neben dem Wegfall von brennstoffbedingten CO2-Emissionen ist vor allem mit einem Anstieg des Wasserdampfgehaltes zu rechnen. Die H2O-Konzentation in der Ofenatmosphäre steigt theoretisch von 67 Vol. % auf 100 Vol. % bei der Verbrennung von Wasserstoff anstelle von Erdgas. Bislang ist unerforscht, inwiefern eine solche Veränderung die Schmelzequalität, das Metallausbringen und die Eigenschaften der Salzschlacke beeinflussen. Um dies zu evaluieren erfolgt im Rahmen dieser Arbeit das Schmelzen mehrerer Schrottchargen zu je 10 kg mit Schmelzsalz in einem an die industriellen Aggregate angelehnten Labor-Kipptrommelofen. Der eingesetzte Brenner mit einer Nennleistung von 30 kW kann sowohl Methan, die Hauptkomponente in Erdgas, als auch Wasserstoff mit Sauerstoff verfeuern. Die Gattierung umfasst eine Mischung aus Kapselband, Blechschrott der Legierungsklasse 5xxx und magnesiumreiche Krätze. Zur Beurteilung der Schmelzequalität kommt der Dichte-Index zum Einsatz. Weiters liefert eine detaillierte Massenbilanz inklusive Aufbereitung der Salzschlacke Auskunft über die Schmelzausbeute und die Oxidationsverluste. Es zeigt sich, dass der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff zu einer tendenziellen Erhöhung des Dichte-Index führt. Diese ist vermutlich auf einen Anstieg des Wasserstoffgehaltes im flüssigen Metall zurückzuführen. Weiters ist das Metallausbringen im Vergleich zu den Erdgasversuchen durchschnittlich um 9,4 % höher. Die potenzielle Ursache dafür ist eine signifikant verkürzte Aufschmelz- bzw. Chargendauer bei identer Brennerleistung. Dies lässt auf einen veränderten Wärmeübergang im Ofen schließen. Die verbesserte Ausbeute ist auf einen um 7,0 % geringeren Metallanteil in der Salzschlacke und um 2,4 % verringerte Oxidationsverluste zurückzuführen. Diese Beobachtungen zeigen, dass eine Umrüstung des Beheizungskonzeptes in diesen Öfen auf Wasserstoffbrenner im Rahmen der Dekarbonisierung grundsätzlich möglich ist. Diverse Aspekte, wie die Wäremübertragung im Ofen sowie potenziell veränderte Gasbildungseigenschaften der gebildeten Salzschlacke müssen in weiterführenden Untersuchungen allerdings noch analysiert werden.

AB - Im Rahmen eines Projektes zur Erreichung der Klimaneutralität wird der Einsatz alternativer, emissionsfreier Beheizungskonzepte in Schmelzöfen für verunreinigte Aluminiumschrotte evaluiert. Insbesondere der Einsatz von Wasserstoffbrennern anstelle herkömmlicher Erdgasbrenner erweist sich in diesem Zusammenhang als vielversprechend. Eine Umrüstung führt jedoch zwangsläufig zu einer Veränderung der Atmosphäre in den Kipptrommelöfen. Neben dem Wegfall von brennstoffbedingten CO2-Emissionen ist vor allem mit einem Anstieg des Wasserdampfgehaltes zu rechnen. Die H2O-Konzentation in der Ofenatmosphäre steigt theoretisch von 67 Vol. % auf 100 Vol. % bei der Verbrennung von Wasserstoff anstelle von Erdgas. Bislang ist unerforscht, inwiefern eine solche Veränderung die Schmelzequalität, das Metallausbringen und die Eigenschaften der Salzschlacke beeinflussen. Um dies zu evaluieren erfolgt im Rahmen dieser Arbeit das Schmelzen mehrerer Schrottchargen zu je 10 kg mit Schmelzsalz in einem an die industriellen Aggregate angelehnten Labor-Kipptrommelofen. Der eingesetzte Brenner mit einer Nennleistung von 30 kW kann sowohl Methan, die Hauptkomponente in Erdgas, als auch Wasserstoff mit Sauerstoff verfeuern. Die Gattierung umfasst eine Mischung aus Kapselband, Blechschrott der Legierungsklasse 5xxx und magnesiumreiche Krätze. Zur Beurteilung der Schmelzequalität kommt der Dichte-Index zum Einsatz. Weiters liefert eine detaillierte Massenbilanz inklusive Aufbereitung der Salzschlacke Auskunft über die Schmelzausbeute und die Oxidationsverluste. Es zeigt sich, dass der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff zu einer tendenziellen Erhöhung des Dichte-Index führt. Diese ist vermutlich auf einen Anstieg des Wasserstoffgehaltes im flüssigen Metall zurückzuführen. Weiters ist das Metallausbringen im Vergleich zu den Erdgasversuchen durchschnittlich um 9,4 % höher. Die potenzielle Ursache dafür ist eine signifikant verkürzte Aufschmelz- bzw. Chargendauer bei identer Brennerleistung. Dies lässt auf einen veränderten Wärmeübergang im Ofen schließen. Die verbesserte Ausbeute ist auf einen um 7,0 % geringeren Metallanteil in der Salzschlacke und um 2,4 % verringerte Oxidationsverluste zurückzuführen. Diese Beobachtungen zeigen, dass eine Umrüstung des Beheizungskonzeptes in diesen Öfen auf Wasserstoffbrenner im Rahmen der Dekarbonisierung grundsätzlich möglich ist. Diverse Aspekte, wie die Wäremübertragung im Ofen sowie potenziell veränderte Gasbildungseigenschaften der gebildeten Salzschlacke müssen in weiterführenden Untersuchungen allerdings noch analysiert werden.

KW - hydrogen

KW - decarbonisation

KW - aluminiumrecycling

KW - tilting drum furnace

KW - density index

KW - Wasserstoff

KW - Dekarbonisierung

KW - Kipptrommelofen

KW - Aluminiumrecycling

KW - Dichte-Index

U2 - 10.34901/MUL.PUB.2024.181

DO - 10.34901/MUL.PUB.2024.181

M3 - Masterarbeit

ER -