TY - THES

T1 - Methodenentwicklung zur Staubcharakterisierung beim Wasserstoffplasma-Schmelzreduktionsprozess

AU - Lanzmaier, Roberto

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die Stahlindustrie muss bis 2050 ihre CO2-Emissionen gemäß dem Pariser Klimaschutzabkommen drastisch reduzieren. Der Wasserstoffplasma-Schmelzreduktionsprozess (HPSR) bietet dazu eine klimafreundliche Alternative. Um die Effizienz der HPSR zu steigern, ist eine erhöhte Wasserstoffnutzung im Prozessgas notwendig, was in Zukunft durch die Implementierung einer Vorreduktionsstufe erfolgen soll. Dafür muss das HPSR-Abgas, insbesondere die Staubfraktion, charakterisiert werden, da prozessrelevante Eigenschaften wie chemische Zusammensetzung und Korngrößenverteilung des Staubs die Technologieauswahl beeinflussen. Diese Arbeit entwickelt ein Probenahmesystem für den Abgasstaub der HPSR-Anlage am Werksgelände der voestalpine Stahl Donawitz GmbH und demonstriert geeignete Analysenmethoden zur Staubcharakterisierung. Dabei werden übliche Systeme in einer umfangreichen Literaturrecherche identifiziert, beleuchtet und gegenübergestellt. Daraus ergibt sich für die Anlage eine optimal ausgelegte Zusammenstellung der notwendigen Komponenten und die Identifizierung des richtigen Probenahmeorts des Probenahmesystems am bestehenden Abgasrohr der Anlage. Das konzipierte System soll dabei annähernd isokinetisch arbeiten, um Entmischung zu vermeiden. Zur Abgasgeschwindigkeitsmessung kommt ein Schwebekörper-Durchflussmesser zum Einsatz. Ergänzend erfolgen Messungen von Temperatur, Druck, Volumenstrom und Gaszusammensetzung. Die Staubproben werden chemisch analysiert und auf Korngrößenverteilung sowie Erweichungsverhalten untersucht. Erste Ergebnisse zeigen einen hohen Anteil an Eisen- und Oxidverbindungen, grobkörnige Partikel, sowie niedrigschmelzende Phasen. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen zum Abgasstaub und der Vorreduktionstechnologie.

AB - Die Stahlindustrie muss bis 2050 ihre CO2-Emissionen gemäß dem Pariser Klimaschutzabkommen drastisch reduzieren. Der Wasserstoffplasma-Schmelzreduktionsprozess (HPSR) bietet dazu eine klimafreundliche Alternative. Um die Effizienz der HPSR zu steigern, ist eine erhöhte Wasserstoffnutzung im Prozessgas notwendig, was in Zukunft durch die Implementierung einer Vorreduktionsstufe erfolgen soll. Dafür muss das HPSR-Abgas, insbesondere die Staubfraktion, charakterisiert werden, da prozessrelevante Eigenschaften wie chemische Zusammensetzung und Korngrößenverteilung des Staubs die Technologieauswahl beeinflussen. Diese Arbeit entwickelt ein Probenahmesystem für den Abgasstaub der HPSR-Anlage am Werksgelände der voestalpine Stahl Donawitz GmbH und demonstriert geeignete Analysenmethoden zur Staubcharakterisierung. Dabei werden übliche Systeme in einer umfangreichen Literaturrecherche identifiziert, beleuchtet und gegenübergestellt. Daraus ergibt sich für die Anlage eine optimal ausgelegte Zusammenstellung der notwendigen Komponenten und die Identifizierung des richtigen Probenahmeorts des Probenahmesystems am bestehenden Abgasrohr der Anlage. Das konzipierte System soll dabei annähernd isokinetisch arbeiten, um Entmischung zu vermeiden. Zur Abgasgeschwindigkeitsmessung kommt ein Schwebekörper-Durchflussmesser zum Einsatz. Ergänzend erfolgen Messungen von Temperatur, Druck, Volumenstrom und Gaszusammensetzung. Die Staubproben werden chemisch analysiert und auf Korngrößenverteilung sowie Erweichungsverhalten untersucht. Erste Ergebnisse zeigen einen hohen Anteil an Eisen- und Oxidverbindungen, grobkörnige Partikel, sowie niedrigschmelzende Phasen. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen zum Abgasstaub und der Vorreduktionstechnologie.

KW - dust characterization

KW - exhaust gas dust

KW - smelting reduction

KW - iron ore

KW - hydrogen reduction

KW - Staubcharakterisierung

KW - Abgasstaub

KW - Schmelzreduktion

KW - Eisenerz

KW - Wasserstoffreduktion

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.236

DO - 10.34901/mul.pub.2024.236

M3 - Masterarbeit

ER -