TY - THES

T1 - Parameterevaluierung für den kontinuierlichen Chargiervorgang von Eisenerzen und Zuschlägen im Wasserstoff-Plasma-Schmelzreduktionsprozess

AU - Cejka, Julian

N1 - nicht gesperrt

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Die Brisanz des Klimawandels macht auch vor der Eisen- und Stahlmetallurgie nicht halt. Der anthropogene CO2-Ausstoß beträgt jährlich etwa 36,4 Milliarden Tonnen, wovon etwa 10 % auf die EU entfallen. Mit 221 Millionen Tonnen CO2 ist die Eisen- und Stahlindustrie für 5,7 % der europäischen Emissionen verantwortlich. Als eine der aussichtsreichsten Technologien für eine CO2-freie Stahlproduktion gilt die Wasserstoffplasmaschmelzreduktion (Hydrogen Plasma Smelting Reduction HPSR), an welcher der Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie der Montanuniversität Leoben seit drei Jahrzehnten mit einem eigenem Versuchsreaktor forscht. Bei dieser wird Feinsterz über eine Hohlelektrode eingebracht und mittels Wasserstoff-Argon-Plasmas reduziert, welches sowohl durch den zumindest teilweise ionisierten Zustand des Wasserstoffes als auch durch die hohen Temperaturen die Reaktion begünstigt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung optimaler Prozessparameter für einen kontinuierlichen Prozess.Eine Literaturrecherche im ersten Teil dieser Arbeit stellt verschiedene Einflüsse auf die Kinetik der Reduktion mit Wasserstoffplasma dar. Hierbei werden sowohl Prozessparameter wie der Wasserstoffgehalt im zugeführten Gas als auch die chemische Analyse und die Basizität des eingesetzten Eisenerzes behandelt.Der experimentelle Teil beinhaltet drei Versuchsreihen mit kontinuierlicher Chargierung. Dabei wurden die beiden Prozessparameter Chargiergeschwindigkeit und Wasserstoffanteil betrachtet und die daraus folgenden Auswirkungen auf Prozessdauer und spezifischen Wasserstoffverbrauch ermittelt. Es zeigt sich, dass vor allem hohe Erzzufuhrraten bei niedrigen Wasserstoffgehalten während der Chargierung die besten Ergebnisse erzielen. Weiters wird auch ein in der Literatur genutzter Wert für die Reduktionskonstante bestätigt.Abschließend wird ein Ausblick auf weitere zu beachtende Aspekten gegeben. Dabei steht das Upscaling eines Pilotreaktors im Vordergrund.

AB - Die Brisanz des Klimawandels macht auch vor der Eisen- und Stahlmetallurgie nicht halt. Der anthropogene CO2-Ausstoß beträgt jährlich etwa 36,4 Milliarden Tonnen, wovon etwa 10 % auf die EU entfallen. Mit 221 Millionen Tonnen CO2 ist die Eisen- und Stahlindustrie für 5,7 % der europäischen Emissionen verantwortlich. Als eine der aussichtsreichsten Technologien für eine CO2-freie Stahlproduktion gilt die Wasserstoffplasmaschmelzreduktion (Hydrogen Plasma Smelting Reduction HPSR), an welcher der Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie der Montanuniversität Leoben seit drei Jahrzehnten mit einem eigenem Versuchsreaktor forscht. Bei dieser wird Feinsterz über eine Hohlelektrode eingebracht und mittels Wasserstoff-Argon-Plasmas reduziert, welches sowohl durch den zumindest teilweise ionisierten Zustand des Wasserstoffes als auch durch die hohen Temperaturen die Reaktion begünstigt. Das Ziel dieser Arbeit ist die Ermittlung optimaler Prozessparameter für einen kontinuierlichen Prozess.Eine Literaturrecherche im ersten Teil dieser Arbeit stellt verschiedene Einflüsse auf die Kinetik der Reduktion mit Wasserstoffplasma dar. Hierbei werden sowohl Prozessparameter wie der Wasserstoffgehalt im zugeführten Gas als auch die chemische Analyse und die Basizität des eingesetzten Eisenerzes behandelt.Der experimentelle Teil beinhaltet drei Versuchsreihen mit kontinuierlicher Chargierung. Dabei wurden die beiden Prozessparameter Chargiergeschwindigkeit und Wasserstoffanteil betrachtet und die daraus folgenden Auswirkungen auf Prozessdauer und spezifischen Wasserstoffverbrauch ermittelt. Es zeigt sich, dass vor allem hohe Erzzufuhrraten bei niedrigen Wasserstoffgehalten während der Chargierung die besten Ergebnisse erzielen. Weiters wird auch ein in der Literatur genutzter Wert für die Reduktionskonstante bestätigt.Abschließend wird ein Ausblick auf weitere zu beachtende Aspekten gegeben. Dabei steht das Upscaling eines Pilotreaktors im Vordergrund.

KW - Wasserstoff

KW - Plasma

KW - Schmelzreduktion

KW - Schlacke

KW - Eisenherstellung

KW - Primärmetallurgie

KW - Wasserstoff

KW - Plasma

KW - Schmelzreduktion

KW - Schlacke

KW - Eisenherstellung

KW - Primärmetallurgie

M3 - Masterarbeit

ER -