Kurzbeschreibung der Problemstellung

Um die Stahlindustrie nachhaltiger und kohlenstoffarm zu gestalten, ist die Entwicklung von Prozessen notwendig, die anstelle der karbothermischen Reduktion wasserstoffbasierte Reduktionsverfahren nutzen. Der Wasserstoffplasma-Schmelzreduktionsprozess (HPSR) ist eine vielversprechende alternative Stahlherstellungstechnologie, die seit 1995 am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie entwickelt wird.

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Reduktionskinetik des betrachteten Prozesses im erweiterten Maßstab zu analysieren und die Ergebnisse mit bereits vorhandenen internen sowie externen Daten zu vergleichen. Der Schwerpunkt liegt auf Reduktionsversuchen, die sowohl in Stahltiegeln als auch in speziell entwickelten Tiegeln durchgeführt werden, um den Einfluss der Badoberfläche und der Badtiefe zu untersuchen.
Im ersten Schritt werden die Grenzen des aktuellen Systems hinsichtlich maximaler Gasdurchflussrate, Gaszusammensetzungen und der Konstruktion eines ersten Designs für isolierte Spezialtiegel ermittelt.
Anschließend wird das Einsatzmaterial vorgeschmolzen, mittels Röntgenfluoreszenzanalyse charakterisiert und das pseudoternäre System des IOC-Erzes in Bezug auf die FeO-Aktivität und die Liquidustemperatur untersucht.
Auf Basis dieser Ergebnisse wird ein Versuchsplan für die Reduktionsversuche erstellt. Ziel ist es, die kinetische Limitierung der maximalen Gasdurchflussmenge zu bestimmen und anschließend verschiedene FeO-Gehalte bei dieser Durchflussmenge zu analysieren. Vergleichsversuche mit unterschiedlichen Badhöhen sollen Aufschluss über eine mögliche kinetische Limitierung in Bezug auf das Schmelzvolumen oder die Schmelzoberfläche geben.
Je nach Umfang der Versuche wird zudem der Einfluss verschiedener H2 -Partialdrücke sowie der H2 Zugabepunkte untersucht. Dabei wird zwischen der Zugabe über eine Hohlelektrode und einer lateralen Lanze differenziert.