Topics for Theses

The depart­ment offers topics for Bachelor’s and Master’s the­ses as well as stu­dent rese­arch pro­jects. If noted in the respec­ti­ve exami­na­ti­on regu­la­ti­ons, the the­sis can be writ­ten in eit­her Ger­man or Eng­lish in agree­ment with the examiner.

Wirtschaftliche und ökologische Bewertung von Maßnahmen zur Dekarbonisierung in einem EAF-Stahlwerk

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Felix Kai­ser | Beginn: ab sofort

Die Stahl­in­dus­trie ver­ur­sacht rund 7 % aller Treib­haus­gas­emis­sio­nen welt­weit. Um CO2-Emis­sio­nen der Stahl­in­dus­trie zu redu­zie­ren, fin­det der­zeit eine Trans­for­ma­ti­on zu einer umwelt­freund­li­chen Stahl­pro­duk­ti­on statt. Im Fokus steht dabei die Dekar­bo­ni­sie­rung der Pro­duk­ti­ons­pro­zes­se durch den Ein­satz von erneu­er­ba­ren Ener­gien und Was­ser­stoff, mit denen fos­si­le, koh­len­stoff­ba­sier­te Roh­stof­fe und Ener­gie­trä­ger ersetzt wer­den. Die­se Umstel­lung erfor­dert jedoch auf­wän­di­ge tech­no­lo­gi­sche Modi­fi­ka­tio­nen, die in Abhän­gig­keit der Pro­duk­ti­ons­pro­zes­se in jedem Stahl­werk indi­vi­du­ell aus­ge­wählt und gestal­tet wer­den müs­sen.  Ziel der Arbeit ist die wirt­schaft­li­che und öko­lo­gi­sche Bewer­tung von Maß­nah­men zur Dekar­bo­ni­sie­rung in einem EAF-Stahl­werk. Dazu müs­sen die Pro­zes­se in einem Stahl­werk mit Elek­tro­licht­bo­gen­ofen (EAF) hin­sicht­lich der CO2e-Emis­sio­nen ana­ly­siert wer­den, um dar­auf basie­rend Moder­ni­sie­rungs­maß­nah­men abzu­lei­ten und zu bewerten.

Techno-ökonomische Analyse des Flexibilitätspotentials von Thermoprozessanlagen im Kontext der Energiewende

Bache­lor-/Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Cars­ten Gon­dorf | Beginn: ab sofort

Mit­tel- bis lang­fris­tig müs­sen ener­gie­in­ten­si­ve Anla­gen auf eine CO2-arme bzw. neu­tra­le Pro­zess­wär­me­er­zeu­gung umge­stellt wer­den. Fle­xi­ble Pro­zess­ket­ten und Anla­gen­kon­zep­te haben gro­ßes Poten­ti­al für den Ein­satz unter sich ver­än­dern­den Rah­men­be­din­gun­gen. Die Arbeit soll einen Bei­trag zur Ana­ly­se der Wirt­schaft­lich­keit von fle­xi­ble ein­ge­setz­ten Ther­mo­pro­zess­an­la­gen und Indus­trie­öfen unter dyna­mi­schen Rah­men­be­din­gun­gen (vola­ti­ler Ener­gie­markt) leis­ten. Auf Basis der Ergeb­nis­se sol­len fle­xi­ble Pro­zess­ket­ten und Anla­gen­kon­zep­te (u.a. Last­ver­schie­bung, hybri­de Behei­zungs­kon­zep­te, Spei­cher) in Bezug auf ihre öko­lo­gi­sche und öko­no­mi­sche Vor­teil­haf­tig­keit bewer­tet werden.

Modellierung der Strömung und Wärmeübertragung in elektrisch beheizten Thermoprozessanlagen

Bache­lor-/Mas­ter-/Se­mi­nar-/Pro­jekt­ar­beit | Ansprech­part­ner: Jan Menz­ler | Beginn: ab sofort

Die von der metall­erzeu­gen­den und ‑ver­ar­bei­ten­den Indus­trie benö­tig­te Pro­zess­wär­me wird aktu­ell haupt­säch­lich durch die Ver­bren­nung fos­si­ler Ener­gie­trä­ger erzeugt. Ein Ansatz zur Emis­si­ons­re­du­zie­rung ist die Elek­tri­fi­zie­rung der Anla­gen. Im Rah­men einer stu­den­ti­schen Arbeit sol­len Model­le zur mathe­ma­ti­schen Beschrei­bung ver­schie­de­ner elek­tri­scher Behei­zungs- und Strö­mungs­füh­rungs­kon­zep­te basie­rend auf expe­ri­men­tel­len Unter­su­chun­gen ent­wi­ckelt werden.

Experimentelle Untersuchung von Verunreinigungen in Wasserstoff bei industriellen Verbrennungsprozessen

Bache­lor-/Mas­ter-/Pro­jekt­ar­beit | Ansprech­part­ner: Lukas San­kow­ski | Beginn: ab sofort

Das Ziel des vom IOB koor­di­nier­ten EU-Pro­jekts „HyIn­Heat“ ist, den Ein­satz von Was­ser­stoff als Brenn­stoff in den Hoch­tem­pe­ra­tur­pro­zes­sen der Stahl- und Alu­mi­ni­um­in­dus­trie zu demons­trie­ren. Die Ver­un­rei­ni­gung von Was­ser­stoff mit ande­ren Spe­zi­es (N2, O2, H2O, CO2, CH4) kann wäh­rend der ver­schie­de­nen Pro­duk­ti­ons­we­ge auf­tre­ten. Die Aus­wir­kun­gen von H2-Ver­un­rei­ni­gun­gen (bis zu 2 Vol.-%) auf die kali­brier­te Durch­fluss­mess­tech­nik und die Ver­bren­nungs­re­ge­lung sol­len im Tech­ni­kum des IOB durch das Mischen tech­ni­scher Gase in einem Durch­fluss­mess­prüf­stand, der mit einem Bren­ner­prüf­stand ver-bun­den ist, unter­sucht wer­den. Dabei wer­den auch die Aus­wir­kun­gen auf die Ver­bren­nungs­re­ge­lung und den Bren­ner­be­trieb erforscht.

Entwicklung und experimentelle Validierung von numerischen
Wärmeübergangsmodellen für Prallstrahlen

Bache­lor-/Haupt­se­mi­nar-/ Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Eileen Tram­pe | Beginn: ab sofort

Ausschreibung CFD-Prallstrahl

Ziel der Arbeit ist die Ent­wick­lung von Wär­me­über­gangs­mo­del­len für Prall­strah­len mit dem CFD-Pro­gramm Ansys Flu­ent. Es sol­len die Ein­flüs­se ver­schie­de­ner Tur­bu­lenz­mo­del­le sowie Netz­ein­stel­lun­gen auf die nume­ri­sche Model­lie­rung cha­rak­te­ri­siert wer­den. Die gewon­nen Ergeb­nis­se sol­len anhand einer expe­ri­men­tel­len Para­me­ter­stu­die vali­diert wer­den. Dazu wer­den Unter­su­chun­gen am insti­tuts­ei­ge­nen Wär­me­über­gangs­ver­such­stand statt­fin­den. Zur genaue­ren Auf­lö­sung der Strö­mung wer­den ergän­zend Ver­su­che mit einem laser­op­ti­schen Geschwin­dig­keits­mess­ver­fah­rens durchgeführt.

CFD-Modelling of a Submerged Arc Furnaces (SAF)

Mas­ter the­sis | Cont­act per­son: Moritz Eick­hoff | Start: as of now

Ausschreibung SAF-Modellierung

The sub­mer­ged arc fur­nace is an elec­tric mel­ting and reduc­tion unit which has been used on an indus­tri­al sca­le for deca­des, for exam­p­le for fer­ro­n­i­ckel, fer­ro­chro­me or phos­pho­rus. Due to the increased rest­ric­tions regar­ding the CO2 foot­print of pro­ducts and the like­wi­se increased cos­ts for CO2 emis­si­ons, alter­na­ti­ve pro­cess rou­tes to the blast fur­nace rou­te are also being sought in steel pro­duc­tion. The Sub­mer­ged Arc Fur­nace repres­ents one opti­on for smel­ting direct-redu­ced iron and is favor­ed by some lar­ge steel com­pa­nies. In this work, an exis­ting CFD model of a fer­ro­chro­me SAF will be fur­ther deve­lo­ped. Basic pro­cess under­stan­ding will be obtai­ned by visi­ting the SAF at Outo­kum­pu in Tor­nio (Fin­land) at the begin­ning of the work.

Experimentelle Untersuchungen bei der Verbrennung von Wasserstoff in der Thermoprozesstechnik

Bache­lor-/Se­mi­nar-/Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Lukas San­kow­ski | Beginn: ab sofort

Im Rah­men die­ser Arbeit soll eine expe­ri­men­tel­le Para­me­ter­stu­die an einem vor­in­dus­tri­el­len Bren­ner durch­ge­führt wer­den. Die­ser wird in einer ver­ti­ka­len Ver­suchs­brenn­kam­mer ein­ge­setzt und mit varia­blen Erd­gas-Was­ser­stoff-Mischun­gen ver­sorgt. Das ent­ste­hen­de Abgas ist abhän­gig von der Brenn­stoff­mi­schung und wird kon­ti­nu­ier­lich gemes­sen. Haupt­au­gen­merk der Ver­su­che liegt dabei auf den Schad­stoff­emis­sio­nen, spe­zi­ell der Stick­stoff­oxi­de NOx. Als Ver­suchs­pa­ra­me­ter wer­den bei­spiels­wei­se die Tem­pe­ra­tur in der Brenn­kam­mer oder die zuge­führ­te Luft­men­ge variiert.

Entwicklung eines Online-Tools zur Verbrennungsrechnung

Pro­jekt­ar­beit | Ansprech­part­ner: Domi­nik Büsch­ge­ns | Beginn: ab sofort

Ziel der Pro­jekt­ar­beit ist die Ent­wick­lung eines Pro­gram­mes zur Ver­bren­nungs­rech­nung mit anschlie­ßen­der Stoff­da­ten­be­stim­mung des Abga­ses. Die­ses Pro­gramm soll zusätz­lich als Online-Tool zur Ver­fü­gung gestellt wer­den. Das Pro­gramm soll fol­gen­de Punk­te berück­sich­ti­gen: fle­xi­ble Aus­wahl von Brenn­stoff und Oxi­da­tor, Berech­nung der Ver­bren­nungs­kenn­wer­te und Abgas­zu­sam­men­set­zung, Bestim­mung der tem­pe­ra­tur­ab­hän­gi­gen Stoff­da­ten des berech­ne­ten Abga­ses. Als abschlie­ßen­de Betrach­tung wird die Ver­bren­nung von Erd­gas der von Was­ser­stoff gegen­über­ge­stellt und bewertet.

Implementierung eines datenbasierten Proxy-Modells zur Berechnung der Reaktionschemie im Elektrolichtbogenofen

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Alex­an­der Rei­ni­cke | Beginn: ab sofort

Im Rah­men die­ser Arbeit soll die Berech­nung der Reak­ti­ons­chemie, für ein am Insti­tut ent­wi­ckel­tes umfang­rei­ches Pro­zess­mo­dell des Elek­tro­licht­bo­gen­ofens, durch ein daten­ba­sier­tes Pro­xy-Modell ergänzt wer­den. Hier­zu müs­sen die bis­he­ri­gen Lösungs­ver­fah­ren hin­sicht­lich ihrer Eig­nung unter­sucht und ein ent­spre­chen­des Appro­xi­ma­ti­ons­ver­fah­ren imple­men­tiert wer­den. Abschlie­ßend sol­len die Simu­la­ti­ons­er­geb­nis­se ver­gli­chen und der resul­tie­ren­de Feh­ler unter­sucht wer­den, um etwa­ige Gren­zen für die Anwend­bar­keit des Pro­xy-Modells festzulegen

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Methode zur experimentellen Bestimmung von Emissionsgraden beliebiger Oberflächen

Studien‑, Bache­lor­ar­beit | Ansprech­part­ner: Domi­nik Büsch­ge­ns | Beginn: ab sofort

In die­ser Arbeit wird eine Metho­de zur Bestim­mung der Emis­si­ons­gra­de belie­bi­ger Ober­flä­chen ent­wi­ckelt. Dabei steht die Anfor­de­rung im Vor­der­grund, dass die Metho­de im Rah­men eines expe­ri­men­tel­len Auf­baus rea­li­sier­bar sein soll­te. Dazu wer­den die unter­schied­li­chen Mög­lich­kei­ten der Emis­si­ons­grad­be­stim­mung erör­tert und dar­auf basie­rend eine geeig­ne­te Metho­de ent­wor­fen. Die­se wird im Anschluss mathe­ma­tisch model­liert. Die Ergeb­nis­se wer­den ein­ge­ord­net und eine Bewer­tung der ent­wi­ckel­ten Metho­de schließt sich an.

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Ökologische Bewertung des CO2-Fußabdrucks für den Betrieb von Thermoprozessanlagen und Industrieöfen in der Metall-und Mineralindustrie

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Dr.-Ing. Chris­ti­an Schwot­zer | Beginn: nach Absprache

Im Rah­men die­ser Arbeit wird eine Metho­dik für die Bestim­mung des CO2-Fuß­ab­drucks im Rah­men einer Öko­bi­lanz (Life Cycle Assess­ment, kurz LCA) für den Betrieb von Ther­mo­pro­zess­an­la­gen als Teil eines spe­zi­fi­schen Her­stel­lungs­pro­zes­ses für Pro­duk­te aus der Metall- und Mine­ral­indus­trie ent­wi­ckelt und ange­wen­det. Dabei wer­den anla­gen­spe­zi­fi­sche Restrik­tio­nen mit dem not­wen­di­gen tech­ni­schen Sach­ver­stand berück­sich­tigt. Es ste­hen u. a. die fol­gen­den Bran­chen im Fokus:

  • Metall­in­dus­trie: Stahl, NE-Metal­le, Gie­ße­rei­we­sen, Schmie­den, Härtereitechnik
  • Mine­ral­indus­trie: Glas, Kera­mik, Kalk, Zement
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Ökologische Untersuchung der Aluminium‑, Stahl- und Bleiherstellung mithilfe vergleichender Ökobilanzen

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Dr.-Ing. Tim Rei­chel | Beginn: ab sofort

Im Rah­men die­ser Arbeit sol­len die Pro­duk­ti­ons­rou­ten der Aluminium‑, Stahl- und Blei­in­dus­trie unter­sucht und öko­lo­gisch bewer­tet wer­den. Auf die­se Wei­se kön­nen Pro­zess­ab­läu­fe opti­miert und Ein­spar­po­ten­zi­al sicht­bar gemacht wer­den. Dazu sol­len aus­ge­wähl­te Pro­zes­se betrach­tet und mit­tels einer Öko­bi­lanz nach DIN ISO 14044 unter­sucht wer­den. Abschlie­ßend wer­den die metho­do­lo­gi­schen Ansät­ze der Öko­bi­lan­zie­rung in Bezug auf die drei Pro­duk­ti­ons­rou­ten gegen­über­ge­stellt und verglichen. 

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