Im Zuge des Projektes „Developing and enabling H2 burner utilization to produce liquid steel in EAF“ (DevH2forEAF) wurden am Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) in Kooperation mit den Projektpartnern der SMS Group Freibrandversuche an einem Brenner für den Einsatz im Lichtbogenofen (LBO) untersucht. In den Versuchen wurde die Flamme bei verschiedenen Brennstoffzusammensetzung, die von 100 Vol.-% Erdgas über Erdgas-Wasserstoff-Gemische bis zu 100 Vol.-% Wasserstoff reichen, untersucht.
Ziel des durch den Research Fund for Coal and Steel (RFCS) geförderten Projektes “DevH2forEAF” ist der Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff in den Brennern eines Lichtbogenofens. Die Projektpartner sind RINA Consulting, Nippon Gases, SMS Group, Celsa Group, Pittini Group und Beltrame Group. Im weiteren Verlauf des Projektes ist der Einsatz von Wasserstoffbrennern in Lichtbogenöfen im industriellen Maßstab bei der Celsa Group und der Pittini Group geplant. Die Freibrandversuche dienen als Grundlage für weitergehende Untersuchungen am Pilot-LBO des IOB und der Versuche im industriellen Maßstab.
Die SMS Group hat ein Brenner-Injektor-System für den Einsatz von unterschiedlichen Brennstoff-Zusammensetzungen entwickelt. Für die Versuche am IOB wurde ein aus Kupfer 3D-gedruckter Brenner im Versuchsmaßstab mit einer Leistung von 50 kW verwendet. Zur Untersuchung der Flamme bei den verschiedenen Brennstoff-Zusammensetzungen wurden Freibrandversuche mit der Substitution von Erdgas durch Wasserstoff in 10 Vol.-% Schritten bei gleichbleibender Leistung und Stöchiometrie durchgeführt. Der untersuchte Bereich erstreckt sich von reinem Erdgas über Erdgas-Wasserstoff-Gemische bis zu 100 Vol.-% Wasserstoff. Bei allen Brennstoffzusammensetzungen ist die Flamme deutlich sichtbar, wobei durch die Zugabe von Wasserstoff zum Basisbrennstoff ist eine deutliche Stabilisierung der Flamme zu beobachten ist. Die optische Auswertung des Brennerbetriebs kann als Erfolg gewertet werden, da für alle Betriebspunkte ein stabiler Betrieb möglich war. Die Flammenlänge hat sich ebenso nicht deutlich geändert.
Vergleich des Flammenbildes bei verschiedenen Erdgas-Wasserstoff-Zusammensetzungen des Brennstoffs
Weiterführende Untersuchungen werden im Pilot-LBO des IOB stattfinden. Der untersuchte Brenner wird in den LBO eingebaut und der Einfluss unterschiedlicher Brennstoffzusammensetzung auf den LBO-Prozess untersucht. Hierbei wird im Besonderen auf die chemische Analyse des Stahls eingegangen, um die Gefahr der Wasserstoffaufnahme beim Betrieb mit Wasserstoff auszuschließen. Des Weiteren werden die weiteren Einflüsse auf den LBO-Prozess quantifiziert. Die Erkenntnisse dieser Versuche werden in die Durchführung der Versuche im industriellen Maßstab einfließen.
Flammenbild bei 100 Vol.-% Erdgas
Flammenbilder bei 100 Vol.-% Wasserstoff