Nachrichten aus dem IOB

Erste Versuche mit wasserstoffbefeuertem Lichtbogenofen-Brenner

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