Themen für Arbeiten

Auslegung und Implementierung eines Automatisierungskonzepts für einen Pilot-Lichtbogen

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Cars­ten Gon­dorf | Beginn: ab sofort möglich

Im Rah­men der Arbeit soll ein neu­es Auto­ma­ti­sie­rungs­kon­zep­tes den Pilot-LBO aus­ge­legt wer­den. Eine Auto­ma­ti­sie­rung des Steuerungs‑, Mess‑, und- Regel­sys­tems soll dabei allen ver­fah­rens­tech­ni­schen Anfor­de­run­gen gerecht wer­den. Außer­dem soll ein stö­rungs­frei­er Betrieb, bei gege­be­nen Sicher­heits- und Über­wa­chungs­funk­tio­nen gewähr­leis­tet sein

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Auslegung und Konstruktion eines hybrid beheizten Pizzaofens mit Wasserstoff und Strom

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

Im Rah­men der Arbeit soll ein hybrid beheiz­ter Piz­za­ofen aus­ge­legt, kon­stru­iert und in Betrieb genom­men wer­den. Die­ser soll mit einer Kom­bi­na­ti­on aus Was­ser­stoff, Strom und Holz-(pellets) beheizt und mit umfang­rei­cher Mess- und Regel­tech­nik (Raspber­ry­Pi, Abgas­ana­ly­se, Tem­pe­ra­tur­mes­sung) aus­ge­stat­tet wer­den. Als Qua­li­täts­kon­trol­le soll vor allem der Geschmack der Mit­ar­bei­ten­den und stu­den­ti­schen Hilfs­kräf­te am Insti­tut die­nen. Dazu sind diver­se Ver­suchs­ta­ge mit fach­ge­rech­ter Ent­sor­gung der Ver­suchs­ob­jek­te (Piz­zas) geplant.

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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.

CFD-Modellierung eines Submerged Arc Furnaces (SAF)

Mas­ter­ar­beit | Ansprech­part­ner: Moritz Eick­hoff | Beginn: ab sofort

Ausschreibung SAF-Modellierung

Der Sub­mer­ged Arc Fur­nace ist ein elek­tri­sches Schmelz- und Reduk­ti­ons­ag­gre­gat, wel­ches bereits seit Jahr­zehn­ten bei­spiels­wei­se für Fer­ro­n­i­ckel, Fer­ro­chrom oder Phos­phor groß­tech­nisch ein­ge­setzt wird. Auf Grund der gestie­ge­nen Restrik­tio­nen hin­sicht­lich des CO2-Fuß­ab­drucks von Pro­duk­ten und den eben­falls gestie­ge­nen Kos­ten für CO2-Emis­sio­nen wird auch in der Stahl­pro­duk­ti­on nach alter­na­ti­ven Pro­zess­rou­ten zur Hoch­ofen­rou­te gesucht. Der Sub­mer­ged Arc Fur­nace stellt eine Mög­lich­keit zum Erschmel­zen von direkt­re­du­zier­tem Eisen dar und wird von eini­gen gro­ßen Stahl­un­ter­neh­men favo­ri­siert. In die­ser Arbeit soll ein vor­han­de­nes CFD-Modell eines Fer­ro­chrom-SAFs wei­ter aus­ge­baut wer­den. Grund­le­gen­des Pro­zess­ver­ständ­nis soll durch eine Besich­ti­gung des SAFs bei Outo­kum­pu in Tor­nio (Finn­land) zu Beginn der Arbeit erlangt werden.

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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