• Refine Query
  • Source
  • Publication year
  • to
  • Language
  • 1
  • Tagged with
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • 1
  • About
  • The Global ETD Search service is a free service for researchers to find electronic theses and dissertations. This service is provided by the Networked Digital Library of Theses and Dissertations.
    Our metadata is collected from universities around the world. If you manage a university/consortium/country archive and want to be added, details can be found on the NDLTD website.
1

Theoretical Considerations and Experimental Observations on Heat Transfer in Hydrogen Direct Reduced Iron

Göttfert, Felix January 2023 (has links)
Steel has played an indispensable role in shaping our contemporary world  and will persist to play that role for the foreseeable future. However, the steel industry currently is responsible for 7% of the global CO2-emissions, primarily due to the conventional carbon-based reduction process of iron ore. Fossil-free steel manufacturing, such as hydrogen direct reduction,  could essentially make the  CO2-emissions from primary steel production obsolete. The product from hydrogen-based direct reduction of iron ore is H-DRI, which subsequently are molten in an EAF to produce crude steel. Due to H-DRI  being   a   novel   product,   its   thermophysical   properties   are   not   well documented,  which  are  essential  when  investigating  the  heating  and dissolution behavior.  When  feeding  H-DRI  to  an  EAF,  ferrobergs  may  form,  which  consist  of unmolten material that interrupts the continuous melting process. It is not established whether the heat transfer of the pellets or the heat transfer to the pellets is the leading cause of ferroberg-formation. Modelling the melting process in an EAF is considered near impossible, therefore a simplified heating model of H-DRI was required. In the present thesis, H-DRI pellets were examined with heating experiments in a lab-scale vertical tube furnace to 1500°C  while  the  surface- and center  temperatures  of  the  pellets were  measured.  The measured  surface  temperatures  were  applied  as  varying boundary  conditions  in COMSOL  Multiphysics  heat transfer simulations of  H-DRI  and H-HBI.  The  thermal conductivity  function  was  utilized  as  an  adjustable  parameter to  fit  the  theoretical center temperatures from the heat transfer simulations with the experimental center temperatures to acquire the temperature dependent effective heat conductivity and thermal diffusivity of H-DRI. By establishing an estimate correlation between the heat conductivity of H-DRI and H-HBI, the thermal conductivity and thermal diffusivity of H-HBI could also be obtained. The experiments together with the heat transfer simulations proved to be effective and yielded successful results of the effective heat conductivity and thermal diffusivity of H-DRI  and  H-HBI,  which  can  be  used  in  process  design,  future  models,  and simulations. Furthermore, it is unlikely that ferroberg-formation is caused by slow heat transfer of the H-DRI. It is more likely that it is due to slow heat transfer to the H-DRI. Therefore, the focus should be to increase the heat transfer to the H-DRI pellets while melting in an EAF to avoid ferrobergs. / Stål har haft en oumbärlig roll i att forma vår samtida värld och kommer att fortsätta att inneha  den  rollen  under  en  överskådlig  framtid.  Men  stålindustrin  ansvarar närvarande  för  7%  av  den  totala  globala  CO2-utsläppen,  främst  på  grund  av den konventionella kolbaserade reduktionsprocessen av järnmalm. Fossilfri ståltillverkning, som direktreduktion av järnmalm med vätgas, kan i princip göra CO2-utsläppen   från   primärståltillverkning föråldrat.   Produkten   från   vätgasbaserad direktreduktion  av järnmalm  är  H-DRI,  som  sedan  smälts  i  en  ljusbågsugn  för att producera  råstål. Eftersom  H-DRI  är  en  ny  produkt  så  är  dess  termofysiska egenskaper,  som  är väsentliga  när  man  undersöker  dess  uppvärmnings-  och smältbeteende, inte väl dokumenterat. Vid matning av H-DRI till en ljusbågsugn kan det bildas  ferroberg  som består  av  osmält  material  som  hindrar  den  kontinuerliga smältningsprocessen. Det är inte fastställt om det är värmeöverföringen i pelletsen eller värmeöverföringen  till pelletsen  som  är  den  främsta  orsaken  till  att  ferroberg bildas. Modellering  av  smältprocessen  i  en  ljusbågsugn  anses  nästintill  omöjlig, därför krävdes en förenklad uppvärmningsmodell av H-DRI. I detta examensarbete undersöktes H-DRI-pellets med uppvärmningsexperiment i en vertikal rörugn till 1500°C samtidigt som yt- och centrumtemperaturerna för pelletsen mättes. De uppmätta yttemperaturerna  användes  som  varierande  randvillkor  i  COMSOL Multiphysics värmeöverföringssimuleringar  av  H-DRI  och  H-HBI.  Den  termiska konduktiviteten användes som en justerbar parameter för att anpassa de teoretiska centrumtemperaturerna från värmeöverföringssimuleringarna med de experimentella centrumtemperaturerna  för  att  erhålla  den  temperaturberoende effektiva  termiska konduktiviteten och termiska diffusiviteten för H-DRI. Genom  att   fastställa   en uppskattad korrelation mellan värmeledningsförmågan för H-DRI och H-HBI, kunde även den termiska konduktiviteten och termiska diffusiviteten för H-HBI erhållas. Experimenten  tillsammans  med  värmeöverföringssimuleringarna  visade  sig  vara effektiva och gav framgångsrika resultat av den effektiva termiska konduktiviteten och termiska  diffusiviteten  hos H-DRI och H-HBI,  som  kan  användas  i  processdesign, framtida modeller och simuleringar. Det är osannolikt att ferrobergbildning orsakas av långsam värmeöverföring  i H-DRI, utan det är mer troligt att det beror  på långsam värmeöverföring till H-DRI. Därför bör fokus vara att öka värmeöverföringen till H-DRI pellets i en ljusbågsugn för att undvika ferrobergbildning.

Page generated in 0.0932 seconds