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Offered Master Theses (Last Updated April 2019)


  1. Offered Master Theses
  2. Master Theses In Progress
  3. Completed Diploma-/Master Theses

 

Wir bedanken uns für Ihr Interesse an Bachelorarbeitsthemen/Masterarbeitsthemen. Bitte berücksichtigen Sie, dass nicht immer alle angedachten Arbeiten auch den Weg auf unsere Homepage finden.
Wir verfügen über einen Pool an Arbeiten, die in Zusammenarbeit mit Industriepartnern des Lehrstuhls aber auch im Rahmen von Projekten am Lehrstuhl an geeignete Kandidatinnen und Kandidaten vergeben werden. Auch Arbeiten im Ausland versuchen wir zu vermitteln und zu fördern.

Individuelle Interessen lassen sich oft in einem persönlichen Gespräch besser klären. Wir ersuchen Sie deshalb nicht nur unsere Homepage zu durchforsten sondern auch direkt das Gespräch mit

Prof. Johannes Schenk für Arbeiten im Bereich der Eisen- und Stahlherstellung,
mit Ass.Prof. Susanne Michelic für Arbeiten um das Thema nichtmetallischer Einschlüsse und mit
Ao.Prof. Christian Bernhard für Arbeiten rund um das Gießen und Schweißen von Stahl

zu suchen. Natürlich können Ihnen aber auch alle wissenschaftlichen MitarbeiterInnen weiterhelfen.


Untersuchung der selektiven Hochtemperaturoxidation in Hinblick auf die Fehlerbildung beim Stranggießen von Stahl

Kurzbeschreibung der Problemstellung:

Unmittelbar nach der Erstarrung, sobald der Stahl den Kontakt mit der schützenden Gießpulverschicht verliert, beginnt die Verzunderung der Strangoberfläche. Diese Hochtemperatur-Oxidation läuft zu Beginn sehr schnell ab und oft lokalisiert an den Korngrenzen (selektive Oxidation). Dadurch kann es zu Mikro-Vorschädigungen kommen die z.B. zu einer Materialschädigung in der Richtzone (zweites Duktilitätsminimum) führen. Da das Verzunderungsverhalten unter Stranggießbedingungen und dessen Einfluss auf die Bildung von Oberflächenrissen noch unzureichend untersucht ist, sollen in dieser Arbeit dazu die Grundlagen erarbeitet werden. Basierend auf einer umfassenden Literaturrecherche soll eine physikalische Modellierung der Hochtemperaturoxidation in den Zeitintervallen des Stranggießens mittels Laborexperimenten durchgeführt werden und gezielte Parameterstudien (verschiedene Stahlgüten, Temperaturen und Zeiten, sowie Gasatmosphären) durchgeführt werden. Der Einfluss des Oxidationsverhaltens auf die Bildung von Oberflächenrissen wird mittels des IMC-Biegeversuchs mit in-situ gegossenen Proben im Schmelzlabor des LfESM untersucht. Die Schädigung durch die Verformung im 3-Punkt Biegeversuch stellt ein Maß für die Duktilität der Strangschale unter den gegebenen Versuchsparametern dar. Die Masterarbeit soll das Verständnis über die Anfangsstadien der Hochtemperaturoxidation und dessen Einfluss auf die Oberflächenqualität im Stranggießprozess konkretisieren.

Projektinhalt:

  • umfassende Literaturrecherche
  • Entwicklung einer reproduzierbaren Messmethode im Labormaßstab
  • Basierend darauf, Durchführung von gezielten HT-Oxidationsversuche, inkl. einer entsprechenden Parameterstudie (Stahlgüten, Temperaturen, Zeiten, sowie Gasatmosphären)
  • Entwicklung der metallografischen Untersuchung der Zunderschicht und der Interface mit Hilfe von Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie anführen.
  • Abguss von Stählen im Technikum des LfESM und Durchführung von IMC 3-Punkt Biegeversuchen

Betreuung:
Ao.Univ.Prof. Christian Bernhard (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Dipl.-Ing. Dr.mont. Peter Presoly (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Dipl.-Ing. Roman Krobath (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)


Optimierung der Kontrolle des Al-Gehaltes ausgewählter Stahlgüten mit niedrigem C- und Si-Gehalten

Kurzbeschreibung der Problemstellung:

Aluminium wird bei vielen Stahlqualitäten als Desoxidationsmittel bereits beim Abstich am Konverter zugegeben. Eine genaue Einstellung auf die jeweils geforderten Werte wird in weiterer Folge am Pfannenofen (LF) durchgeführt.
Im Bereich der Sekundärmetallurgie ist vor allem einen sehr enge Kontrolle des Abbrandverhaltens von Al hinsichtlich Analysengenauigkeit von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus ist sowohl die Produktqualität den Reinheitsgrad betreffend, als auch die Prozessführung (z.B. Vergießbarkeit im Strangguss) stark von der Kontrolle des Al2O3-Gehalts der Schmelze abhängig.
Im Zuge der Arbeit sollen Optimierungspotentiale für eine weitere Stabilisierung des Al-Gehaltes bei Güten mit niedrigem C und Si-Gehalt, sowie ein besseres Verständnis bezüglich resultierender Einschlüsse, in Abhängigkeit von Änderungen in den Prozessparametern erarbeitet werden.

Bei der geplanten Arbeit handelt es sich um eine in sehr hohem Maße praxisorientierte Tätigkeit. Aus diesem Grund wird die Anwesenheit und tatkräftige Unterstützung des Bearbeitenden bei den einzelnen Beprobungen im Stahlwerk Donawitz und an den Anlagen als grundlegend wichtig erachtet.

Projektinhalt:

  • Literaturstudie zur Thematik
  • Versuche zur Thematik in Abhängigkeit der gegebenen Prozessparameter ausgewählter Stahlgüten im Stahlwerk der vaSD
  • Auswertung der Proben mittels REM/EDX, OES/PDA, O-N-Analysen, etc.
  • Ermittlung des Abbrandverhaltens über den Prozess als eine Funktion der Zeit und der Prozessführung (Einfluss der Stahl- und Schlackenzusammensetzung, etc.), sowie eine Verknüpfung der Daten mit dem jeweiligen Einschlusszustand
  • Untersuchung der Aussagekraft von Probenmaterial in Abhängigkeit des Entnahmezeitpunkts und Entnahmeortes
  • Ermittlung von aussagekräftigen Beprobungszeitpunkten
  • Zusammenfassung der Ergebnisse

Industriepartner:

voestalpine Stahl Donawitz GmbH

Betreuung:
Ao.Univ.Prof. Christian Bernhard (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)


Characterisation and designation of a hydrogen plasma arc stabilizer

Background:

Hydrogen, in terms of reducibility, is the best alternative for use as a reducing agent for the reduction of iron oxides. In fact, hydrogen plasma smelting reduction (HPSR) is a new "CO2"-free steelmaking process in which iron oxides are reduced by hydrogen in the plasma state. In HPSR, plasma is generated by creating an electric arc between a hollow graphite electrode as the cathode and molten iron oxide bath as the anode, with continual input of a mixed gas containing argon and hydrogen. Figure 1 shows the basic flow sheet of the plasma experimental equipment which was installed at the Chair of Ferrous Metallurgy.

Figure 1 Laboratory-scale plasma facility at the Chair of Ferrous Metallurgy.

In the process, argon or nitrogen is used to conduct the current in the plasma arc; argon is preferred due to its low ionization energy and high conductivity. Hydrogen operates as the reducing agent; hence, a mixture of hydrogen and argon is injected into the arc zone in the reactor through the hollow graphite electrode. Collision of electrons with hydrogen molecules

at high temperatures leads to the activation of the hydrogen molecules. The injection of gases through the electrode directly to the arc zone guarantees optimal conditions for atomization and ionization. Excited hydrogen molecules provide a potentially very useful way for the reduction of stable metal oxides.

Objectives:

The stabilization of the arc is one of the main influencing parameters on the productivity of the process. There are several methods to be employed to improve the stabilization of the plasma arc. In fact, argon is used not only to decrease hydrogen concentration in the H2-Ar mixture to increase the hydrogen utilization but also to stabilize the arc. Despite of using argon as a stabilizer, the stabilization of the HPSR plasma arc should be increased by the other methods as well. This study is to design and construct a system to increase the plasma arc stability of the plasma arc from laboratory-scale plasma facility.

Scope:

  1. Characterization of the plasma arc stabilizer (PAS)
  2. Designation of the PAS
  3. Construction of the PAS
  4. Installation of PAS on the Laboratory scale
  5. Commissioning and testing

Industrial partners:

K1-Met GmbH, voestalpine Stahl GmbH and voestalpine Stahl Donawitz GmbH

Advisor:
Fogh-lis. Masab Naseri Seftejani (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Johannes Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)


Quantitative evaluation of hydrogen arc plasma spectrum

Background:

Hydrogen plasma smelting reduction (HPSR) of iron ore as a new generation of steelmaking is a process in which iron ore in a plasma furnace is reduced by ionized and excited hydrogen molecules. In this process, argon is used as a plasma gas due to its low ionization energy and high conductivity. Another possibility is the use of nitrogen instead of argon. Hydrogen operates as a reducing agent, hence a mixture of hydrogen and argon is injected into the arc zone in the reactor through the hollow graphite electrode. The injection through the electrode can guarantee the best conditions for atomization and ionization. In the HPSR process, colliding electrons with hydrogen molecules leads to exciting them. Hence, excited hydrogen molecules play an important role in extracting of iron from iron ores.

A lab-scale plasma reactor with relevant equipment was installed in our Plasma Arc Laboratory. The normal continuous power of the reactor is 8 kW which is supplied by a DC power unit with regard to transferred arc attachment. The below figure shows a schematic of the plasma facilities.


Figure: Schematic overview of the Plasmette

The complete spectrum of Hydrogen consists of separate series which In the order of increasing wavelength, they are the Lyman series (ultra violet), Balmer series (visible), Paschen series, Brackett series, Pfund series, and Humphrey's series (infra-red). In terms of hydrogen species, it can exist in molecular H2, atomic H, ionic H+, H2+, H3+ and exited H* states. The reduction rate of iron ore in the liquid state is higher than solid state. The reduction ability of each hydrogen species depends on the electron shell.

Objectives:

For evaluating the efficiency of the process, the hydrogen plasma arc should be evaluated in terms of the ionization and excitation of the hydrogen molecules. Therefore, the spectral intensity distribution of hydrogen arc plasma should be evaluated.

Scope:

  • Specification of hydrogen plasma spectrum
  • Evaluation of measurements of the emission spectrum of hydrogen plasma arc
  • Evaluation the degree of ionization of hydrogen plasma arc

Industrial partners:

K1-Met GmbH, voestalpine Stahl GmbH and voestalpine Stahl Donawitz GmbH

Advisor:
Fogh-lis. Masab Naseri Seftejani (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Johannes Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)


Simulation of iron oxide particles temperature in the HPSR plasma arc zone

Background:

Hydrogen plasma smelting reduction (HPSR) of iron ore as a new generation of steelmaking is a process in which iron ore in a plasma furnace is reduced by ionized and excited hydrogen molecules. In this process, argon is used as a plasma gas due to its low ionization energy and high conductivity. Another possibility is the use of nitrogen instead of argon. Hydrogen operates as a reducing agent, hence a mixture of hydrogen and argon is injected into the arc zone in the reactor through the hollow graphite electrode. The injection through the electrode can guarantee the best conditions for atomization and ionization. In the HPSR process, colliding electrons with hydrogen molecules leads to exciting them. Hence, excited hydrogen molecules play an important role in extracting of iron from iron ores.

A lab-scale plasma reactor with relevant equipment was installed in our Plasma Arc Laboratory. The normal continuous power of the reactor is 8 kW which is supplied by a DC power unit with regard to transferred arc attachment. The below figure shows a schematic of the plasma facilities.


Figure: Schematic overview of the Plasmette

Objectives:
In terms of hydrogen species, it can exist in molecular H2, atomic H, ionic H+, H2+, H3+ and exited H* states. The reduction rate of iron ore in the liquid state is higher than solid state. Therefore, to evaluate the reduction rates in the HPSR process, it is essential to know the temperature gradients of the plasma arc and its influence on the temperatures of the iron ore particles in the arc zone.

Scope:

  • Specification of gas velocity in the plasma arc
  • Specification of iron ore and lime particles velocity in the arc zone
  • Modeling of temperature fields for plasma arc
  • Heat transfer modeling of solid particles in the arc

Industrial partners:

K1-Met GmbH, voestalpine Stahl GmbH and voestalpine Stahl Donawitz GmbH

Advisor:
Fogh-lis. Masab Naseri Seftejani (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Johannes Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)