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Offered Master Theses (Last Updated December 2014)


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

Charakterisierung anthropogene Ressourcenlager in Österreich am Beispiel Stahl - eine Bottom-up Analyse

Hintergrund:
Eine gesicherte Versorgung mit Rohstoffen ist für jede Volkswirtschaft von zentraler Bedeutung. Während in der Vergangenheit in diesem Zusammenhang primär die Auffindung, Erkundung und Erschließung neuer geogener (primärer) Lagerstätten (ob im In- oder Ausland) als nahezu alleinige Lösung für eine gesicherte Rohstoffversorgung verstanden wurde, hat man vor allem in den letzten Jahren und Jahrzehnten zunehmend die Bedeutung von alternativen sogenannten sekundären Rohstoffquellen erkannt. Dazu zählen alle Arten von Altstoffen und Abfällen (Schrotten) aber auch Reststoffe aus der Verarbeitung und Produktion. Neben der signifikant steigenden Menge an Sekundärrohstoffen ist für deren zunehmende Bedeutung auch die zumeist mit deutlich geringerem Energieeinsatz verbundene Produktion ausschlaggebend.

Ziel der Masterarbeit:
Ziel der gegenständlichen Masterarbeit ist es ein vollständiges Bild der Stahllager in Österreich in unterschiedlichen Anwendungssektoren zu zeichnen, wobei neben quantitativen auch qualitative Aspekte (so weit möglich) mit zu erheben sind. Basierend auf den Ergebnissen der österreichischen Stahllager und der zu erwarteten Verweilzeiten des Stahls in einzelnen Anwendungen sollen

  • einerseits jene Sektoren bzw. Anwendungen eruiert werden, die mengenmäßig die größten Stahlmengen binden und
  • andererseits auch die Sektoren bzw. Anwendungen bestimmt werden, die aufgrund der gebundenen Stahlmenge und der mittleren Aufenthaltszeit des Stahls („Lebensdauer“) zukünftig die größten Stahlschrottmengen generieren werden.

Folgende Vorgehensweise wird dazu vorgeschlagen:

    • Literaturrecherche zu nationalen Metallbilanzen
    • Definition der untersuchten Sektoren (in Anlehnung an bestehenden Arbeiten: z.b. Buchner et al., 2014 – Al-Bilanz für Österreich)
    • Erhebung statistischer bottom-up Daten (z.B. KFZ Bestand, Wohnflächen, Stahlbetonanteile, … )
    • Literaturrecherche zu Stahlgehalten und Stahlgüten in unterschiedliche Produkten
    • Hochrechnung der Stahlmengen (inkl. Stahlgüten) für unterschiedlichen Sektoren

Ergebnisse:
Information über die „Lager“ an Stahl in Österreich in unterschiedlichen Anwendungssektoren (quantitative und qualitative Informationen)

Für die Anfertigung der Masterarbeit ist eine Zeitperiode von 6 Monaten sowie ein Honorar von € 3000,- (+ € 1000,- Prämie) vorgesehen.

Betreuung:
Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Johann Fellner (Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft, Technische Universität Wien)

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


Ressourcenflüsse in Österreich am Beispiel des Stahlhaushalts für das Jahr 2010

Hintergrund:
Eine gesicherte Versorgung mit Rohstoffen ist für jede Volkswirtschaft von zentraler Bedeutung. Während in der Vergangenheit in diesem Zusammenhang primär die Auffindung, Erkundung und Erschließung neuer geogener (primärer) Lagerstätten (ob im In- oder Ausland) als nahezu alleinige Lösung für eine gesicherte Rohstoffversorgung verstanden wurde, hat man vor allem in den letzten Jahren und Jahrzehnten zunehmend die Bedeutung von alternativen sogenannten sekundären Rohstoffquellen erkannt. Dazu zählen alle Arten von Altstoffen und Abfällen (Schrotten) aber auch Reststoffe aus der Verarbeitung und Produktion. Neben der signifikant steigenden Menge an Sekundärrohstoffen ist für deren zunehmende Bedeutung auch die zumeist mit deutlich geringerem Energieeinsatz verbundene Produktion ausschlaggebend.

Ziel der Masterarbeit:
Ziel der gegenständlichen Masterarbeit ist es ein vollständiges Bild der Stahlflüsse in Österreich für das Jahr 2010 zu zeichnen, wobei neben quantitativen auch qualitative Aspekte (so weit möglich) mit zu erheben sind. Basierend auf den Ergebnissen der österreichischen Stahlflüsse sollen

  • bestehende Stahlflüsse im Bereich der Produktion, Verarbeitung, Handel (Güterimport- und Export), Konsum und Abfallwirtschaft skizziert werden und dadurch
    • einerseits bereits genutzte sekundäre Rohstoffquellen für die Stahlerzeugung aufgezeigt werden und
    • andererseits zukünftige Trends (Zuwächse von Stahl in der Nutzung und damit allenfalls zukünftig ansteigende Schrottmengen) erkannt werden.

Folgende Vorgehensweise wird dazu vorgeschlagen:

    • Literaturrecherche zu nationalen Metallbilanzen
    • Definition des zu untersuchenden Systems (in Anlehnung an bestehenden Arbeiten: z.b. Buchner et al., 2014 – Al-Bilanz für Österreich)
    • Erhebung von Produktions- & Verarbeitungszahlen in Ö (unter Berücksichtigung der Anwendung)
    • Erhebung von Stahlimporten und –exporten (auf der Ebene von Halbzeugen und Schrotten)
    • Erhebung von Stahlimporten und –exporten durch den Handel von Fertigprodukten (z.B. Kfz)
    • Verbrauch von Stahl in unterschiedl. Sektoren (Transport, Hoch- & Tiefbau, Maschinenbau, …)
    • Anfall an Stahlschrott in unterschiedl. Sektoren (Transport, Hoch- & Tiefbau, Maschinenbau, ...)
    • Zusammenstellung der Ergebnisse mittels der Stoffflussanalysesoftware STAN (http://www.stan2web.net/ )

Ergebnisse:
Information über die Produktion, den Import und Export an Stahl (als Halbzeuge, Fertigprodukte und Schrotten), den Verbrauch an Stahl in unterschiedliche Sektoren sowie den Anfall an Stahlschrotten für das Jahr 2010.
Für die Anfertigung der Masterarbeit ist eine Zeitperiode von 6 Monaten sowie ein Honorar von € 3000,- (+ € 1000,-) vorgesehen.

Betreuung:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Johannes L. Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Johann Fellner (Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft, Technische Universität Wien)


Stahlhaushalt Österreichs für das Jahr 2010 (Stahlflüsse)

Ziel: Darstellung des Stahlhaushalts Österreichs auf quantitativer Ebene für das Jahr 2010 und Information über die Produktion, den Import und Export an Stahl (als Halbzeuge, Fertigprodukte und Schrotten) für das Jahr 2010

Mit Hilfe von Datenauswertungen und von Stoffflussanalysen soll der Stofffluss von Fe in Österreich analysiert werden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf folgende Teilbereiche:

  • Definition des zu untersuchenden Systems (in Anlehnung an die Arbeit für den Aluminium Haushalt in Österreich)
  • Erhebung von Produktions- und Verarbeitungszahlen in Österreich (unter Berücksichtigung der Anwendung)
  • Erhebung von Stahlimporten und –exporten (auf der Ebene von Halbzeugen und Schrotten)
  • Erhebung von Stahlimporten und –exporten durch den Handel von Fertigprodukten (z.B. Kfz)
  • Verbrauch von Stahl in unterschiedlichen Sektoren (Transport, Hoch- und Tiefbau, Maschinenbau, …)
  • Anfall an Stahlschrott aus unterschiedlichen Sektoren (Transport, Hoch- und Tiefbau, Maschinenbau)
  • Zusammenstellung der Ergebnisse mittels der Software STAN (http://www.stan2web.net/)

Die Arbeit erfolgt im Rahmen des KIC-Projektes unter Zusammenarbeit mit der TU Wien und mehreren Lehrstühlen an der MU Leoben.

Partner: TU Wien, voestalpine, KIC
Betreuung:
Dipl.-Ing. Anton Pichler (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Johann Fellner (CD-Labor „Anthropogene Ressourcen“, TU Wien)


Bestimmung des Stahllagers in Österreich durch einen bottom up Ansatz

Ziel: Darstellung des Stahllagers in Österreich für unterschiedliche Sektoren (quantitative und qualitative Auswertung) um eine Information über das „Lager“ an Stahl in Österreich zu erhalten (quantitative und qualitative Informationen)
Mit Hilfe von Datenauswertungen und von Stoffflussanalysen soll der Stofffluss von Fe in Österreich analysiert werden. Dabei liegt der Schwerpunkt auf folgende Teilbereiche:

  • Definition der untersuchten Sektoren (in Anlehnung an die Arbeit für den Aluminium Haushalt in Österreich)
  • Erhebung statistischer bottom up Daten (z.B. KFZ Bestand, Wohnflächen, Stahlbetonanteile, … )
  • Literaturrecherche zu Stahlgehalten und Stahlgüten in unterschiedliche Produkten
  • Hochrechnung der Stahlmengen (inkl. Stahlgüten) für unterschiedlichen Sektore
  • Zusammenstellung der Ergebnisse mittels der Software STAN (http://www.stan2web.net/)

Die Arbeit erfolgt im Rahmen des KIC-Projektes unter Zusammenarbeit mit der TU Wien und mehreren Lehrstühlen an der MU Leoben.

Partner: TU Wien, voestalpine, KIC
Betreuung:
Dipl.-Ing. Anton Pichler (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr. Johann Fellner (CD-Labor „Anthropogene Ressourcen“, TU Wien)


Lunkerbildung im Stranggiessprozess bei peritektischen Stahlgüten

Im Stranggiessprozess neigen Werkstoffgüten mit peritektischem Kohlenstoffgehalt tendenziell zur Bildung von Kernporosität / Lunker, die im darauffolgenden Walzprozess mitunter nicht komplett zugewalzt werden können. Ziel der ausgeschriebenen Arbeit ist die grundlegende Erarbeitung der relevanten Prozessparameter im Stranggiessprozess, welche die Ausbildung dieser Innenfehler beeinflussen.

Folgende Arbeitsschritte sind hierzu notwendig:

  • Literaturrecherche zum Stranggiessprozess mit Fokus auf Erstarrungsphänomene / Beeinflussung der Restschmelzenerstarrung (z.B. durch F-EMS)
  • Auswertung von vorhandenen Prozessdaten aus dem Stahl- und Walzwerk, mit dem Ziel der Korrelation von auffälligen Prozesszuständen mit den ermittelten US-Ausfällen
  • Plausibilisierung der gefundenen Auffälligkeiten mittels vorhandener Simulationssoftware
  • Versuchsplanung von grosstechnischen Versuchen in Zusammenarbeit mit den Produktionsingenieuren
  • Durchführung, Begleitung und Auswertung der geplanten Versuche
  • Zusammenfassung der gewonnenen Erkenntnisse
Die Durchführung dieser Masterarbeit bedingt einen mehrmonatigen Aufenthalt in der Schweiz, eine Bezahlung sowie Vermittlung einer Wohnmöglichkeit sind selbstverständlich gewährleistet. Die Masterarbeit kann jederzeit begonnen werden.


Industriepartner: Swiss Steel AG
Ansprechpartner Industrie: Christoph Lutz, Tel.: +41 41 209 60 20
Betreuung:
ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Christian Bernhard (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)


Evaluation of the potential for reduction of CO2 emissions at the secondary metallurgy

The CO2 emissions in the steel production are related to direct and indirect emissions. The potential for the reduction of such emissions in the secondary metallurgy has to be evaluated in the master thesis. The main source for direct emissions in the secondary metallurgy is the combustion of fuel gas for pre-heating of the ladle. However there are several indirect emissions sources like electric power, iron yield, yield of alloying agents etc.
The main key factors for the CO2 emissions are:
- Lining configuration and temperature losses of the ladles
- Ladle logistics and temperature losses under consideration of the steel contact time
- Heating at ladle furnace to compensate delay time
- Ladle preheating for ladles which are not in cycle

For a simplified process route EAF-LF-CCM good operation practice and improvements in the secondary metallurgy have to be identified to minimize the CO2 emissions. The potential of savings have to be defined and assessed with specific emission figures (CO2/t Steel) and costs (€/ t steel).

Industriepartner: RHI AG (Hr. Viertauer), voestalpine Stahl GmbH (Hr. Rössler)
Betreuung:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Johannes L. Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)


Development of a standardized testing procedure for B.E.T measurement

The specific surface area is a key factor in terms of reaction progress due to the enhanced kinetics, especially concerning gaseous-solid reactions. A higher specific surface area provides a gaseous reactant more possibilities of interaction with the solid material. One major application at the Chair of Ferrous Metallurgy is the description of reactions and the interaction of material properties of solids like iron carriers and carbon based raw materials with gases like CO, H2 and CO2 for example.

For this purpose a new laboratory facility was installed recently. According to the Brunauer–Emmett–Teller (BET) theory, which aims to explain the physical adsorption of gas molecules on a solid surface, the measurement of the specific surface area of a material is measured for a variety of solid materials.

However, the most appropriate and reliable way testing different materials (carbon carriers as well as iron carriers) is difficult to find in literature. For this purpose a systematically testing series has to be performed. Different parameters like grain size, sample size, testing gas and temperature have to be investigated. In addition the limits in terms of precision and reliability of the lab facility have to be described and a comparison of results to those from other laboratories and measuring devices is supposed to confirm the qualitatively right operation mode.

Finally the most suitable testing conditions have to be defined which will be used subsequently as a standardized testing procedure at the Chair of Ferrous Metallurgy

Betreuung:
Dipl.-Ing. Dr.mont. Martina Hanel (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Verwertung von Kunststoffabfällen in der Roheisenerzeugung und dessen Auswirkung auf Schwermetallflüsse

Es sind die Schwermetallflüsse eines Hochofens, am konkreten Beispiel des Hochofens A der voestalpine, der Kunststoffe als Ersatzreduktionsmittel einsetzt, zu bilanzieren. Im Konkreten sollen dazu Betriebs- und Analysedaten des Jahres 2012 ausgewertet werden und einerseits mit bereits durchgeführten Schwermetallbilanzen aus den Vorjahren und andererseits mit Literaturwerten zur Verteilung von Schwermetallen im Hochofen verglichen werden.

Nähere Details als PDF


Industriepartner: voestalpine Stahl GmbH
Betreuung:
Univ.-Prof. Dipl.-Ing.Dr.techn. Johannes L. Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Privatdoz.Ass.Prof.Dipl.-Ing.Dr.techn. Johann Fellner


Bewertung von empirischen Bulging-Formeln zur Berechnng auftretender Dehnungen in der Strangschale beim Stranggießprozess

Beim konventionellen kontinuierlichen Stranggießen von Stahl beginnt das Strangschalenwachstum und somit die Ersterstarrung des flüssigen Stahls in der Kokille, wo durch intensive Kühlung der Kokille die Wärme des Stranges über das Kühlwasser abgeführt wird. Nach dem Verlassen des Kokillenbereiches muss die Kühlung des Stranges in der Sekundärkühlzone (SCZ) weiter aufrecht erhalten werden.
Während der Ersterstarrung des Stahls dient die Kokille als Form und stützt die noch dünne Strangschale. Nach dem Verlassen der Kokille fällt diese Funktion den sogenannten Stützrollen zu. Da der Strang auch noch durch Wasser gekühlt werden muss, sind zwischen den Rollen noch Freiräume vorhanden, wo die Schale aufgrund des Ferrostatischen Drucks auch zum Ausbauchen (Bulgen) neigt.

Ziel dieser Arbeit ist es, vorhandene Bulging-Formeln in ein, am CoFM selbst entwickelten Modell zur thermischen und mechanischen Modellierung einer Stranggießanlage, zu implementieren und diese empirischen Formeln auf Verwertbarkeit zu überprüfen

Betreuung:

Dipl.-Ing. Michael Riedler (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Dipl.-Ing. Dr.mont. Gregor Arth (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Ao.Univ.Prof. Dr. Christian Bernhard (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Identifikation von geeigneten Methoden zur Charakterisierung, Messung und zum Einstellen der Rauheit von metallischen Oberflächen

Beim konventionellen kontinuierlichen Stranggießen von Stahl beginnt das Strangschalenwachstum und somit die Ersterstarrung des flüssigen Stahls in der Kokille, wo durch intensive Kühlung der Kokille die Wärme des Stranges über das Kühlwasser abgeführt wird. Nach dem Verlassen des Kokillenbereiches muss die Kühlung des Stranges in der Sekundärkühlzone (SCZ) weiter aufrecht erhalten werden. Dies wird durch kontinuierliche direkte Kühlung der Strangoberfläche mit Wasser erreicht.
Die Wärmeabfuhr in der SCZ kann über einen sogenannten Wärmeübergangskoeffizienten beschrieben werden. Neben der Oberflächentemperatur und der Wasserbeaufschlagungsdichte ist auch die Rauheit der Stahloberfläche ein bekannter Einflussfaktor.
Ziel dieser Arbeit ist es diesen Einflussfaktor zu quantifizieren. Hierzu sollen in einem ersten Schritt eine definierte und reproduzierbare Rauheit einer Stahloberfläche eingestellt werden. Am sogenannten Düsenmessstand (DMS) des CoFM sollen in einem zweiten Schritt Laborversuche zur Quantifizieren dieses Einflussfaktors durch eine reproduzierbare Veränderung der Rauheit durchgeführt werden.

Betreuung:
Dipl.-Ing. Dr.mont. Gregor Arth (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)
Ao.Univ.Prof. Dr. Christian Bernhard (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

Bestimmung neuer Phasendiagrammen und Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität cp mittels Hochtemperatur-DSC

Aufgabenstellung:

Im Rahmen der Masterarbeit sollen neue Phasendiagramme von Teilsystemen komplexer   Fe-C-Si-Mn-Al Legierungen (= TRIP/TWIP Stähle) experimentell bestimmt werden. Dabei ist auch Vorgehensweise (best practice) für die Hochtemperaturmessung der spezifischen Wärmekapazität cp mit der DSC 404 F1 zu optimieren und zu validieren.

Sämtliche Tätigkeiten können direkt am Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie durchgeführt werden. Neue Legierungen werden aus hochreinen Einsatzstoffen mittels Hochfrequenz-Induktionsschmelzen erschmolzen, um dann mittels DSC-cp Messungen die thermodynamischen Daten zu bestimmen. Die so experimentell neu bestimmten Phasendiagramme werden mit der CALPHAD (CALculation of PHAse Diagrams) Methode weiterverarbeitet zur Optimierung von thermodynamischen Datenbanken.

Ziel: Hochqualitative thermodynamische Daten von neue Stahllegierungen.


Betreuung:
Dipl. -Ing. Peter Presoly (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)

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


Phasenbestimmung in erstarrten LD – Schlacken

Für die Weitervewertung von LD-Schlacken ist die mineralogische Zusammensetzung im erstarrten Zustand bedeutend. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Phasen von erstarten LD-Schlackeproben untersucht werden und verschieden Methoden zur Charakterisierung dieser bewertet werden. Eine Zielsetzung dabei ist die Bestimmung der Oxidationstufen von Eisen in den Wüstit- und Calzium - Ferrit-Phasen der Schlacke. Weiters soll der Einbau von Cr2O3 und MgO in den Schlackenphasen untersucht werden. Es sollen dazu Untersuchungen an Betriebs- und Laborproben durchgeführt werden.


Industriepartner: voestalpine Stahl Linz GmbH
Ansprechpartner Industrie:
DI Harald Panhofer (voestalpine Stahl Linz GmbH, Tel.: +43 664 8363834) Betreuung:
Prof. Johannes L. Schenk (Lehrstuhl für Eisen- und Stahlmetallurgie)