Multiskalen und Operando Untersuchungen zur Rolle von Mikro- und Nanostrukturen bei der direkten Reduktion von Eisenoxiden auf Wasserstoffbasis (HYDRI)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Yan Ma
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468209039

Fossilfreie Eisenherstellungsprozesse sind in der Stahlindustrie zur Verringerung der anthropogenen CO2-Emissionen unverzichtbar. Die wasserstoffbasierte direkte Reduktion (HDR) ist ein vielversprechender Kandidat für eine umweltfreundliche Eisenherstellung ohne direkte Freisetzung von CO2-Emissionen. Das HYDRI-Projekt zielt darauf ab, die Zusammenhänge zwischen Materialmikro-/Nanostrukturen und der HDR-Kinetik zu entwirren und um die entscheidende Rolle vorhandener Defekte im HDR-Prozess aufzudecken. Hiermit schlage ich einen multiskaligen und zeitaufgelösten Operando-Charakterisierungsansatz vor, um diese grundlegende Frage auf gesamtheitliche Weise anzugehen. HYDRI soll folgende drei Ziele erreichen: (1) Korrelation der Entwicklung einzelner Phasen und der gesamten HDR-Kinetik, Verständnis der geschwindigkeitsbegrenzenden Mechanismen aus mikroskopischer Sicht; (2) Untersuchung der Rolle von Interphasengrenzen bei den HDR-Mechanismen und -Kinetiken; und (3) Untersuchung der Rolle der Mikro-/Nanoporosität bei der HDR-Kinetik beim Massentransport. Folglich wird es unserer Gesellschaft zugänglich gemacht werden, wie sich diese mikroskopischen Schlüsselmerkmale während der Reduktion ändern und die Reduktionskinetik beeinflussen. Die erhaltenen mikrostrukturellen Informationen werden auch in das vom internen Mitarbeiter des MPIE entwickelte Mehrkomponenten-Phasenfeldmodell zur Eisenerzreduktion übertragen, um die Modellparameter zu überprüfen. Das experimentell kalibrierte Modell ermöglicht das theoretische Verständnis der Reaktionsmechanismen und die Vorhersage der Reduktionskinetik unter verschiedenen Bedingungen. Ein derart umfassendes Verständnis der Auswirkung von Mikro-/Nanostrukturen auf die Reduktionskinetik kann den Weg für ein verbessertes Mikrostrukturdesign der Erzpellets und die Optimierung der thermomechanischen Behandlung zur Beschleunigung der Reduktionskinetik ebnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle