Open Access

Jafet Roth

• Um den Prozess der Direktreduktion von Eisenerz computergestützt zu simulieren, werden mathematische Modelle, zur Beschreibung von Gas-Feststoff-Reaktionen, in Python implementiert. In der vorliegenden Arbeit wird ein einzelnes Pellet aus Eisenerz, welches sich in einem Gasstrom aus reinem Wasserstoff befindet, betrachtet. Es werden mehrere Modellansätze aus der Literatur miteinander verglichenUm den Prozess der Direktreduktion von Eisenerz computergestützt zu simulieren, werden mathematische Modelle, zur Beschreibung von Gas-Feststoff-Reaktionen, in Python implementiert. In der vorliegenden Arbeit wird ein einzelnes Pellet aus Eisenerz, welches sich in einem Gasstrom aus reinem Wasserstoff befindet, betrachtet. Es werden mehrere Modellansätze aus der Literatur miteinander verglichen und davon geeignete zur recheneffizienten Implementierung ausgewählt. Die entwickelte Simulationssoftware besitzt eine grafische Oberfläche und bietet die Auswahl aus drei Modellen mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad. Diese sind vollständig parametriert und die meisten Parameter werden temperaturabhängig bestimmt oder sind frei wählbar. Die Durchführung von Parameterstudien ist über die lineare Variierung eines beliebigen Parameters möglich. Die Ergebnisse der Simulation können dann in Abhängigkeit der Zeit dargestellt oder im CSV-Format exportiert werden. Die Rechenmodelle sind in einem separaten Python-Modul zusammengefasst und können einfach in eine übergeordnete Modellierung eingebaut werden. Zur Validierung erfolgt ein Abgleich mit experimentellen Literaturdaten. Abschließend werden die Stärken und Schwächen der implementierten Modelle gegenübergestellt und bewertet.…
• For the computer-aided simulation of the direct reduction of iron ore, mathematical models to describe gas-solid reactions are implemented in Python. In this work, a single pellet of iron ore, which is surrounded by a gas stream of pure hydrogen is considered. Several modeling approaches from the literature are compared, in order to select suitable models for computing efficient implementation.For the computer-aided simulation of the direct reduction of iron ore, mathematical models to describe gas-solid reactions are implemented in Python. In this work, a single pellet of iron ore, which is surrounded by a gas stream of pure hydrogen is considered. Several modeling approaches from the literature are compared, in order to select suitable models for computing efficient implementation. Thereby analytical models are solved via numerical methods. The simulation software is developed in combination with a graphical user interface and provides three simulation models. Important parameters are calculated depending on temperature, but all of them can also be tweaked manually. To conduct a parameter study, the chosen parameter can be varied in linear steps. The results of the simulation can be plotted over time or exported to a CSV-format. The calculation models are all combined in one Python module and are easily importable by a superordinate reactor model. For validation, a comparison is made with experimental data from the literature. In conclusion, the strengths and weaknesses of the implemented models are assessed in contrast to each other.…