21.04.2016 | Ausgabe 4/2016

Untersuchung des Erweichungsverhaltens von Feuerfestprodukten bei hohen Temperaturen

36 x 36 mm Feuerfestprobe in der neuen Prüfeinrichtung (a) bei 700 °C. Bilder der CMOS-Kamera (optisches Dilatometer) (b) bei Raumtemperatur (Schatten der Probe), und (c) bei 1500 °C (Strahlung der Probe). (Bildquelle: Forschungsgemeinschaft Feuerfest e. V.)

Feuerfestprodukte müssen im Einsatz auch bei hohen Temperaturen beträchtlichen mechanischen Belastungen dauerhaft standhalten. Solche mechanischen Belastungen gehen von dem Gewicht der feuerfesten Zustellung selbst aus (z. B. in der Wandzustellung von Stahlpfannen) oder werden von außen eingebracht (z. B. durch den flüssigen Stahl in Stahlwerkspfannen). Aufgrund des kombinierten Effekts der hohen Temperaturen und der mechanischen Belastungen können beträchtliche Verformung der Feuerfestzustellungen stattfinden, die den Betrieb behindern und die Lebensdauer einschränken. Mit einer innovativen Prüfeinrichtung wurden die Standardbedingungen zur Untersuchung des Erweichungsverhaltens von Feuerfestprodukten (DIN ISO 1983: Bestimmung des Erweichungsverhaltens unter Druck (Druckerweichen) und EN 993-9: Bestimmung des Druckfließverhaltens) erweitert. Dabei wurden unterschiedliche Gasatmosphären und verschiedene Belastungen untersucht, um die Kenntnisse zum Kriechverhalten von Feuerfestprodukten weiter auszubauen. Die primäre Kriechphase der Feuerfestprodukte wird durch die Prüfparameter (Temperatur, Belastung und Atmosphäre) beeinflusst. Die in der primären Kriechphase ausgebildete Mikrostruktur wirkt sich wiederum auf das Kriechverhalten im quasistabilen Zustand aus (sekundäre Kriechphase). Gleichzeitig konnten mithilfe eines optischen Dilatometers neuartige Informationen zum zweidimensionalen Erweichungsverhalten von Feuerfestprodukten bei steigender Temperatur und Belastung gewonnen werden. Diese Daten tragen zur Entwicklung von 3-dimensionalen Modellen komplexer feuerfester Bauteile und Strukturen, zum besseren Verständnis und zur Optimierung des Erweichungsverhaltens von Feuerfestprodukten bei.

Einführung
Die Fähigkeit, hohen Prozesstemperaturen bei gleichzeitiger mechanischer Belastung mittel- und langfristig zu widerstehen ohne zu erweichen, nachzugeben bzw. zu kriechen, definiert wesentlich die Eignung eines feuerfesten Werkstoffs für eine bestimmte Anwendung. Cordierit-Feuerfestmaterialien beispielsweise haben zwar einen sehr hohen Thermoschockwiderstand, beginnen aber ab 1200 °C zu erweichen. Dadurch wird ihr Einsatzbereich auf Anlagen mit einer maximalen Arbeitstemperatur von 1350 °C begrenzt.

Übersetzung und Nachdruck mit freundlicher Genehmigung aus Refractories Worldforum, Nr. 4–2015, Deutsche Bearbeitung Dr. Hartmut Polzin


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