01/2011 - 12/2012

Kombinierte Prüfung der mechanischen und chemischen Beständigkeit geformter und ungeformter feuerfester Erzeugnisse für den Einsatz in der Aluminiummetallurgie

Beim Recycling von Aluminium in der Aluminium-Sekundärmetallurgie werden Ofenaggregate eingesetzt, die zum Schutz vor dem flüssigen Aluminium mit speziellen feuerfesten Erzeugnissen zugestellt werden. Die Einsatzeigenschaften dieser feuerfesten Erzeugnisse gehen nur unzureichend aus den Datenblattangaben hervor, welche auf standardisierten Laborprüfungen basieren. Eine wesentliche Ursache für die Abweichung ist, dass Korrosion und mechanische Beanspruchung der feuerfesten Erzeugnisse in den Ofenaggregaten nicht getrennt voneinander, wie in standardisierten Laborprüfungen, sondern gleichzeitig bzw. kombiniert auf das Feuerfestmaterial einwirken.

Der Schwerpunkt der Forschung lag in der Entwicklung und Validierung von Laborprüfverfahren, bei denen zur verbesserten Simulation betrieblicher Einsatzbedingungen in der Aluminium-Sekundärmetallurgie mehrere unterschiedliche Beanspruchungen auf den gleichen Probenkörper aus Feuerfestmaterial kombiniert werden. Es wurden zwei verschiedene kombinierte Verfahren entwickelt und validiert. Verfahren 1 kombiniert Korrosion und Infiltration (über Tiegeltests) mit mechanischer Beanspruchung (durch Abriebtests) zur Untersuchung des Einflusses einer flüssigen Aluminiumlegierung auf die verbleibende Beständigkeit der feuerfesten Erzeugnisse gegenüber Abrieb. Verfahren 2 kombiniert Korrosion und Infiltration (in dynamischen Induktionsofen-Fingertests) mit thermomechanischen Spannungen (durch bewusst herbeigeführte Temperaturwechsel) zur Untersuchung der Auswirkung betrieblicher Temperaturwechsel auf die Beständigkeitder feuerfesten Erzeugnisse gegenüber flüssigen Aluminiumlegierungen.

Die beiden Verfahren wurden an geformten Erzeugnissen und Feuerbetonen angewendet. Die Untersuchungen mit Verfahren 1 haben gezeigt, dass die mechanische Beständigkeit feuerfester Erzeugnisse gegenüber Partikelaufprall in unterschiedlicher Weise und in unterschiedlichem Ausmaß durch die Vorbelastung mit flüssigem AlMg5 beeinflusst wird, so dass eine differenzierte Bewertung der Erzeugnisse hinsichtlich ihres zu erwartenden Einsatzverhaltens erfolgen kann. Zudem wurde gezeigt, dass auch die kontinuierliche Temperatureinwirkung über den Verlauf des Tiegeltests das Erosionsverhalten der Erzeugnisse beeinflusst. In Verfahren 2 wurden die geprüften Erzeugnisse in Abhängigkeit von der Anzahl der überlagerten Thermoschocks unterschiedlich stark von flüssigem AlMg5 beeinträchtigt. So intensivierten sich bei einigen geprüften Erzeugnissen sowohl das Ausmaß von oberflächennaher Gefügedesintegration als auch die Intensität von pervasiven Verfärbungen mit der Anzahl der Thermoschocks, während andere Erzeugnisse weniger empfindlich reagieren.

Darauf basierend kann eine Einordnung der Erzeugnisse erfolgen. Der Abgleich der Laborbefunde mit betrieblichen Erfahrungen erwies sich als hoch komplex, da das betriebliche Verhalten von feuerfesten Erzeugnissen auch mit den Betriebsumständen (verwendete Legierung, Temperaturen, Anwesenheit von Salzschlacken, Einsatzdauer, Aufheizzyklen...), welche auf die feuerfeste Zustellung innerhalb einer Ofenreise einwirkten, korreliert werden muss. Die Ergebnisse führten zur Erarbeitung optimierter Prüfanleitungen und definierter Bewertungsvorschriften, welche zukünftig insbesondere KMU-Herstellern mit ihren spezialisierten Produkten, aber auch Anwendern zur verbesserten Bewertung der Einsatzeigenschaften von feuerfesten Erzeugnissen für den Einsatz in der Aluminium-Sekundärmetallurgie zur Verfügung stehen und die in normierte Prüfverfahren einfließen können.


Abschlussbericht als PDF

Ansprechpartner

Dr. rer. nat. Ralf Simmat Research Associate

E-Mail: simmat@fg-feuerfest.de Anrufen: 02624 9433-168



Forschende Institute

Forschungsgemeinschaft Feuerfest e. V.

Förderung

Förderprogramm: Industrielle Gemeinschaftsforschung

FKZ: 16849 N

Gefördert durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie