Gezielte Bildung von Schmelzphasen zur Verbesserung der thermomechanischen Eigenschaften sowie der Korrosions- und Erosionsbeständigkeit von Feuerbetonen

Das Forschungsvorhaben untersuchte systematisch den Einfluss der gezielten Bildung von Schmelzphase in der Matrix von Feuerbetonen auf die resultierenden Eigenschaften der Feuerbetone.

Ziel war es, Feuerbetone mit Schmelzphasenbildung zu entwickeln und zu zeigen, dass ein Einsatz auch oberhalb der Temperatur der Schmelzphasenbildung möglich ist. Es war bereits bekannt, dass die Schmelzphase eine gewisse Duktilität im Feuerbeton verursacht, wodurch thermomechanische Spannungen abgebaut werden können und Defekte im Gefüge reduziert werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Feuerbetone entwickelt (AP 1), denen Schmelzphasenbildner zugegeben wurden. In einem zweiten Schritt wurden Schwindungskompensatoren zugegeben, um die mit der Bildung von Schmelzphase einhergehende Schwindung auszugleichen. Diese wurden so gewählt, dass die Temperatur der Volumenausdehnung nahe der Temperatur der Schmelzphasenbildung liegt.

Mittels kontinuierlicher Messungen der Temperaturleitfähigkeit (MMH) und des Druckerweichens (DE) sollte die Temperatur bestimmt und abgeleitet werden, bis zu der ein Feuerbeton trotz Schmelzphase raumbeständig (feuerfest) ist (AP 2). Begleitende Untersuchungen der Temperaturwechselbeständigkeit (AP 3), der Korrosions- und Erosionsbeständigkeit (AP 4) und mikroanalytische Untersuchungen (AP 5) dienten dazu, die Ergebnisse abzusichern und weitere charakteristische einsatzrelevante Eigenschaften zu ermitteln.

Das Vorhaben zielte auf ein vertiefendes Verständnis des Einflusses einer gezielten Bildung von Schmelzphase in der Matrix von Feuerbetonen auf die resultierenden Eigenschaften im Einsatz ab.

In Deutschland leisten KMU den wesentlichen Beitrag zu Produkt- und Prozessinnovationen der Feuer-fest-Branche. 90 % der deutschen Feuerfest-Hersteller sind KMU. Die Feuerfest-Branche war im „Projektbegleitenden Ausschuss“ breit repräsentiert, der sich aus Herstellern unterschiedlicher Produkte – im Sinne der Werkstoffe, Herstellungsverfahren und Anwender-Industriezweige – zusammensetzte und so die Relevanz der angestrebten Ergebnisse für die gesamten Feuerfest-Branche ausdrückte. Die führende Position deutscher Feuerfest-Unternehmen wird unterstützt und ausgeweitet:

• Für die Feuerfesthersteller (häufig KMU) bedeutet die Qualitätsverbesserung ihrer Produkte die Stärkung ihrer wirtschaftlichen Situation. Der Erkenntnisgewinn hinsichtlich des Verhaltens der Feuerbetone in Bezug auf die definierte Ausbildung von Schmelzphasen bei Betriebstemperatur kann in hohem Maße dazu beitragen, die Produktqualität feuerfeste Erzeugnisse vorherzusagen und somit die Qualität zu verbessern.
• Dadurch ergeben sich große Vorteile für KMU, denn eine zuverlässigere Kenntnis des Verhaltens der Feuerbetone im betrieblichen Einsatz kann bereits im Labor generiert werden. Dies schafft das notwendige Vertrauen bei den Anwendern, ein neuentwickeltes oder verändertes Feuer-festerzeugnis im industriellen Einsatz zu verwenden.
• Die Ergebnisse versetzen Feuerfesthersteller in die Lage, Produkte mit einer höheren Lebens-dauer zu entwickeln, die auch unter komplexen Einsatzbedingungen sicher verwendet werden können. Dies kann zu einer Kostenersparnis führen (längere Intervalle zwischen Neuzustellun-gen). Es wird wichtiges neues Wissen generiert, wie der Übergangsbereich von sprödem zu duktilem Verhalten für die Verbesserung der thermomechanischen Beständigkeit nutzbar gemacht werden kann.
• Feuerfesthersteller werden in die Lage versetzt, den Einfluss des Einsatzes von Rezyklaten auf die Eigenschaften der Feuerbetone einzuschätzen, da diese in der Regel durch Verunreinigungen Schmelzphasen bilden. Gezeigt werden konnte der Einfluss der Schmelzphase auf die Eigenschaften der Feuerbetone bei verschiedenen Schmelzphasenbildnern (langes und kurzes Schmelzintervall).
• Eine Wissensmehrung findet statt bezüglich der Neuentwicklung und Optimierung von Feuerbetonen mit einfach zu beschaffenden Rohstoffen (z.B. Feldspäte, Kyanit), da sie zum Portfolio der keramischen Industrie gehören.
• Das neue Wissen versetzt Hersteller von Rohstoffen für Feuerbetone in die Lage, gezielt in Ab-hängigkeit von der avisierten Anwendungstemperatur Austauschstoffe anzubieten, die eine feuerfeste Zustellung von einem spröden zu einem duktilen Verhalten führen.