Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Aktuelles Förderprojekt
Motivation
Energiebilanz eines Wärmebehandlungsprozesses im Rollenofen bei einer Maximaltemperatur von 1050 °C
Die Lebensdauer gut ausgelegter Thermoprozessanlagen beträgt mehr als 30 Jahre, wobei die eingesetzten Feuerfestmaterialien häufiger ausgetauscht werden müssen und dabei die CO2-Bilanz und die Kosteneffizienz verschlechtern. Bei einem verfrühten Versagen der Feuerfestmaterialien können große Schäden entstehen. Präzise Anforderungen an die Ofenmaterialien auf Basis von Ofenmodellen sowie die Kenntnis der thermomechanischen Eigenschaften und des Versagensverhaltens der Materialien ermöglichen es, Havarien zu vermeiden und Wartungszyklen zu verlängern.
Zielsetzung
TOM_wave mit Probenhalterung (links) sowie simulierte Temperatur und resultierende Spannungsverteilung einer Probe bei Laserbeschuss (rechts)
Für neuartige Ofenanlagen soll die durch Konstruktion und Prozessführung erzielbare CO2-Einsparung im großtechnischen Betrieb berechnet werden. Dies beinhaltet auch den Verschleiß der Feuerfestwerkstoffe durch thermomechanische Belastungen. Entscheidend sind Lebensdauermodelle für eine zuverlässige Prognose der Versagenswahrscheinlichkeit. Dadurch sollen der Beitrag der Feuerfestwerkstoffe zur gesamten CO2-Bilanz der Thermoprozesse bestimmt und Optimierungsmöglichkeiten aufgezeigt werden.
Lösungsweg
Defekterkennung mittels zerstörungsfreier Prüfung von Ofenmaterialien zur Bestimmung verlässlicher Kennzahlen für die Lebensdauerberechnung (Service Lifetime Prediction)
- Weiterentwicklung der Prognosetools für die Versagenswahrscheinlichkeit von Feuerfestbauteilen auf Basis experimentell ermittelter Weibull-Parameter zur Einschätzung des unterkritischen Risswachstums
- Integration bildgebender zerstörungsfreier Prüfverfahren (z. B. Computer-Tomografie)
- Bewertung von Prüfverfahren für großformatige Feuerfestbauteile
- Auswahltools für Feuerfestmaterialien auf Basis der simulierten Belastungszustände
- Ermittlung des CO2-Fußabdrucks von Öfen unter Berücksichtigung von Ofenkonstruktion, Feuerfestmaterialien und Prozessführung