Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth
Projektcluster DiMaWert
Digitalisierung der Materialentwicklung entlang der Wertschöpfungsketten
Abgeschlossenes Förderprojekt
Motivation
ThermoOptischer Messofen TOM_wave
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)
In diesem Teilprojekt sollten Methoden entwickelt werden, mit denen die Versagenswahrscheinlichkeit von Feuerfestwerkstoffen auf Basis ihrer Mikrostruktur vorhergesagt werden kann. Daraus sollten Strategien für eine Verbesserung künftiger Feuerfestmaterialien abgeleitet werden. Außerdem sollten experimentelle Methoden entwickelt werden, mit denen die Alterung von Feuerfestmaterialien unter kontrollierten Bedingungen untersucht werden kann. Schließlich waren im Prozess Messmethoden für die Erfassung von Hochtemperaturmaterialdaten zu entwickeln, wie sie als Input für die Simulationsmodelle in den Teilprojekten 1 und 3 benötigt werden.
Ergebnisse
Tonspur und Wasserfalldiagramm eines Rissereignisses in einer Feuerfestprobe ausgelöst durch heißen Thermoschock nach Laserbeschuss (links) und CT-Aufnahmen einer Feuerfestprobe vor und nach thermischer Behandlung mittels Laserbeschuss in TOM_wave (rechts)
- Grundlegende mikrostrukturelle, mechanische und thermomechanische Charakterisierung ausgewählter Feuerfestmaterialien für die Verknüpfung von mechanischer und bildgebender zerstörungsfreier Prüfung (Darstellung der Versagensmodelle bei Teilprojekt 8)
- Regelbetrieb an TOM_wave bei Raum- und Hochtemperatur für:
• Laser-Flash-Versuche zur Messung von Temperaturleitfähigkeit und Emissivität
• Thermoschock- und Thermozyklierversuche zur Alterung unter definierten Bedingungen - Detektion von Schallemissionen in Feuerfestmaterial bei der Rissbildung durch laserinduzierte thermische Spannungen
- Entwicklung von Messverfahren für die Optimierung der Entbinderung hochbinderhaltiger Proben für Teilprojekt 3
- Entwicklung von Messverfahren für die Untersuchung von Wärmeprozessen mit Wasserstoff