Energieeffizienz bei kontinuierlichen Wärmebehandlungsanlagen: SiC/SiC-Bauteile für Rollenöfen

Für Wärmeprozesse in der Keramik- und Metallindustrie werden zunehmend Rollenöfen eingesetzt, weil diese eine sehr günstige Energiebilanz aufweisen. Die Effizienz der Rollenöfen könnte durch breitere Ofenschächte wesentlich erhöht werden. Die Wärmeverluste an den Durchführungen für die Transportrollen und der seitlichen Isolierung blieben dabei konstant, während der Brenngut-Durchsatz in etwa proportional zur Breite erhöht werden kann. Allerdings sind die jetzigen Innenmaße schon an der Grenze der mechanischen Belastbarkeit der Transportrollen.

Zur Verbreiterung der Ofenschächte soll eine neue Transportrolle mit verbesserten mechanischen Eigenschaften entwickelt werden. Im Unterschied zu bisher verwendeten monolithischen Keramiken soll diese aus einem mit Siliziumcarbidfasern verstärkten Siliziumcarbid (SiC/SiC) bestehen.
An einem Demonstrator-Bauteil soll nachgewiesen werden, dass die angestrebten Spannweiten erreichbar sind. Durch die Faserverstärkung werden insbesondere die Thermoschockbeständigkeit der Keramik verbessert und ein schadenstolerantes Bruchverhalten erzielt.

Technologische Basis für die Entwicklung von mechanisch hoch belastbaren Keramikrollen ist die Nasswickeltechnik, mit der rohrförmige Preformen erzeugt werden. Eine Beschichtung der SiC-Fasern ist zwingend erforderlich, um ein schadenstolerantes Verhalten des SiC/SiC-Komposits zu erreichen. Die Faserbeschichtung erfolgt vor der Formgebung durch ein neu entwickeltes Nassbeschichtungsverfahren.
Die Prozessparameter für die an die Formgebung anschließenden Wärmebehandlungsprozesse (Druck, Temperatur, Aufheizrate) sollen durch In-Situ-Messungen an der Thermooptischen Messanlage TOM_AC untersucht und optimiert werden.

Im Teilprojekt: Auslegung von Rollenöfen wird mittels FE-Simulation ein keramikgerechtes Design für eine hochfeste und schadenstolerante Rolle entwickelt, welches dann in einem Demonstrator-Bauteil umgesetzt werden soll.