Einsatz von Nanopartikeln zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes in kohlenstoffgebundenen Feuerfesterzeugnissen

点击翻译按钮获取中文摘要

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird die Wechselwirkung halbleitender Zusätze mit dem organischen Bindemittel kohlenstoffgebundener Feuerfestwerkstoffe im Zusammenspiel mit nanoskaligen Additiven auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT's) und Alumina-Nanoplättchen untersucht. Als halbleitendes Material kommt dotiertes Silizium zum Einsatz, welches standardmäßig in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird. Ziel ist die Steigerung des Kohlenstoffanteils, der aus dem eingesetzten organischen Binderharz gewonnenen wird. Die Steigerung des Kohlenstoffgehaltes soll durch einen Elektronentransfer vom halbleitenden Silizium zu den Makromolekülen des Bindemittels erreicht werden [Ste11c]. Hierdurch soll der eingesetzte Primärkohlenstoffgehalt (Thermalruß, Graphit) gesenkt werden, unter Beibehaltung bzw. Verbesserung der thermomechanischen Eigenschaften. In der ersten Antragsphase wurde eine Senkung des Gesamtkohlenstoffgehaltes von Al2O3-C Werkstoffen von 30 auf 20 Ma.% durch die Zugabe von CNT's und Alumina-Nanoplättchen erreicht, wobei die thermomechanischen Eigenschaften verbessert werden konnten [Rou11a; Rou11b]. Im Zusammenspiel mit dem halbleitenden Silizium soll der Gesamtkohlenstoffgehalt auf 15 % reduziert werden unter Verbesserung der Eigenschaften des Systems. Äquivalent hierzu konnte der Kohlenstoffgehalt von MgO16 C Werkstoffen von 10 auf 5 Ma.% gesenkt werden, wobei auch hier die thermomechanischen Eigenschaften nicht verschlechtert wurden. Die Verringerung des Kohlenstoffgehaltes im Feuerfestmaterial bei gleichen oder verbesserten thermomechanischen Eigenschaften soll dazu beitragen, den Kohlendioxidausstoß weltweit deutlich zu senken. Darüber hinaus können metallurgische Prozesse revolutioniert werden mit dem Ziel, neue hochwertige Stahlarten zu erschmelzen [Ste11b]. In allen Stahlbehandlungsschritten, die sich dem Konverter anschließen, besteht in Folge der hohen Affinität des tiefentkohlten Stahls gegenüber freiem Kohlenstoff immer die Gefahr des „Carbon pick-up“ aus Teilen der kohlenstoffhaltigen feuerfesten Zustellung. Eine unkontrollierte Kohlenstoffaufnahme des Stahls führt zu starken Qualitätseinbußen. Durch kohlenstoffarme Zustellungen wird nachweislich die Aufkohlung von Stählen verringert [Kun10a; EG01a; EG93a; Plu92a; Ban98a].