Zyklische und thermozyklische Beanspruchung von Feuerfestwerkstoffen im System MgO-C

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Im technischen Einsatz von Feuerfestwerkstoffen treten hohe thermische und thermomechanische Beanspruchungen auf. Im hier beantragten Vorhaben soll erstmals das Verhalten von kohlenstoffgebundenen MgO-C-Feuerfestwerkstoffen unter thermomechanischer Beanspruchung grundlegend untersucht, das Schädigungsverhalten aufgeklärt und Lebensdauerbeziehungen abgeleitet werden. Als Ziel des Vorhabens soll ein prinzipielles Verständnis des Verhaltens moderner kohlenstoffgebundener Feuerfestwerkstoffe unter thermomechanischer Beanspruchung und Thermoschock entwickelt werden. Insbesondere soll durch Variation des Anteils an Binder und Graphit sowie der Porosität und der Korngröße des MgO aufgeklärt werden, welche Rolle das Gefüge, die Fähigkeit zur Bildung von Mikrorissnetzwerken und die quasi-plastische Verformung bei der thermozyklischen bzw. Thermoschockbeanspruchung spielen. Basis für die Charakterisierung der herzustellenden Werkstoffvarianten sind quasi-statische Druck-, Biege- und Spannungsrelaxationsversuche. Mit diesen Prüfverfahren kann der Einfluss der Variation des Kohlenstoff- und des Graphitanteils, der Porosität und der MgO-Korngrößen grundlegend erforscht werden, so dass die anschließenden zyklischen Versuche nur an zielführenden, ausgewählten Werkstoffvarianten durchgeführt werden. Als Feuerfestmaterial wird kohlenstoffgebundenes MgO-C unter dem Aspekt der Reduzierung des Kohlenstoffgehalts durch die Zugabe von nanoskaligen Additiven untersucht. Das Ziel dabei ist, eine Senkung des Kohlenstoffgehalts ohne Verschlechterung der Temperaturwechselbeständigkeit zu erreichen. Inwieweit es dabei zu einer Veränderung der Hochtemperatur-Eigenschaften kommt, soll hier untersucht werden. Aus den Ergebnissen kann dann die Eignung dieser kohlenstoffreduzierten Werkstoffe als Ersatz für die konventionellen Feuerfestmaterialien festgestellt werden. Der Einsatz dieser kohlenstoffreduzierten Feuerfestmaterialien bringt wesentliche Vorteile durch Verringerung der Oxidationsempfindlichkeit gegenüber den üblichen Feuerfestwerkstoffen. So werden z.B. CO2-Emissionen und das sogenannte „Carbon-Pick-up“ vermindert und Qualitätsverbesserungen in den schmelzmetallurgischen Prozessen erzielt.