Leobener Experten haben mit Hilfe von komplexen Computersimulationen einen Weg gefunden, die Lebensdauer von feuerfesten Auskleidungen zu verlängern.

Einen Erfolg in der Stahlforschung kann das Leobener Christian Doppler Labor für eigenschaftsoptimierte Baustoffe verbuchen.

Längere Lebensdauer für feuerfeste Auskleidungen

In Kooperation mit der voestalpine Stahl Linz und Donawitz haben die Leobener Experten einen Weg gefunden, wie man die Lebensdauer von feuerfesten Auskleidungen, die im Zuge der Stahlerzeugung täglich höchsten Temperaturen ausgesetzt sind, verlängern kann.

Gelungen ist ihnen das mit Hilfe von komplexen Computersimulationen, die eine neue Ordnung in die so genannten Dehnfugen brachten.

Stahlerzeugung bei 1.600 Grad und mehr

Die Stahlerzeugung ist ein Prozess, der in speziell dafür eingerichteten Aggregaten – den so genannten Konvertern – abläuft. Temperaturen von 1.600 Grad aufwärts gehören zum Standard. Damit die Aggregate dieser höllischen Hitze widerstehen, werden sie mit feuerfestem Material ausgekleidet.

Bestimmte Materialien schützen die Innenwand

Im Fall der Stahlerzeugung handelt es sich um Bausteine aus Magnesia-Carbon, die im Verbund mit speziellen Pechen die Innenwand der Konverter schützen.

“Das Material muss nicht nur den hohen Temperaturen des Flüssigstahls, sondern auch dem aggressiven Verhalten von Schlacken und vor allen Dingen den thermomechanischen Beanspruchungen standhalten”, beschreibt Harald Harmuth, der Leiter des Labors, die Materialanforderungen im Gespräch mit der APA.

Problem: Leichte Entstehung von Rissen

Das Problem, mit dem sich die Leobener Experten in erster Linie konfrontiert sahen, war die Tatsache, dass sich alle Materialien – auch Feuerfestmaterialien – bei Hitze ausdehnen und bei Kälte zusammenziehen und dadurch leicht Risse entstehen.

“Unsere Aufgabe war es, Wege zu finden, die ein derartiges mechanisches Versagen durch Rissbildung in den speziell gefährdeten Bereichen der Konverter, nämlich dem Übergang vom Boden zur Wand, verhindern”, so der Professor für Gesteinshüttenkunde Harmuth.

Computermodell findet die Lösung

Gelungen ist das dem Leobener Forschern mit Hilfe eines speziellen Computermodells, das zuerst das Verhalten des Feuerfeststoffes simuliert hat.

Zu diesem Zweck ist die Identifizierung entsprechender Materialgesetze – elastisches Verhalten und Bruchverhalten -, die Implementierung dieser Gesetze in Finite-Elemente-Programme und die Ermittlung von Messwerten erforderlich.

Danach ist man daran gegangen, den Einfluss der Konstruktion auf diese Auskleidungen zu analysieren. Auf Grund der Analyseergebnisse entschloss man sich, bei den feuerfesten Auskleidungen die Dehnfugen neu anzuordnen, die Größe zu optimieren sowie die konstruktive Gestaltung zu ändern.

Die Untersuchungsergebnisse werden mittlerweile erfolgreich von der österreichischen Stahlindustrie angewandt.