SPP 1418:  Feuerfest - Initiative zur Reduzierung von Emissionen

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 73828240

Im Rahmen des Schwerpunktprogramms sollen Grundlagen für eine völlig neue Generation feuerfester Werkstoffe geschaffen werden, die an die Stelle der bisher üblichen kohlenstoffhaltigen Materialien treten. Kohlenstoffarme bzw. -freie Feuerfestwerkstoffe sollen dazu beitragen, den Kohlendioxidausstoß weltweit deutlich zu senken und durch verbesserte Wärmedämmung erhebliche Energieeinsparungen zu erzielen. Darüber hinaus können metallurgische Prozesse durch eine kohlenstofffreie "Clean-Steel-Technologie“ revolutioniert werden.
Bei einem Verzicht auf Kohlenstoff müssen für eine ausreichende Thermoschockbeständigkeit grundlegende werkstoff- und verfahrenstechnische Konzepte in der Mikrostruktur- (Werkstoffdesign) und Makrostrukturentwicklung (Werkstoffverbund) erarbeitet werden. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms werden die wissenschaftlichen Grundlagen zu einer gezielten Teil- oder Vollsubstitution von Kohlenstoff einschließlich der Funktionalisierung der Feuerfestbauteile für Schlüsselaufgaben in Hochtemperaturprozessen erarbeitet.
Die Untersuchung des Thermoschockversagens spröder Strukturmaterialien stellt eine sehr komplexe Aufgabe dar und kann verschiedene Modelle des Wärmeübergangs beinhalten, deren simultane Wirkung berücksichtigt werden muss. Die Analyse eines realen Bauteils, das Thermoschock ausgesetzt ist, ist ein multidisziplinäres Problem bemerkenswerter Größenordnung, das Experten auf den Gebieten des Wärmeübergangs, der Werkstoffwissenschaften, der Werkstoffsimulation und der Bruchmechanik erfordert. Hochleistungsprüfmethoden, z.B. hochauflösende Computertomografie und in-situ-Thermoschockbeanspruchung von Komponenten, zyklische Hochtemperaturbelastung unter Druck oder die Simulation biaxialer Belastung an realen Auskleidungen und/oder Bauteilen, unterstützen ganzheitliche, rechnergestützte Lösungsansätze, die sowohl die gesamte Mikro- und Makrostrukturentwicklung als auch die Anwendungsmöglichkeiten mit sorgfältig abgestimmten Werkstoff-, Fertigungs-, Füge-, Qualitäts- und Kostenalternativen abdecken.
Das Schwerpunktprogramm zielt auf Projekte in unterschiedlichen Entwicklungsebenen - Gefüge / Bauteil / System / Anwendung. Diese lassen sich in einen der folgenden Bereiche einordnen: (1) Modellunterstützte Konzipierung und Verifizierung von thermoschockbeständigen oxidhaltigen Mikrostrukturen, (2) Einsatz von Nanokeramiken zur Reduzierung des Kohlenstoffgehalts in kohlenstoffhaltigen Erzeugnissen, (3) Thermoschockbeständige Makrostrukturierung von Funktionsbauteilen mittels Mehrschichttechnologien, (4) Funktionalisierung von Feuerfestbauteilen, z.B. Bauteilüberwachung, Anti-Clogging, (5) Hochleistungsprüfmethoden und Modellierungsansätze, (6) Entwicklung von Strategien zur Reduzierung von Emissionen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Einfluss von reaktiven Aluminium- und Magnesiumoxid-Zusätzen auf die Korrisions- und Thermoschockbeständigkeit von spinellbildenden Feuerbetonen (Antragsteller Bier, Thomas A. )
• Einsatz von Nanopartikeln zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes in kohlenstoffgebundenen Feuerfesterzeugnissen (Antragsteller Aneziris, Christos G. )
• Entwicklung innovativer kohlenstoffgebundener Feuerfestsysteme für den Einsatz im Untergussverfahren zum Vergießen von Stahl (Antragsteller Aneziris, Christos G. )
• Erarbeitung und Kommunikation einer integrativen Forschungs-Roadmap für den Bereich der Feuerfestkeramik (Antragstellerin Geigenmüller, Anja )
• Ermittlung der Schädigung feuerfester Werkstoffe nach Thermoschock durch Resonanzfrequenz-Dämpfungsanalyse (Antragsteller Telle, Rainer )
• Flexible Fertigung feuerfester Formteile aus Faser-verstärktem präkeramischem Papier (PRECERP) (Antragsteller Greil, Peter )
• Generativ hergestellte keramische Bauteile mit dreidimensional funktional-gradierten Strukturen (Antragsteller Kollenberg, Wolfgang )
• Herstellung, Charakterisierung und Modellierung feuerfester Werkstoffe mit zellularer Matrix (Antragsteller Falk, Guido )
• Herstellung mehrlagiger Feuerfest-Verbundwerkstoffe über das Foliengießverfahren mit optimierten thermischen und chemischen Eigenschaften (Antragsteller Roosen, Andreas )
• Koordinierungsaufgaben im Schwerpunktprogramm "Feuerfest-Initiative zur Reduzierung von Emissionen" (Antragsteller Aneziris, Christos G. )
• Marketingkonzept zur Förderung des Images ingenieurwissenschaftlicher Fachdisziplinen (Antragstellerin Geigenmüller, Anja )
• Mikrorissstabilität und Temperaturwechselbeständigkeit Al2O3-reicher Werkstoffe mit ZrO2-, TiO2- und/oder SiO2-Dotierungen für feuerfeste Anwendungen (Antragsteller Aneziris, Christos G. )
• Mikrostruktursimulationen für die systematisch orientierte Entwicklung von thermoschockbeständigen Werkstoffen mit reduziertem Kohlenstoffgehalt (Antragstellerin Emmerich, Heike )
• Mikrostrukurelle Prozesse an der Rissflanke beim Einsatz eutektischer Aggregate bei Hochtemperaturwechselbelastung (Antragsteller Telle, Rainer )
• Neuartige Aluminium-Mullit-Werkstoffe für Feuerfestanwendungen - Porosität, Mikrostruktur und Thermoschockverhalten - (Antragsteller Scheffler, Michael )
• Numerische Beanspruchungsanalysen und bruchmechanische Festigkeitskriterien zur Optimierung der Thermoschockbeständigkeit von gradierten und geschichteten Strukturen aus Feuerfestwerkstoffen (Antragsteller Kuna, Meinhard )
• Physikalische und FE-Simulation des Thermoschockverhaltens für neuartige Feuerfestkeramiken (Antragsteller Michailov, Vesselin G. )
• Schädigungsmechanische Multiskalenmodellierung zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit und Restfestigkeit oxidischer Feuerfestwerkstoffe durch gezielte Beeinflussung der Mikrostruktur (Antragsteller Ricoeur, Andreas )
• Simulation und Sensitivitätsanalyse der effektiven Wärmeleitfähigkeit neuer kohlenstoffarmer oder kohlenstofffreier Feuerfestmaterialien für die Stahlindustrie (Antragsteller Trimis, Dimosthenis )
• Thermomechanische Charakterisierung emissionreduzierter Feuerfestwerkstoffe (Antragsteller Malzbender, Jürgen )
• Thermoschockbeständige kohlenstofffreie Feuerfestbauteile durch Mehrschichttechnologie (Antragsteller Michaelis, Alexander )
• Werkstoff- und Prozessevaluierung von Feuerfestsystemen in einem Stahlgusssimulator (Antragsteller Aneziris, Christos G. )
• Zyklische und thermozyklische Beanspruchung von Feuerfestwerkstoffen im System MgO-C (Antragsteller Biermann, Horst )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Christos G. Aneziris