Feuerfeste Baustoffe sind Grundlage für Hochtemperaturprozesse zur Herstellung fast aller Materialien in unserem Alltag. Zum Beispiel zur Herstellung von Stahl, Glas oder Zement werden feuerfesten Baustoffe benötigt. Bei deren Herstellung kommt es zum Ausstoß von großen Mengen CO2. Die Industrie und Wissenschaft ist bestrebt, den Verbrauch von Feuerfestmaterial zu vermindern.
Ein Werkzeug dazu ist die Simulation des Verhaltens dieser Materialeien im Einsatz um schlussendlich die Haltbarkeit zu verbessern. Ganz wesentlich sind dabei thermo-mechanische Belastungen, die durch die thermische Dehnung bei hohen Temperaturen hervorgerufen werden.
Um Simulationen durchführen zu können sind Modelle zur Beschreibung des Materialverhaltens erforderlich. Im Projekt wurde das Bruchverhalten von grobkeramischen feuerfesten Baustoffen mit einem „Phase-field“ Model simuliert. Dieses bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich, so wird zum Beispiel die Bruchprozesszone sehr gut beschrieben.
Nachdem Bruchversuche aus dem Labor erfolgreich simuliert werden konnten wurde das Modell auf industrielle Fragestellungen angewendet.
Wirkungen und Effekte
Die Anwendung des Modelles bietet die Möglichkeit das Bruchverhalten zu studieren und zu verbessern. Erkenntnisse können auch in die Materialentwicklung und die Konstruktion von Zustellungen einfließen. Die Anwendbarkeit des entwickelten Modells für Fragestellungen der Industrie wurde in Zusammenarbeit mit RHI Magnesita evaluiert. Es liefert wertvolle Erkenntnisse und eröffnet neue Möglichkeiten für eine zukünftige industrielle Anwendung
Im Jahr 2020 wurde der Markt feuerfester Baustoffe weltweit mit rund 50 Millionen Tonnen bewertet, wobei pro Tonne etwa 1.82 Tonnen CO2 emittiert werden. Dies zeigt das Potential von Materialverbesserungen und Verlängerung von Haltbarkeiten um Hochtemperaturprozesse kosteneffizienter, emissionsreduzierter und ressourcenschonender im Hinblick auf den Rohstoffverbrauch und die Abfallproduktion zu gestalten.
Ziele sind sowohl die Erhöhung des Recyclinganteiles als auch die Herstellung aus weniger CO2 intensiven Rohstoffen.
Projektkoordination (Story)
Dietmar Gruber, Priv.-Doz. Dr. mont.
Projektleiter
Lehrstuhl für Gesteinshüttenkunde
T +43 (0) 3842 402 3213
Dietmar.Gruber(at)unileoben.ac.at
IC-MPPE / COMET-Zentrum
Materials Center Leoben Forschung GmbH
Roseggerstraße 12
8700 Leoben
T +43 (0) 3842 45922-0
mclburo(at)mcl.at
www.mcl.at
Projektpartner
• Montanuniversität Leoben, Österreich
• Materials Center Forschung GmbH, Österreich
• RHI Mangesita GmbH, Österreich
• voestalpine Stahl AG, Österreich