Feuerfeste Materialien, auch Refraktärwerkstoffe genannt, sind sehr hohen Belastungen ausgesetzt: Wenn sie beispielsweise in der Stahl- oder Glasindustrie eingesetzt werden, müssen sie einer Hitze von bis zu 1.700 Grad Celsius standhalten – mit starken Temperaturschwankungen in einer extrem korrosiven Umgebung. Die Verschleißminderung ist daher ein permanentes Thema bei der Entwicklung und Verbesserung feuerfester Werkstoffe.
Je genauer man die dabei ablaufenden Prozesse versteht, umso gezielter und sparsamer kann man mit den wertvollen Materialien umgehen. Dies ist das Ziel einer Forschungsarbeit von Jerónimo Guarco am COMET-Kompetenzzentrum K1-MET. Der aus Argentinien stammende Forscher, der für seine Dissertation nach Leoben kam und seine Arbeit im Rahmen eines gemeinsamen Projekts mit dem Lehrstuhl für Gesteinshüttenkunde der Montanuniversität durchführte, untersuchte im Konkreten zwei Arten von Verschleiß, die in der Praxis hochrelevant sind: zum einen den physikalisch-chemischen Prozess der Auflösung von Feuerfestmaterialien in heißen Schmelzen und zum anderen mechanische Erosion, also Materialabtrag durch Reibung.
Für beide Arten der Abnutzung hat Guarco Simulationsmodelle auf Basis von „Computational Fluid Dynamics“ (CFD) entwickelt und ergänzend dazu experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Letzteres geschah durch einen sogenannten „Finger-Test“. Dabei rotiert ein zylindrischer Prüfgegenstand mit konstanter Geschwindigkeit in einer rund 1.500 Grad heißen Schmelze. Der Verschleiß (der bei mehreren Millimetern pro Stunde liegen kann) wird mithilfe von Laserstrahlen gemessen: Dabei werden rund um den Prüfkörper 3.000 Profile mit einer Auflösung von 0,1 Millimeter aufgenommen.
Die Messergebnisse in Kombination mit den Simulationen dienten schließlich der Parametrisierung von Verschleißgesetzen. Guarcos Arbeit fügt sich in die „Area 3: Simulation & Data Analysis“ von K1-MET ein, die sich insbesondere mit der numerischen Simulation von Flüssigkeits- und Partikelströmungen beschäftigt. Die neu entwickelten Simulationsmodelle legen eine Basis für die Quantifizierung der Verschleißprozesse, was in Zukunft neue Möglichkeiten zur Optimierung von Prozessen und Materialkombinationen eröffnet.
Guarco setzt seine Forschungen nun als Post-Doc bei K1-MET mit Untersuchungen zu Mehrphasenströmungen fort.
Über K1-MET
K1-MET, ein Forschungszentrum im Rahmen des Österreichischen Kompetenzzentren-Programms COMET, ist eines der führenden internationalen metallurgischen Kompetenzzentren für Eisen- und Nichteisenmetallurgie mit Sitz in Österreich. K1-MET kooperiert mit namhaften nationalen und internationalen Industrieunternehmen und Universitäten aus metallurgischen Sektoren und behandelt Themen wie Energieeffizienz, Kreislaufwirtschaft und klimaneutrale Metallproduktion.
