Temperatur- und Spannungsberechnungen zur Analyse und Optimierung der Aufheiz- und Abkühlphase beim Brand von Schamottesteinen

(2007), 181 S. : Ill., zahlr. graph. Darst.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2007
Abstract:
Der Brennprozess feuerfester Steine ist sehr zeitaufwändig und kostenintensiv. Begrenzend für einen rissfreien Brand sind die in der Aufheiz- und Abkühlphase im Brenngut entstehenden Temperaturdifferenzen. Diese Temperaturdifferenzen sind neben den stoffspezifischen Volumenänderungen, z. B. bei Modifikationswechseln, die wichtigste Ursache von thermomechanischen Spannungen im Brenngut. Zur Vermeidung von Aufheiz- und Abkühlrissen müssen die Temperatur- und Spannungsfelder für den ungebrannten Stein in der Aufheizphase und für den gebrannten Stein in der Abkühlphase für den jeweils vorliegenden Gefügezustand ermittelt und mit der zulässigen Spannung verglichen werden. Dafür wird ein FEM-Simulationsmodell mit dem Programm ANSYS erstellt. Anschließend wird das Modell auf den Brand von zwei typischen Schamottestein-Qualitäten angewendet. Dabei werden der derzeitige Stand des Brennprozesses analysiert und Optimierungsvorschläge abgeleitet, die die kritischen Temperaturbereichen in der Aufheiz- und Abkühlphase sowie die Temperaturbereiche mit Reserven in der Aufheiz- und der Abkühlgeschwindigkeit berücksichtigen. Als Voraussetzung dafür müssen die thermoanalytischen Eigenschaften sowie die wärmetechnischen und mechanischen Stoffwerte der betrachteten feuerfesten Werkstoffe in Abhängigkeit von den Brennparametern und dem damit jeweils vorliegenden Gefügezustand für die Aufheizphase (Grünkörper) und für die Abkühlphase (gebranntes Produkt) möglichst genau bekannt sein und deshalb überwiegend experimentell ermittelt werden.