- Feuerfester Werkstoff
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Als feuerfeste Werkstoffe bezeichnet man in der Technik im Allgemeinen keramische Erzeugnisse und Werkstoffe mit einer Einsatztemperatur von über 600 °C. Laut Definition (DIN 51 060) sind jedoch nur Werkstoffe mit einem Kegelfallpunkt größer SK 17, was in etwa 1500 °C entspricht, als feuerfest zu bezeichnen. Diese Grenztemperatur hat technisch keine wirkliche Relevanz, ist jedoch zollrechtlich und bergbaurechtlich von Belang.
Die Hauptkomponenten anorganischer nichtmetallischer Materialien (Keramik und Glas, Glaskeramik, Glasfasern und Mineralfasern) sind die Oxide Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Zirconiumoxid und Chromoxid. Zudem sind Kohlenstoff (C) und Siliciumcarbid (SiC) wichtige Komponenten. Außerdem muss man die sog. Refraktärmetalle (Molybdän, Wolfram) sowie die Platingruppenmetalle (Edelmetalle) und ihre Legierungen auf Grund ihrer hohen Schmelzpunkte und ihrer chemischen Beständigkeit gegenüber vielen Schlacken und Schmelzen zu den feuerfesten Werkstoffen zählen.
Genauer wäre folgende Definition: Refraktärwerkstoffe sind metallische und keramische Materialien für Einsatztemperaturen (ab 300 °C) über 600 °C (hier gibt es keine allgemeingültige Definition!) bis über 1700 °C, die im direkten Wärmekontakt zu einem Hochtemperaturprozess (z. B.: Schmelzen von Metallen oder Glas; Brennen von Keramik) und zu seinen thermischen Folge- und Nebenprozessen (Formgebung, Wärmebehandlung,..) stehen.
Hauptanwendungszweck der feuerfesten Werkstoffe sind also Ofenauskleidungen der Eisen- und Stahl, Glas-, Aluminium-, Zement- und Keramischen Industrie sowie formgebende Werkzeuge in den genannten Industriezweigen. Dabei spielt bei der Auswahl der für einen Prozess geeigneten Werkstoffe nicht nur die Temperatur eine wichtige Rolle sondern auch die Atmosphäre, die minimale zeitliche Haltbarkeit bzw. Einsatzfähigkeit, die chemische Beständigkeit, die erreichbare mechanische Festigkeit u. a. m.
Inhaltsverzeichnis
Herstellung
Die Herstellung der hochtemperaturbeständigen Materialien hängt von der Werkstoffklasse (Keramik, Metall, Verbundmaterial) ab, wird aber auch durch die erforderlichen Materialeigenschaften für den geplanten Anwendungszweck maßgeblich bestimmt. Es kommen eigentlich alle Produktionsverfahren für die Herstellung feuerfester Werkstoffe zum Einsatz, die für die jeweilige Werkstoffgruppe spezifisch sind. Bei Keramiken sind dies u. a. Pressen, Gießen, Stampfen, Schmelzguss und bei Metallen beispielsweise Legieren, Walzen oder Schmelzen.
Wirtschaftliche Daten
Weltweit wurden 1997 ca. 17,8 Millionen Tonnen an feuerfesten Materialien erzeugt, während es 2001 nur noch etwas über 12 Millionen Tonnen waren. In Deutschland sank die Produktion von feuerfesten Werkstoffen von über 1,6 Millionen Tonnen im Jahr 1980 auf knapp unter eine Million Tonnen im Jahr 2004.
Der Bedarf an Refraktärmetallen und PGM steigt zwar weltweit, dieser Anstieg ist jedoch nicht durch Anwendungen im Feuerfestbereich bedingt sondern auf Grund anderer Einsatzgebiete. Zur Zeit (2005) werden pro Jahr ca. 140.000 t Molybdän weltweit erzeugt, ca. 40.000 t Wolfram und ca. 120 t Platin (aus der Primärproduktion) sowie ca. 100 t der anderen PGM.
Der Preis für eine Tonne an Refraktärmaterial bzw. dessen Hauptrohstoff (im Jahr 2005) ist in seiner Größenordnung für einige Werkstoffe aufgeführt. Bei den Platingruppenmetallen wird der Preis durch die Tagesbörse bestimmt, bei den anderen Materialien vor allem durch die Nachfrage an einzelnen Rohstoffen, die aber in anderen Industriezweigen massenhaft eingesetzt werden:
Material Platin Molybdänoxid schmelzgegossenes AZS Silika Preis/Tonne in € 25.000.000 100.000 20.000 750 Einsatzverhalten
Das "Problem" aller Refraktärwerkstoffe ist, dass sie trotz ihrer relativen Unempfindlichkeit gegenüber der Umgebung und der hohen Temperatur, einem mehr oder wenig heftigen Verschleiß unterliegen. Die Lebens- bzw. Einsatzdauer für feuerfeste Produkte beträgt zwischen wenigen Tagen und vielen Jahren. Diese ist u. a. abhängig von der Temperatur im Einsatzfall, der chemischen Beständigkeit gegenüber umgebenden Medien bei den hohen Temperaturen, von den Werkstoffeigenschaften oder von der Betriebsweise der Aggregate.
"Feuerfeste" Erzeugnisse im täglichen Leben
Viele Erzeugnisse des täglichen Lebens sind nicht feuerfest sondern wärmeverträglich, hitzebeständig, temperaturwechselbeständig oder schwer entflammbar, werden jedoch im allgemeinen Sprachgebrauch und in der Werbung als "feuerfest" bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel ist "feuerfestes" Glas (früher sog. Jenaer Glas, ein Borosilicatglas, bzw. heute meist Glaskeramiken).
Die Auskleidung von Kaminöfen (Schamotte), das Sichtfenster (meist eine Glaskeramik) der Öfen, die Baustoffe von Kachelöfen sind Beispiele für feuerfeste Werkstoffe im täglichen Gebrauch.
Industrieller Einsatz
Neben traditionellen, feuerfesten Steinen und Massen sind in den letzten Jahrzehnten eine Reihe von wärmedämmenden Produkten wie Feuerleichtsteine und Hochtemperaturwolle entwickelt worden.
Literatur
Allgemein
- Wolfgang Schulle: Feuerfeste Werkstoffe. Feuerfestkeramik. Eigenschaften, prüftechnische Beurteilung, Werkstofftypen. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1991, ISBN 3-342-00306-5.
- Gerald Routschka (Hrsg.): Taschenbuch Feuerfeste Werkstoffe. 3. Auflage. Vulkan-Verlag, Essen 2001, ISBN 3-8027-3150-6.
- Deutsche Gesellschaft Feuerfest- und Schornsteinbau e. V., Düsseldorf (Hrsg.): Feuerfestbau. Werkstoffe – Konstruktion – Ausführung. 3. vollständig überarbeitete Auflage. Vulkan-Verlag, Essen 2003, ISBN 3-8027-3149-2.
Für Glasanwendungen
- F. Gebhardt, M. Dunkl, K. Wieland, J. Disam, B. Fleischmann: Feuerfeste Werkstoffe für die Glasindustrie und deren Prüfung. Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, Frankfurt am Main 1998, ISBN 3-921089-24-7.
- B. Fleischmann, G. Wachter, A. Winkelmann, C. Jatzwauk, B. Schmalenbach: Glasschmelzofenbau. Feuerfeste Werkstoffe und konstruktive Merkmale. Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, Offenbach/M. 2005, ISBN 3-921089-44-1.
- W. Simader, U. Jantsch, M. Oechsle, D. Lupton, R. Rathke, D. Coupland: Production, properties and applications of refractory and platinum group metals for the contact with glass melts. Verlag der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft, Offenbach/M. 2006, ISBN 3-921089-49-2.
Weblinks
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