Thermo-mechanische Charakterisierung umweltfreundlicher Feuerfestwerkstoffe am Beispiel kohlenstoffgebundenen Magnesiumoxids (MgO-C)

Graduiertenkolleg GRK 2802, Promotionsprojekt P 2, Projektnummer: 461482547 

Feuerfestwerkstoffe sind für die Industrie sowie unser alltägliches Leben unverzichtbar. Dennoch bleibt ihre Relevanz der breiten Öffentlichkeit weitgehend verborgen. Ob in der Stahlherstellung, der Zementproduktion oder anderen Hochtemperaturprozessen: Trotz extremer thermischer Beanspruchungen gewährleisten Feuerfestwerkstoffe einen zuverlässigen und sicheren Betrieb metallurgischer Gefäße sowie technischer Anlagen. Weltweit fallen jährlich bis zu 28 Millionen Tonnen verbrauchter Feuerfestmaterialien an. Das Graduiertenkolleg GRK 2802 "Feuerfest Recycling: Ein Beitrag für Rohstoff-, Energie- und Klimaeffizienz in Hochtemperaturprozessen" (Sprecher: Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris) hat es sich zum Ziel gesetzt, hochwertige Wiederverwendungsmöglichkeiten dieser Werkstoffe zu erforschen. Die Mehrheit der verbrauchten Feuerfestmaterialien wird für artfremde Nutzung als z. B. Zuschlagstoff für den Straßenbau eingesetzt (Downcycling) oder auf Deponien gelagert. Im Rahmen der beiden Kernideen des Graduiertenkollegs sollen grundlagenwissenschaftliche Erkenntnisse erarbeitet werden, die sowohl das Recycling (Wiederverwendung in artgleichen Hochtemperaturwerkstoffen, Kernidee I) als auch das Upcycling (stoffliche Aufwertung, Kernidee II) von feuerfesten Materialien in metallurgischen Prozessen ermöglichen. Das Graduiertenkolleg stellt ein interdisziplinäres Forschungsvorhaben dar, an welchem drei Fakultäten und acht Institute der TUBAF zusammenarbeiten.

Die erste der beiden Kernideen des Graduiertenkollegs beschäftigt sich mit kohlenstoffgebundenem Magnesiumoxid (MgO-C), einem Feuerfestwerkstoff, der sich als Zustellungsmaterial in Konvertern, Stahlgießpfannen und Elektrolichtbogenöfen etabliert hat. Das darin angesiedelte Teilprojekt P02 wird seit Januar 2023 von Herrn Alexander Schramm (Kohorte 1) und seit Mitte Dezember 2024 von Herrn Lukas Knöchel (Kohorte 2) bearbeitet und konzentriert sich auf die thermo-mechanische Charakterisierung von MgO-C-Werkstoffen. Der Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt auf der Hochtemperatur-Werkstoffprüfung unter Druck- und Biegebelastung bei Prüftemperaturen bis 1300 °C. Während Herr Schramm insbesondere den Einfluss der Verwendung von aus verbrauchten Feuerfeststeinen aufbereitetem MgO‑C‑Rezyklat auf das thermo-mechanische Verhalten von daraus hergestellten MgO‑C‑Feuerfestwerkstoffen untersucht, beschäftigt sich Herr Knöchel mit dem Effekt von umweltfreundlichen Bindemitteln wie z. B. dem System Kollagen/Lignin, welche als Alternative zu den herkömmlichen, jedoch umweltschädlichen Pechen und Harzen am Institut für Keramik, Feuerfest und Verbundwerkstoffe erforscht werden. Verfahrensbegleitend werden digitale Bildkorrelation (DIC) sowie akustische Emission (AE) eingesetzt, um Schädigungen in situ zu lokalisieren und mit den jeweiligen Schädigungsmechanismen zu korrelieren.