Prozesswärme

OWI, IOB und IfW forschen zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Industrieöfen

In einem Forschungsprojekt zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Industrieöfen entwickeln das Oel-Waerme-Institut (OWI), das Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) der RWTH Aachen und das Institut für Werkstoffkunde (IfW) der Technischen Universität Darmstadt ein verbessertes Berechnungsverfahren, um die Lebensdauer von Industrieöfen genauer zu bestimmen.

Ziel ist, den Herstellern eine zuverlässigere Bauteilauslegung zu ermöglichen und den Betreibern von Anlagen eine Methode an die Hand zu geben, mit der sie die Lebensdauer bzw. die Restlebensdauer ihrer Ofenkomponenten genauer bestimmen können. Dies ermöglicht die Entwicklung einer Optimierungsstrategie für deren Betriebsweise unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten wie Produktionsdurchsatz, Einsatzdauer und Ausfallwahrscheinlichkeit.

Die Gebrauchsdauer thermisch hochbelasteter Komponenten in Thermoprozessanlagen wird dadurch begrenzt, dass es infolge der Beanspruchungen zu bleibenden Verformungen, oxidativem Metallabtrag und Rissbildungen kommt. Über die Optimierung der Komponenten können die Standzeiten von Industrieöfen verlängert und Instandhaltungskosten verringert werden. Die Wechselwirkung der verschiedenen Einflussgrößen ist insbesondere bei Temperaturwechselbeanspruchung, sehr hohen Temperaturen und relativ niedrigen mechanischen Lasten noch nicht richtig verstanden. Praxisübliche ingenieurmäßige Ansätze beschreiben das Verhalten der Werkstoffe unter diesen Bedingungen bisher mit unbefriedigender Genauigkeit.

Bei Betriebstemperaturen von ca. 800–1.200 °C sind metallische Bauteile, wie Strahlheizrohrmäntel, Ofenmuffeln, Retorten und Ofenrollen, einer gleichzeitigen Beanspruchung durch Hochtemperaturkorrosion sowie statische und dynamische mechanischen Lasten ausgesetzt, die die Lebensdauer der Bauteile verringern. Einen starken Einfluss auf die Lebensdauer haben zudem Temperaturschwankungen durch thermische Lastwechsel, z. B. durch die bei modernen Strahlheizrohren übliche An-Aus-Taktung.

Bisher standen Werkstoffherstellern und Unternehmen im Industrieofenbau bei der Auslegung lediglich isotherme Zeitstanddaten und die Daten ganzer isothermer Kriechkurven zur Verfügung. Um künftig auch ein Ranking der typischen metallischen Ofenbauwerkstoffe bezüglich ihres Temperaturwechselverhaltens zu ermöglichen, werden in dem aktuellen Forschungsvorhaben für zyklische Temperaturwechsel eine experimentelle Basis erzeugt und weiterführende werkstoffmechanisch begründete Konzepte für die Lebensdauerbewertung entwickelt.

(Quelle: OWI Oel-Waerme-Institut GmbH)

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