Spinelbildende (SF) und spinelhaltige (PS) Gießmassen sind häufig verwendete Baustoffe in den feuerfesten Zustellungen von Pfannen in der Sekundärmetallurgie der Stahlerzeugung. Während des Betriebes unterliegen feuerfeste Baustoffe thermomechanischen Belastungen, die bei hohen Temperaturen zu Kriechen der Gießmassen führen können. Eine Berücksichtigung des Kriechverhaltens ist für die optimale Auslegung der Zustellung entscheidend. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Gießmassen im getrockneten und gesinterten Zustand zu untersuchen und sie hinsichtlich Dichte, Reindichte, scheinbarer und wahrer Porosität sowie des E-Moduls bis 1500 °C und ihres Kriechverhaltens unter uniaxialen Druckbeanspruchungen zu charakterisieren. Die Mikrostruktur beider Gießmassen wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) untersucht, während mineralogische Phasen mittels Röntgendiffraktion (XRD) analysiert wurden.
Für weiterführende Untersuchungen wurde die SF Gießmasse ausgewählt. Während des Sinterprozesses wurde bei der SF Gießmasse eine Volumenexpansion und die Bildung von Flüssigphasen festgestellt. Diese Flüssigphase hat teilweise die durch die in-situ-Spinellbildung verursachte Volumenexpansion kompensiert. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Bildung der Flüssigphase den E-Modul der Gießmassen bei hohen Temperaturen verringert und die Kriechfestigkeit reduziert.
Uniaxiale Kriechversuche wurden bei 1300, 1400 und 1500 °C für drei Belastungsstufen pro Temperatur durchgeführt. Die Identifikation der drei Kriechstadien erfolgte mithilfe eines hausinternen MATLAB-Codes, und die Kriechparameter der drei Stadien wurden mittels Inversenverfahren unter Verwendung des Norton-Bailey-Kriechmodelles ermittelt. Des Weiteren wurde eine statistische Analyse durchgeführt, um die Kriechparameter durch unterschiedliche Kombinationen aus der Auswahl von vorhandenen Messungen zu ermitteln.
Zusätzlich wurde das Kriechverhalten des feuerfesten Baustoffes unter Belastungs-Entlastungsbedingungen (L/U) untersucht. Dazu wurden Experimente bei 1300 °C Versuche durchgeführt, wobei die Belastung nach bestimmten Zeitintervallen reduziert wurde. Mehrere solcher Zyklen wurden durchgeführt, wobei nach der Reduzierung der Belastung ein Rückgang bzw. eine Erholung der Kriechdehnung beobachtet wurde (creep strain recovery). Es zeigte sich, dass der Rückgang mit der Haltezeit und dem Grad der Entlastung zunahm. Die innere Spannung (Back-Stress) wurde als treibende Kraft für die Erholung der Kriechdehnung identifiziert. Schließlich wurde ein nichtlineares kinematisches Verfestigungsmodell (Chaboche) angewendet, um das Kriechverhalten zu simulieren. Mit dem Modell konnten die experimentell beobachteten Kriechdehnungen für unterschiedliche Versuche mit mit einem Parametersatz simuliert werden. Weitere Arbeit ist erforderlich, um die automatische Bestimmung der Parameter zu ermöglichen.