Fracture mechanical characterisation of model castables with wedge splitting tests

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

Abstract

Gießmassen sind Feuerfestprodukte, die meist beim Kunden geformt werden und im Vergleich zu gebrannten Produkten die Wärmebehandlung im Einsatz erfahren. Erst durch diese Wärmebehandlung entwickelt sich die keramische Bindung. Daher sind Bindemittel erforderlich, um ausreichende Grünfestigkeiten zu gewährleisten. Am häufigsten kommt Kalziumaluminatzement (CAC) zu Einsatz, jedoch wurden in den letzten Jahren neue Bindemittel wie zum Beispiel Kalzium-Magnesium-Aluminat-Zemente (CMA) entwickelt. Nicht nur die Wahl des Bindemittels, sondern auch die Rohstoffe und die Korngrößenverteilung sowie die Zugabe von Spinell haben einen Einfluss auf das Verhalten der Gießmassen bei unterschiedlichen Temperaturen im Betrieb. Deshalb wurden in dieser Arbeit die Einflüsse von Tabular Alumina (TA) oder White Fused Alumina (WFA) als Zuschlagstoffe, die Einflüsse der Spinell Zugabe und die Einflüsse von CA- oder CMA-Zement auf das mechanische Verhalten von Gießmassen untersucht. Dies ist für Gießmassen wichtig, da die erste Erwärmung eine Dehydratisierung, neue Phasenbildungen und bei hohen Temperaturen die Ausbildung einer keramischen Bindung bewirkt. Aus diesem Grund wurden 110°C, 600°C und 1500°C als Temperaturen für die Wärmebehandlung gewählt. Zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls wurde die RFDA (Resonanzfrequenz- und Dämpfungsanalysator) eingesetzt. Die Ergebnisse wurden im Hinblick auf Phasenänderungen und die mikrostrukturelle Entwicklung interpretiert. Wichtige Parameter zur Untersuchung des thermomechanischen Verhaltens sind die spezifische Bruchenergie (Gf), die Sprödigkeitszahl (B) und die Kerbzugfestigkeit (σNT). Diese Parameter wurden mit dem Keilspaltversuch (WST) in Verbindung mit der digitalen Bildkorrelationstechnik (2P-DIC (zweiteilige digitale Bildkorrelation)) bestimmt. Im Vergleich zur herkömmlichen DIC ermöglicht die 2P-DIC eine genauere Bewertung des Rissbildes auf der Probenoberfläche. Ein Einfluss der CAC auf die Sprödigkeit und auf die mittlere Risslänge bei 15% der maximalen Horizontalkraft nach dem Trocknen der Gießmassen wurde durch diese Untersuchungen aufgezeigt. Weiterhin wurde erkannt, dass insbesondere bei 600°C, einem relevanten Temperaturbereich für die Vorbehandlung von Spülsteinen, die Wahl der Zuschlagstoffe entscheidend ist. Bei Verwendung von WFA, nimmt die Sprödigkeit ab und die mittlere Risslänge ist am Ende der WST kürzer. Auch bei hohen Temperaturen hat die Wahl der Zuschläge einen Einfluss auf den E-Modul, bei Verwendung von WFA ist der E-Modul im Vergleich zu Gießmassen mit TA niedriger. Entscheidend ist auch der gewählte CaO-Gehalt, da er die Sprödigkeit nach dem Sintern wesentlich beeinflusst. Mit einem höheren CaO-Gehalt nimmt die Sprödigkeit der Gießmassen zu. Mit steigenden Temperaturen nimmt die durch 2P-DIC ermittelte Risslänge ab und weicht weniger von der vertikalen Symmetrielinie ab. Naturgemäß spielt auch die Wärmebehandlung eine wichtige Rolle. Mit steigenden Wärmebehandlungstemperaturen erreichen die Gießmassen höhere Festigkeiten und Bruchenergien auch die Sprödigkeit nimmt zu.

Details

Titel in ÜbersetzungBruchmechanische Charakterisierung von Gießmassen mit Keilspalttests
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Huger, Marc, Betreuer (extern), Externe Person
  • Gruber, Dietmar, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung18 Dez. 2020
StatusVeröffentlicht - 2020