HANDOUT. Vorlesung: Feuerfestwerkstoffe. Korrosion feuerfester Werkstoffe

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1 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Feuerfestwerkstoffe Korrosion feuerfester Werkstoffe Leitsatz: und Corrosion of refractories is refractory wear by loss of thickness and mass from the exposed face of the refractory as a consequence of chemical attack by a corroding fluid in a process in which the refractory and the corroding fluid react, approaching chemical equilibrium in the zone of contact between the refractory and the fluid. It is an essential point that corrosion reactions proceed in a direction toward localized chemical equilibrium. This means that phase equilibrium diagrams can be used to analyze corrosion situations and to predict chemical strategies to minimize corrosion and wear rates. Quelle: [FeWe-2, S. 39]

2 Feuerfestwerkstoffe Korrosion feuerfester Werkstoffe Ziele Praxisrelevante Einflussgrößen der Korrosion feuerfester Werkstoffe qualitativ beschreiben, annähernd abschätzen, modellhaft quantifizieren und fallspezifisch anwenden können: ð Grundlegende Korrosionsparameter herleiten können ð Korrosionspotenziale abschätzen können ð Korrosionsprozesse modellhaft abbilden können ð Korrosionsprozesse fallspezifisch ableiten können Inhalte Grundlagen der Hochtemperaturkorrosion Reaktivität von Schlacken, Azidität und Basizität, Porosität und Korrosionsrate, Temperaturgradienten Gleichgewichtsbetrachtungen und Phasendiagramme Korrosionspotenziale, Auswertemethodik Korrosionsmodelle Modell nach König, Modell nach Endell, Fehling und Kley Fallstudien Al 2 O 3 -SiO 2 -Steine für die Fe-Gießerei, Al 2 O 3 -Steine in Lichtbogenöfen, Al 2 O 3 -Steine in Fe-Gießerei, basische Steine für die Stahltechnologie, Bedeutung von Eisenoxid, MgO in LD- Konvertern, Dolomit-Steine für AOD-Anwendungen, Gasphasenreaktionen Methoden der Schlackeuntersuchung im Labor Tiegeltest, Drehrohrofentest

3 Lerntafel 1 Grundlagen der Hochtemperaturkorrosion Schematische Darstellung einer Reaktionszone zwischen Schlacke und Feuerfestwerkstoff [FeWe-2, S. 43] Reaktionsphase I des Korrosionsprozesses für den Fall eines gebundenen Feuerfestwerkstoffes (schematisch) [FeWe-2, S. 44] Reaktionsphase II des Korrosionsprozesses (schematisch) [FeWe-2, S. 46]

4 Reaktionsphase III des Korrosionsprozesses (schematisch) [FeWe-2, S. 47] Lerntafel 2: Gleichgewichtsbetrachtungen und Phasendiagramme Phasendiagramm des ternären Systems Na 2 0-Al Si0 2 : Beispiel zur Beurteilung des Korrosionsverlaufes als Funktion der Zusammensetzung der Feuerfestwerkstoffes [FeWe-2, S. 48]

5 Lerntafel 3: Korrosionsmodelle Thermisches Modell nach König [FeWe-2, S. 50] Temperaturzonen des Systems Schlacke-FF-Werkstoff gem. thermischem Modell nach König [FeWe-2, S. 50] Wärmebilanzen gem. Modell nach König [FeWe-2, S. 51]

6 Parameterbezeichnungen des Modells nach Endell, Fehling und Kley [FeWe-2, S. 52] Schlackenangriffsrate (Reaktionsgeschwindigkeit) nach Endell, Fehling und Kley Lerntafel 4 Fallstudien Korrosion am Fallbeispiel Al 2 O 3 -Silica-Feuerfeststeine (Gießerei- und Stahlindustrie) [FeWe-2, S. 54]

7 Binäre System von Gehlenit (2CaO. Al 2 O 3. SiO 2 ) und Anorthit (CaO. Al 2 O 3. 2SiO 2 ) [FeWe-2, S. 56] 70 %iger Al 2 O 3 -Stein nach kurzer Behandlung im Lichtbogen [FeWe-2, S. 56] Mikrostruktur einer erstarrten Schlacke-FF-Grenzfläche (130-fache Vergr.) [FeWe-2, S. 57]

8 Mullitbildung hinter der hot face Grenzfläche [FeWe-2, S. 57] 90 %-iger Al 2 O 3 -Stein nach Einsatz im Hochofen [FeWe-2, S. 59] Mikrostruktur einer erstarrten Schlacke-FF-Grenzfläche [FeWe-2, S. 59]

9 Erneute Mullitbildung hinter der hot face Grenzfläche: 90 %iger Al 2 O 3 -Stein nach Einsatz im Hochofen [FeWe-2, S. 60] CaO-MgO-SiO 2 Phasendiagramm [FeWe-2, S. 61]

10 Reaktionsprodukte: Stahlschmelze-Basischer FF-Werkstoff [FeWe-2, S. 62] Korrosionsgrenzflächen eines MgO-Steins an der oberen Seitenwand (links) und im Bereich der Schlackenlinie (rechts) [FeWe-2, S. 63/64] Korrosionsgrenzflächen eines Bodensteines aus einem LD-Konverter (90 % MgO) [FeWe-2, S. 65]

11 "Hot Face Zone eines MgO-Steins (50-fache Vergr.) [FeWe-2, S. 66] Gefügebereich einer Hot Face Zone eines MgO-Steins (50-fache Vergr.) [Fe- We-2, S. 67] Gefügebereich eines MgO-Cr 2 O 3 -Steines nach dem AOD-Prozess [FeWe-2, S. 67]

12 Gefügebild einer Schlacke aus dem AOD-Prozess (frühes Stadium) [FeWe-2, S. 68] Hochaufgelöstes Gefügebild einer Schlacke aus dem AOD-Prozess (frühes Stadium) [FeWe-2, S. 68] Erodierter eines MgO-Cr 2 O 3 -Stein nach dem AOD-Prozess [FeWe-2, S. 70]

13 Gefüge in der Hot Face eines MgO-Cr 2 O 3 -Steines nach dem AOD-Prozess [FeWe-2, S. 70] Vergrößerte Gefügeaufnahme der Hot Face eines MgO-Cr 2 O 3 -Steines nach dem AOD-Prozess [FeWe-2, S. 71] Dolomit-Stein nach AOD- Einsatz [FeWe-2, S. 72]

14 Nachgewiesene Alkali-Phasen in FF-Werkstoffen nach Einsatz [FeWe-2, S. 73] Seitenwand eines Sägemehl befeuerten Tunnelofens nach 7 Jahren Betriebsdauer [FeWe-2, S. 73] Deckengewölbe eines Sägemehl befeuerten Tunnelofens (Betriebsdauer 7 Jahre): Oberflächenglasuren, Kachelabspaltungen [FeWe-2, S. 74]

15 Lerntafel 5 Methdoden der Schlackeuntersuchung im Labor Schlacketests im Rohrofen [FeWe-2, S. 76] Schlacke-/FF- Grenzfläche eines MgO-Cr 2 O 3 -Steines nach Rohrofentest [FeWe- 2, S. 76]