Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchung zum Einfluss flexibler Betriebsweisen von Industrieöfen auf die Lebensdauer metallischer Hochtemperaturkomponenten

Die Lebensdauer metallischer, thermisch hochbeanspruchter Bauteile ist durch Kriechen und Oxidation begrenzt, welche zum vorzeitigen Ausfall von Ofenkomponenten führen können. Aus zuvor durchgeführten Untersuchungen an Proben im Labormaßstab und aus Versuchen an einem P-Strahlheizrohr ist bekannt, dass wechselnde Temperaturen die Kriechverformung und die Oxidation stark beschleunigen. Konzepte zur Lebensdauerbewertung auf der Basis von in isothermen Versuchen gewonnenen Daten erweisen sich damit für Bauteile mit zyklischer Temperaturführung als ungeeignet. Das übergeordnete Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist daher die Erstellung eines Lebensdauerkalkulators für Ofenkomponenten bei flexibler Betriebsweise. Der Lösungsweg umfasst Untersuchungen an Laborproben zur Auswirkung überlagerter Temperaturzyklen auf das Kriech- und Korrosionsverhalten von Hochtemperaturwerkstoffen. Daraus werden ein Werkstoffmodell zur Beschreibung der Kriechverformung unter quasi regelloser Temperaturwechselbeanspruchung und Methoden zur Quantifizierung der oxidativ-korrosiven Schädigung abgeleitet. Umfangreiche Versuche im Bauteilmaßstab mit unterschiedlichen Beanspruchungsprofilen dienen der Bestimmung kritischer Stellen, an denen mit hoher Wahrscheinlichkeit versagensrelevante Schäden auftreten. Mit den Ergebnissen der experimentellen Arbeiten und aus begleitenden Simulationsrechnungen wird eine Lebensdauerdatenbank mit typischen industriellen Lastfällen erzeugt. Diese Lebensdauerdatenbank bildet die Grundlage des Lebensdauerkalkulators. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen beratenden Ingenieurbüros (überwiegend kMU) die selbstständige Durchführung von kundenspezifischen Berechnungen zur Bestimmung von material- und ressourcenschonender Betriebsweise und zur Entwicklung vorausschauender Instandhaltungsstrategien für die Thermoprozessanlagen ihrer Kunden. Ofenbauer und -betreiber (teilweise kmU) wiederum profitieren von der erhöhten Zuverlässigkeit der eingesetzten Komponenten.