IGF-AiF Forschungsvorhaben-Nr.: 21072 BG

Zum Ende März 2023 wurde das IGF-AiF-Forschungsvorhaben Nr. 21072 BG mit dem Akronym „AZS-Mineralogie“ nach 3-jähriger Laufzeit abgeschlossen. Pandemiebedingt war das Projekt zweimal kostenneutral verlängert worden. Die Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG) e.V. und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. in Halle haben gemeinsam das Projekt bearbeitet.

Neue hochauflösende mikroskopische Methoden erlauben heute verbesserte Aussagen zur Mineralogie von feuerfesten Materialien und damit auch zu deren Einsatzverhalten. Ziel des Vorhabens ist die Analyse der mineralischen Phasen von gebrauchten und neuwertigen Steinen, um das Einsatzverhalten besser zu verstehen und die Interpretation von Untersuchungsergebnissen scheinbar fehlerhafter Steine zu verbessern. Außerdem soll das Verständnis für das mögliche und wahrscheinlich veränderte Einsatzverhalten der Materialien bei Nutzung von erneuerbaren, CO₂-neutralen Brennstoffen erweitert werden.

Neu hergestellte feuerfeste Materialien und Proben von Steinen nach dem Ende der Wannenreise wurden mit hochauflösenden mikroskopischen Verfahren hinsichtlich ihres kristallinen Phasenbestandes untersucht. Die elektronenmikroskopischen Untersuchungen sowie röntgendiffraktometrische Methoden erlauben Aussagen zur Feinstruktur der feuerfesten Materialien und verbessern so das Verständnis zur Bildung bzw. Umwandlung von mineralischen Phasen in den feuerfesten Materialien bei der Herstellung und während der Einsatzzeit sowie bei Korrosionsvorgängen.

Die Feinstrukturuntersuchung erlaubt nicht nur einen Blick auf die Hauptbestandteile, sondern auch auf die Nebenbestandteile und Mineralphasen mit geringen Anteilen und Kristallphasen mit geringer (Teilchen-)Größe. Bisher vermutete und nicht verifizierte Phasenumwandlungen im Einsatz bei hohen Temperaturen konnten nachgewiesen werden. Sich (neu) bildende Phasen sind schon im Anfangsstadium erkennbar. Um den Einfluss von Temperatur und Kinetik zu trennen, wurden entsprechende Versuche unternommen. Das verbesserte Verständnis der Korrosionsmechanismen erlaubt eine optimale Nutzung der Materialien. 

Neue Erkenntnisse erlauben auch Rückschlüsse auf Reaktionen und Vorgänge bei der Nutzung erneuerbarer, alternativer Brennstoffe wie Wasserstoff vor allem bei oxy-fuel-befeuerten Glasschmelzwannen. Die post mortem Untersuchung von Steinen aus oxy-fuel (mit Erdgas befeuerten) Wannen ermöglicht, das Verhalten der Materialien bei der Verbrennung von Wasserstoff abzuschätzen und ihr Korrosionsverhalten vorauszusagen. Die erhöhte Verdampfung bzw. Sublimation von Bestandteilen aus der Glasschmelze bzw. von feuerfesten Steinen mit zunehmender Abgasfeuchte spielt hier eine wesentliche Rolle. Vor allem die Verbrennung von (grünem) Wasserstoff mit reinem Sauerstoff führt hier zu bereits erkennbaren Effekten, die dann auch bei Materialien und Schmelzen, die bisher keine Korrosionsprobleme zeigten, zu "unerwarteten" Problemen führen können.

Das IGF-Vorhaben (Nr. 21072BG) der Forschungsvereinigung Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Ziel des Vorhabens wurde teilweise erreicht.

Kontakt: Bernhard Fleischmann