Verbesserung von Auswahl und Lebensdauer metallischer Werkstoffe im Hochtemperaturbereich von Zementdrehöfen unter Berücksichtigung der einwirkenden Gasatmosphäre

Zur Herstellung der hydraulischen Zementklinkerphasen werden sehr hohe Brenntemperaturen benötigt, die Gastemperaturen von bis zu 2000 °C in der Sinterzone des Drehrohrofens erfordern. Um den Schutz der Stützkonstruktion aus Stahl zu gewährleisten, müssen die Innenwände der Anlagenteile mit Feuerfestmaterial ausgekleidet werden. Vor allem in den senkrecht angeordneten Vorwärmerbereichen müssen die Ausmauerungen mit metallischen Befestigungssystemen an der äußeren Stützkonstruktion fixiert werden. In diesen Bereichen erreicht die Gasatmosphäre Temperaturen von bis zu 1200 °C. Dadurch, dass die heiße Gasatmosphäre große Anteile an korrosiven Substanzen wie Schwefeldioxid (SO2), Chlorwasserstoff (HCI) und sowohl chloridische als auch sulfatische Alkalisalze enthält, sind die in diesen Bereichen eingesetzten Metallkomponenten besonders der Hochtemperaturkorrosion ausgesetzt. Diese korrosiven Alkalisalze und Gase greifen die einzelnen Legierungskomponenten selektiv an und schädigen somit die Stahlanker. Die Korrosionserscheinungen sind nicht auf den Vorwärmerbereich beschränkt. Durch die poröse Struktur der Feuerfestausmauerung einschließlich der Fugen und der damit verbundenen mangelnden Diffusionsdichtigkeit wird auch der Ofenmantel den korrosiven Stoffen ausgesetzt, was zu einer erhöhten Ofenmantelkorrosion führen kann.

Mit diesem Forschungsprojekt wurde die Problematik der Hochtemperaturkorrosion im Heißbereich des Vorwärmers und des Drehrohrofens untersucht. Dazu wurden im Vorwärmer verschiedene Legierungen hitzebeständiger Stähle, die zur Herstellung von Ankern genutzt werden, eingebaut und über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr den thermischen Belastungen im Werk ausgesetzt und nachher analysiert. Parallel zu den Betriebsversuchen wurden die Legierungen in Laboröfen einer Gasatmosphäre, die derjenigen in einer Drehofenanlage entspricht, ausgesetzt, um die Korrosionsmechanismen im Detail zu erforschen.

Weiterhin wurden Untersuchungen zum Schutz des Ofenmantels vor Korrosion durchgeführt. Hierzu wurde in der Sinterzone des Drehrohrofens eine sogenannte Opferschicht eingebaut, die sich über den vollen Ofenumfang erstreckte und etwa 1 m breit war. Die Opferschicht diente als Diffusionsbarriere und gleichzeitig als Opfermaterial, um den Ofenmantel vor Korrosion zu schützen.

Durch den Vergleich von Labor- und Betriebsversuchen wurde untersucht, inwiefern eine Aussage über das Schädigungsverhalten durch einen Kurzzeitversuch im Labor möglich ist. Zudem wurden diejenigen Werkstoffe ermittelt, die unter den o.g. Bedingungen die höchste Korrosionsbeständigkeit zeigen.

Förderer

Das IGF-Vorhaben 17365 N der Forschungsvereinigung VDZ gGmbH wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Kontakt

Dr. Volker Hoenig

Dr. Volker Hoenig

Tel.: (0211) 45 78-254

Fax: (0211) 45 78-400

Projektzeitraum

02/2012–07/2015

Veröffentlichungen

Forschungsergebnisse