Korrosions- und thermoschockbeständige oxidische Feuerfestwerkstoffe zur Auskleidung von Vergasungsanlagen

Zusammenfassung

Um Chromoxid-reiche Feuerfeststeine durch beständigere und zugleich umweltfreundlichere sowie kostengünstigere Werkstoffe zur Auskleidung von Hochtemperaturanlagen zur Vergasung von Kohlen oder Biomassen zu ersetzen, ist eine Entwicklung neuer Materialien erforderlich, wobei der Schwerpunkt auf einer verbesserten Thermoschock- sowie Korrosionsbeständigkeit , insbesondere gegenüber flüssiger Kohleschlacke, liegt. Die Neu- oder Weiterentwicklung von Al₂O₃-basierten Feuerfestwerkstoffen in Hinblick eines möglichen Einsatzes unter den während der Synthesegasherstellung vorherrschenden Bedingungen stellt ein vielversprechendes Forschungsgebiet dar. Als korrosionsbeständiges Auskleidungsmaterial für Transport- und Behandlungspfannen haben sich Al₂O₃-MgAl₂O₄-Werkstoffe bewährt, welche während der Stahlherstellung bei hohen Temperaturen in Kontakt mit basischer Schlacke stehen. Durch Erhöhung des Spinellgehalts sowie einer Zugabe von etwa 6 Ma.-% eines Spinell-reichen Zements lässt sich die Mikro- und Porenstruktur weiter optimieren, wodurch die Thermoschockbeständigkeit erhöht sowie die Infiltration und somit die Korrosion durch Braunkohleschlacke erheblich reduziert wird. Feinkörnige Al₂O₃-Keramiken mit ZrO₂- und TiO₂-Zugabe zeigen eine außergewöhnliche Thermoschockbeständigkeit. Zur Übertragung der Effekte auf Feuerfestmaterialien erfolgte die Zugabe von feinkörnigem TiO₂ bzw. ZrO₂ zu einer grobkörnigen Al₂O₃-Gießmasse. Dabei führen ebenfalls geringe Mengen an TiO₂ zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit. Zusätzlich wird während des Korrosionstests die weitere Auflösung der Al₂O₃-Matrix verhindert, indem sich auf dem Werkstoff in situ durch Reaktion mit MgO der Schlacke eine dichte Spinell-Schutzschicht ausbildet. Diese entsteht nur, wenn neben Al₂O₃ auch TiO₂ oder ZrO₂ im Gefüge vorliegen.