IGF-Projekt Lebensdauer metallischer Hochtemperaturkomponenten

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

Forschungsstellen
RWTH Aachen, Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik
Technische Universität Darmstadt, Institut für Werkstoffkunde
OWI – Science for Fuels gGmbH

Laufzeit
01.07.2020 – 30.06.2023

Zusammenfassung

Die Lebensdauer metallischer, thermisch hochbeanspruchter Bauteile ist durch Kriechen und Oxidation begrenzt. Dies kann zum vorzeitigen Ausfall von Ofenkomponenten führen. Ergebnisse vorangegangener Untersuchungen an Proben im Labormaßstab und aus Versuchen an einem P-Strahlheizrohr haben gezeigt, 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. Der Schwerpunkt der Arbeiten am IOB liegt auf systematischen numerischen Simulationen zur Identifizierung kritischer Belastungsfälle an Bauteilen sowie in der experimentellen Untersuchung metallischer Strahlheizrohre und eines Zentralrekuperators in Überlastungsversuchen.

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 die selbstständige Durchführung kundenspezifischer Berechnungen zur Bestimmung material- und ressourcenschonender Betriebsweise und zur Entwicklung vorausschauender Instandhaltungsstrategien für die Thermoprozessanlagen ihrer Kunden. Ofenbauer und -betreiber wiederum profitieren von der erhöhten Zuverlässigkeit der eingesetzten Komponenten.


Das IGF-Vorhaben 21070 N der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. wird 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.
Weitere Informationen erhalten Sie über das Forschungskuratorium Maschinenbau e.V., Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt oder info@fkm-net.de