Thermoprozesse sollen effizienter werden

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Auf dem diesjährigen "Freiberger Feuerfest-Symposium 2018" wurde unter anderem von Wissenschaftlern des Fraunhofer Zentrums für Hochtemperatur-Leichtbau (HTL), Bayreuth, die "Hochtemperaturprüfung von Feuerfestwerkstoffen mit neuartigen thermooptischen Messverfahren" vorgestellt. Die Springer-Autoren Joachim Ulbricht, Hartmut Kern und Volker Uhlig berichten über die Tagung in den Ausgaben 3/2018 und 4/2018 der Fachzeitschrift "Keramische Zeitschrift". Demnach können die neuen thermooptischen Messverfahren (TOM) das thermische, mechanische und korrosive Verhalten bei hohen Temperaturen vollständig charakterisieren und größere Messvolumina erfassen als die meisten üblichen Verfahren.

Hintergrund der Neuentwicklung ist die Einschätzung der HTL-Forscher, dass Wärmebehandlungsprozesse für mehr als die Hälfte des Energieverbrauchs im verarbeitenden Gewerbe verantwortlich sind. Demnach werden im verarbeitenden Gewerbe allein in Deutschland jährlich etwa 1800 Petajoule für Prozesswärme aufgewendet. Dies entspricht rund 20 Prozent des gesamten Endenergieverbrauchs der Bundesrepublik. Gut die Hälfte der Prozesswärme wird für Hochtemperaturprozesse mit Temperaturen über 1000 °C genutzt. 

Die jetzt vorliegenden Ergebnissen des Projekts "Enertherm" (2012-2018), das der bayerische Staatsminister für Wirtschaft, Energie und Technologie mit insgesamt 9,5 Mio. Euro während der Laufzeit förderte – die Abkürzung steht für energieeffiziente Thermoprozesse –, lässt darauf hoffen, die Energieeffizienz für die industrielle Wärmebehandlung zu steigern: In Zusammenarbeit mit Herstellern und Betreibern von Thermoprozessanlagen sowie mit Herstellern von Hochtemperatur-Komponenten wurden Methoden entwickelt, mit denen die Nachhaltigkeit industrieller Wärmebehandlungsverfahren bei mindestens gleichbleibender oder höherer Produktqualität signifikant verbessert werden kann.

Projekt Enertherm

In insgesamt acht Teilprojekten wurden neue Hochtemperatur-Messverfahren und Computersimulationsverfahren sowie Isolations- und Fügematerialien für Thermoprozesse entwickelt. Unter anderem

• ein neues Modell der Simulation des Sinterprozesses mittels Integrated Computational Materials Engineering (ICME),
• der Ausbau der In-situ-Messtechnik und
• die Übertragung des ICME auf Infiltration, Entbinderung und Trocknung.

Mit den entwickelten Methoden lassen sich sowohl die für die Wärmebehandlung benötigte Zeit als auch die dafür benötigte Energie deutlich senken, sagt Friedrich Raether, Leiter des HTL: "Die Energieabsenkung beträgt typischerweise 20 Prozent, und die Ausschussrate kann dabei meistens auch noch abgesenkt werden." Im Projekt wurden dafür unter anderem neuartige TOM-Messanlagen entwickelt, mit denen industrielle Wärmebehandlungsprozesse – etwa das Brennen bzw. Sintern von Keramikrohlingen – im Labor nachgestellt werden können. Nun ließen sich nahezu alle technisch relevanten Hochtemperatur-Eigenschaften von Werkstoffen mit extrem guter Reproduzierbarkeit im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis über 2000 °C analysieren, so die HTL-Forscher. Die Messdaten könnten in Computermodelle einfließen, mit denen Wärmebehandlungsprozesse zielgerichtet optimiert und auf Industrieöfen übertragen werden könnten.