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16.05.2018 | Verbindungstechnik | Nachricht | Onlineartikel

Heißer Ansatz: Kleben in Hochtemperatur-Prozessen

Autor:
Dr. Hubert Pelc

Der Kostendruck in der Stahlindustrie ist hoch. Um in diesem von Überkapazitäten geprägten Markt nachhaltig produzieren zu können, steht insbesondere bei einfachen Stahlgütern die Steigerung der Produktivität im Vordergrund. Hier kommen innovative Klebverbindungen ins Spiel.

Wissenschaftler am IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung in Rapperswil (Schweiz) haben gemeinsam mit der Schweizer Firma Concast eine Machbarkeitsstudie erstellt. Darin wird aufgezeigt, wie Klebstoffe in einem scheinbar unzugänglichen Anwendungsgebiet eingesetzt werden können, um im Bereich des Stranggießens von Stahl zu einer Leistungssteigerung beizutragen.

Effizienzsteigerung durch Klebtechnik

Eine Effizienzsteigerung im kontinuierlichen Stranggiessen von Stahl ist direkt mit der Erhöhung der Gießgeschwindigkeit verbunden, welche wiederum eine Steigerung der Kühlleistung erfordert. Die Baugröße sowie der Querschnitt der sogenannten Kokille müssen unverändert bleiben, da sonst die bereits vorhandene Einrichtung der Stahlgießwerke nicht weiterverwendet werden könnte. Die Kokille besteht aus einem Kupferrohr, das mit Wasser gekühlt wird und so als Stahl-Wasser-Wärmetauscher fungiert. Unter Einhaltung der vorgegebenen Randbedingungen kann dank konsequenter Geometrieoptimierung des Kupferrohres auf der dem Kühlwasser zugewandten Seite die Kühlleistung um mehr als 50 % gesteigert. Die Geometrieoptimierung als einzige leistungssteigernde Massnahme hat allerdings den Nachteil, dass sich die Kokille aufgrund des Wasserdrucks unzulässig deformiert. Aus Sicht der Gebrauchstauglichkeit ist dieser Effekt nicht akzeptabel. Hier kann die Klebtechnik weiterhelfen, wobei die Kokille mittels elastischer Klebung elastostatisch an die äußeren Platten gekoppelt wird. Diese innovative Bauweise weist folgende Merkmale auf:

  • Durch die geschlossenen Kühlkanäle wirkt der Wasserdruck über eine geringere Breite.
  • Die Kokillensteifigkeit wird durch den Mehrschalenaufbau erhöht.

Infolgedessen kann trotz schlankerer Bauweise die Deformation des Kupferrohres aufgrund des Wasserdrucks reduziert werden. Nur durch wenige Millimeter Kupfer vom flüssigen Stahl getrennt, verhindert diese Klebbauweise dank umfassendem System-, Werkstoff- und Simulationswissen unzulässige Deformation der Kokille und ermöglicht somit die angestrebte Leistungssteigerung. Wichtig ist hierbei die Abstimmung zwischen Klebefugensteifigkeit und Plattensteifigkeit.

Allerdings ist es zwingend nötig, die herrschenden Randbedingungen möglichst vollständig zu erfassen, zu modellieren und sinnvoll zu idealisieren. So hat erst die kombinierte Betrachtung von Umweltbedingungen, Lastniveau, Temperatur und Zeit eine verlässliche Prognose für den Langzeiteinsatz geliefert. Ein strukturiertes Vorgehen  beginnend mit einfachen Zusammenhängen bis zur umfassenden Langzeitsimulation ist unerlässlich, vor allem wenn der Klebstoff die Produktsicherheit beeinflusst.


Die Hintergründe zu diesem Inhalt

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