Qualitätssicherung bei der Feuerfesttechnik

In einem integrierten Hüttenwerk wie der Salzgitter Flachstahl sind neben den Rohstoffen wie Erz, Kohle und Schrott zahlreiche Hilfsstoffe und Produkte erforderlich. Ein unverzichtbares Material im Stahlherstellungsprozess sind Feuerfestwerkstoffe, dessen Hauptaufgabe der Schutz der Anlagen in Hochtemperaturprozessen ist.
Feuerfeste Erzeugnisse werden als nichtmetallische, keramische Werkstoffe definiert, die eine Kegelfalltemperatur von ≥ 1500 °C besitzen. In der Praxis werden jedoch alle Materialien, die in einem Temperaturbereich von 600 °C bis 2000 °C eingesetzt werden, als feuerfest bezeichnet.
Feuerfestmaterialien sind nicht nur entscheidend für die Funktionalität der Anlagen, sondern auch ein bedeutendes Verbrauchsmaterial, das kontinuierlich ersetzt werden muss. Die Kosten für Feuerfestmaterialien sind erheblich und beeinflussen die Wirtschaftlichkeit des Betriebs maßgeblich. Daher ist die Optimierung der Lebensdauer und Effizienz dieser Materialien von großer Bedeutung, um die Herstellungskosten des Stahls zu senken und die Rentabilität zu steigern.

Für die Eignungsprüfung und Qualitätskontrolle existiert bei der Salzgitter AG ein eigenes Feuerfestlabor mit feuerfester Expertise und Prüf-Knowhow. Durch die unmittelbare Vernetzung des werkseigenen Feuerfestlabors mit den Betrieben wird eine direkte Begutachtung und Diskussion ermöglicht. Dies erlaubt eine schnelle und präzise Analyse der Ursachen und die Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen zur Optimierung der Feuerfestmaterialien, was letztlich zu einer Kostenreduzierung und Effizienzsteigerung führt. Hierzu muss die Ursache durch eine systematische Analyse zunächst verstanden werden.

Grundsätzlich unterscheidet man drei Hauptmechanismen für den Verschleiß von Feuerfestmaterialien: mechanischer, chemischer und thermischer Verschleiß, die auch in Kombination wirken können. Daher ist es bei jeder Analyse entscheidend, die Prozessbedingungen zu kennen oder zu erfragen. Durch gezielte Fragestellungen, beispielsweise zur maximalen Prozesstemperatur oder zum Einsatz anderer Rohstoffe für die Schmelzerzeugung, d.h. zu Abweichungen von Standardprozessparametern können erste Hinweise auf die Ursache gefunden werden. Diese Fragestellungen können durch die Vernetzung des werkseigenen Feuerfestlabors mit den Betrieben schnell und direkt gestellt und diskutiert werden.
Zusätzlich zu den drei Hauptverschleißmechanismen gibt es drei weitere Einflussfaktoren bei der Verwendung von Feuerfestmaterialien: der Materiallieferant, die Zustellung der Aggregate und der Anwender. Von Seiten des Materiallieferanten können inhomogene Mischungen, falsche oder verunreinigte Rohstoffe, Pressfehler oder Fremdmaterial die Qualität negativ beeinflussen und im schlimmsten Fall zu Schadensfällen führen. Darüber hinaus kann es bereits bei der Lagerung des Materials zu erheblichen Qualitätsverlusten kommen, wie etwa bei Frostlagerung von Sol-Gel-Bindern. Auch der Einsatz von zu viel oder zu wenig Wasser bei Feuerfestbetonen kann zu Rissbildung oder Trockennestern führen. Beim Einbau von geformten Feuerfestprodukten sind Fugenstärke oder Abmessungen der Schlusssteine von Bedeutung. Schließlich spielt der Anwender des Feuerfestmaterials eine entscheidende Rolle, da die Materialien im Stahlwerk oft extremen und wechselnden Bedingungen ausgesetzt sind, die zu vorzeitigem Verschleiß führen können.

Die Analyse folgt einer festgelegten Reihenfolge: Zunächst erfolgt die Information über einen Schadensfall oder eine Minderhaltbarkeit. Anschließend wird dokumentiert, um die betroffenen Bereiche in den Aggregaten genau zu markieren. Proben werden entnommen und die Einsatzbedingungen besprochen, wobei unverbautes Material als Rückstellprobe für die Beurteilung der Materialqualität und im Vergleich zum Datenblatt von Vorteil ist. Die Ergebnisse der Qualitätskontrollen und Datenblätter werden zusammengestellt. Nach der Besichtigung und Beurteilung der vorhandenen Informationen und Diskussion über die Einsatzbedingungen erfolgt die Auswahl der Prüfungen. Oft entstehen bereits Hypothesen, die durch gezielte Untersuchungen überprüft werden. Beispielsweise kann ein Abplatzen der Ecken von Steinen auf Dehnungsprobleme hinweisen, was durch entsprechende Tests überprüft wird. Das Feuerfestlabor der Salzgitter AG bietet vielfältige Untersuchungsmöglichkeiten und verfügt über eine große Expertise zu verschiedenen Materialien. Abschließend werden die gemessenen Ergebnisse hinsichtlich der Hypothesen bewertet und eine Ursache festgestellt bzw. erneut diskutiert und ggf. weitere Untersuchungen festgelegt. Nach Ermittlung der Ursache kann mit den verursachenden Stellen in die Optimierungsdiskussion gegangen werden, um einen zukünftigen Schaden zu verhindern.
Die Zusammenarbeit zwischen den Kollegen vor Ort und im Labor ist unerlässlich, um den Untersuchungsaufwand zu begrenzen und gezielt die notwendigen Analysen durchzuführen, die zur Beantwortung der getroffenen Hypothesen erforderlich sind. Die Expertise der Feuerfestexperten und die Kapazitäten des eigenen Labors sind entscheidend für die kontinuierliche Verbesserung und Anpassung der Feuerfestmaterialien an die spezifischen Anforderungen des Stahlwerks, was letztlich zu einer Reduzierung der Betriebskosten und einer Steigerung der Effizienz führt.