Hochtemperaturwolle – Vernachlässigte Innovation im ... - Dkfg.de

VULKAN-VERLAG · ESSEN 5
2004
GASWÄRME
International
Schwerpunkt
Hochtemperaturprozesse
Hochtemperaturwolle – Vernachlässigte
Innovation im Feuerfestbau
High Temperature Wools (HTW) – Disregarded innovation in refractory applications
Dipl.-Ing. Heinz Wimmer, Leiter Geschäftsbereich ALSITRA Rath GmbH, Mönchengladbach
erschienen in GASWÄRME international 5/2004
Vulkan-Verlag GmbH, Essen
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Stephan Schalm, Telefon 0201/82002-12, E-Mail: s.schalm@vulkan-verlag.de

Hochtemperaturwolle – Vernachlässigte
Innovation im Feuerfestbau
Einleitung
In feuerfesten Anwendungen werden seit
Jahrtausenden die verschiedensten Werkstoffe
und Produkte eingesetzt. Neben den
altbewährten feuerfesten Massen und
Betonen sowie Steinen und Feuerleichtsteinen
werden immer häufiger die bereits in
den 50er Jahren entwickelten Produkte aus
Hochtemperaturwolle (HTW) eingesetzt.
Jeder dieser feuerfesten Werkstoffe hat –
bezogen auf die jeweilige Anwendung –
spezielle technologische, ökonomische und
ökologische Vor- und Nachteile. Hat man
beispielsweise beim Einsatz von feuerfesten
Werkstoffen in Industrieöfen in der
Vergangenheit mehr auf die mechanische
Belastbarkeit einer feuerfesten Auskleidung
geachtet, so wird seit den 60er-Jahren
immer mehr das Augenmerk auf andere
Parameter der jeweiligen Anwendung
und die damit verbundene Möglichkeit der
Produktivitätssteigerung und Energieeinsparung
gelegt.
Die enormen Vorteile von Produkten aus
Hochtemperaturwolle im Vergleich zu anderen
feuerfesten Werkstoffen, wie u. a.
die geringe Speicherkapazität und hohe
Temperaturwechselbeständigkeit, haben
nach der ersten Ölkrise im Jahre 1973 zu
einem sprunghaften Anstieg des Bedarfs
geführt. Durch die Verpflichtungen aus
dem Kyoto-Protokoll und der daraus abge-
leiteten EU-Richtlinie zur Reduzierung der
Treibhausgase [2003/87/EG des Europäischen
Parlaments und des Rates der Europäischen
Union vom 25. Oktober 2003]
Fachberichte
High Temperature Wools (HTW) – Disregarded innovation in refractory applications
Jeder feuerfeste Werkstoff hat, bezogen auf die jeweilige Anwendung, technologische und
ökonomische Vor- und Nachteile. Die Auswahl der richtigen Feuerfest-Produkte erfordert
eine partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen Anlagenbetreiber, Ofenbauer und
FF-Lieferant. In vielen Fällen wird von den Fachleuten eine Kombination verschiedener
FF-Produkte als die technisch und betriebswirtschaftlich beste Lösung gewählt. Hierbei haben
Produkte aus Hochtemperaturwolle in Bezug auf Betriebskosten, Investitionsvolumen,
Betriebssicherheit und schnelle Verfügbarkeit der Aggregate nach der Neuzustellung oder
Reparatur deutliche Vorteile. Sie helfen den Anwendern (z. B. Stahl-, keramische und chemische
Industrie) Kosten zu senken, Standorte zu erhalten und schließlich Arbeitsplätze zu sichern.
Der folgende Beitrag gibt einen Gesamtüberblick zum Thema Hochtemperaturwolle
im modernen Feuerfestbau.
Every refractory material possesses technological and economic advantages and disadvantages
in relation to any specific application. Selection of the correct refractory products
presupposes equitable cooperation between the plant operator, the furnace engineer and
the refractories supplier. In many cases, the specialists select a combination of refractory
products as the technically and micro-economically best solution. In terms of operating
costs, investment volume, reliability and rapid equipment availability following relining or
repair, high-temperature wool products offer significant advantages in this context. They
assist users (the steel, ceramics and chemicals industries, for example) in cutting costs, securing
locations and, ultimately, in protecting jobs. The following article provides an overall
survey of the subject of high-temperature wools in modern refractory engineering.
Bild 1:
Feuerfestprodukte
Fig. 1:
Refractory products
Dipl.-Ing. Heinz Wimmer
Leiter Geschäftsbereich ALSITRA
Rath GmbH, Mönchengladbach
Tel.
02161/969212
E-Mail:
heinz.wimmer
@rath-group.com
wird sich dieser Trend weiter verstärken.
Der Bedarf an Hochtemperaturwolle
wird sich auch in
Zukunft, durch innovativere Herstellungsprozesse
bei extremeren
Bedingungen und Temperaturen
weiter erhöhen. Insbesondere in
den Hochtemperaturanwendungen
900 °C bis 1800 °C ist die
Nutzung der Produkte aus HTW
in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit,
die Umweltbelastung und
den Arbeitsschutz als revolutionär zu bezeichnen
und somit ein wichtiger Faktor
zur Standortsicherung. Um Missverständnissen
vorzubeugen ist festzuhalten, dass
die Hersteller von Hochtemperaturwolle in
GASWÄRME International (53) Nr. 5/2004 273

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Fachberichte
der Regel auch Produzenten von allen anderen
feuerfesten Werkstoffen, wie z. B.
feuerfeste Steine und Betone sind (Bild 1).
Hersteller und Betreiber von Industrieöfen
und sonstigen Anlagen im Hochtemperaturbereich
betrachten heute zunächst einmal
die besonderen Anforderungen der individuellen
Feuerfest-Anwendung auf der
Basis von rationalen, sachlichen Gesichtspunkten.
Ist mechanische Festigkeit gefordert
oder Kontakt mit Schmelzen gegeben,
so wird in den meisten Fällen auf die traditionellen
FF-Produkte zurückgegriffen.
Ist aber ein Einsatz von Produkten aus
Hochtemperaturwolle grundsätzlich möglich,
so wird sich der Anwender für diese
Variante entscheiden. Die bereits genannten
Vorteile der HTW-Produkte führen u. a.
zu hohen Energieeinsparungen und einem
äußerst flexiblen Anlagenbetrieb, unabhängig
von der Kapazitätsauslastung eines
Betriebes.
Die Verwendung der HTW-Produkte führt
auch in Zusammenhang mit anderen technischen
Weiterentwicklungen (Brennertechnik
etc.) zu Energieeinsparungen von
über 50 % mit vielen weiteren produktionstechnischen,
ökologischen und ökonomischen
Vorteilen für den Anwender. Meist
ist eine Kombination der verschiedenen
feuerfesten Werkstoffe für die jeweilige
Anwendung die beste Lösung. Hinzu kommen
eine emotionslose, sachlich durchdachte
Konstruktion und eine professionelle
Montage um die Investition erfolgreich
umzusetzen. In Bezug auf den Arbeitsschutz
sind im Übrigen beim Umgang und
der Verarbeitung bei allen FF-Produkten die
erforderlichen Arbeitsschutzmaßnahmen
zu treffen, unabhängig von Stein-, Massen
oder HTW-Produkten.
Definition von Hochtemperaturwollen
Hochtemperaturwollen (HTW) gehören neben
der Glas- und Mineralwolle zur Gruppe
der künstlichen Mineralwolle (Bild 2
und 3). Diese Gruppe ist wiederum unterteilt
in Aluminiumoxid-, Aluminiumsilikatund
Hochtemperaturglaswolle. Hochtemperaturglaswolle,
auch Alkaline Earth Silicate
Wool (AES) genannt, wurde bereits in
den 1980-er Jahren als Ersatz- bzw. Ergän-
GASWÄRME International (53) Nr. 5/2004
Bild 3:
Produktionsmengen
künstlicher Mineralwollen
Fig. 3:
Production quantities
of synthetic mineral
wools
zungsprodukt zur Aluminiumsilikatwolle
entwickelt. Produkte aus AES-Wolle werden
vorwiegend in Hausgeräten im Temperaturbereich
bis 1100 °C eingesetzt. AES-
Wolle wird nach dem gleichen technologischen
Verfahren hergestellt wie Aluminiumsilikatwolle.
Deshalb stellen die Hersteller
von Aluminiumsilikatwolle, und ausschließlich
diese Hersteller, auch AES-Wolle
her. Ein Wettbewerbsdruck im herkömmlichen
Sinne ist also nicht gegeben. Aluminiumoxidwolle,
auch bekannt unter dem
Namen Polycristalline Wolle (PC), wird seit
den 1960er Jahren industriell hergestellt. Aluminiumsilikatwolle,
international bekannt
unter Refractory Ceramic Fibres (RCF), wird
weltweit seit 1952, also seit über 50 Jahren
hergestellt und verwendet. Die wesentlichen
Anwendungsgebiete für diese beiden
Produkte sind der industrielle Ofenbau,
spezielle Brandschutzanwendungen und
die Katalysatortechnik in Kraftfahrzeugen,
also Anwendungen im Hochtemperaturbereich
zwischen 900 °C und 1800 °C.
Die Hersteller sind in Deutschland in der
DKFG und in Europa in der ECFIA zusammengeschlossen.
Aufgabe der beiden Verbände
ist es, alle Fragen in Bezug auf den
sicheren Umgang, die Arbeitssicherheit
und die Umwelt zu klären und Anwender
proaktiv zu informieren.
Einstufung und Gesundheitsdiskussion
Künstliche Mineralwolle ist eine ungeordnete
Anhäufung von Fasern mit unterschiedlichen
Längen- und Durchmesser-
Bild 2:
Arten von künstlichen
Mineralwollen
Fig. 2:
Types of synthetic
mineral wools
spektren. Die Wolle enthält einzelne Fasern
mit einem L/D Verhältnis größer 3:1 [1]. Die
Diskussion über eine Gesundheitsgefährdung
durch Künstliche Mineralfasern, zu
denen auch Faserstäube aus Hochtemperaturwolle
gehören, begann Ende der
1960er Jahre, wurde aber erst in den
1980er-Jahren verstärkt kommuniziert.
Seitdem wurden eine Reihe Tierversuche
und epidemiologische Untersuchungen bei
Menschen, die mit Hochtemperaturwolle
arbeiten, durchgeführt.
Bisher sind bei Menschen keine Lungenerkrankungen,
die ursächlich auf Hochtemperaturwolle
(u. a. auch Aluminiumsilikatwolle/Keramikfaser)
zurückzuführen sind,
aufgetreten. Dies zeigen auch die vorliegenden
Ergebnisse der epidemiologischen
Untersuchungen, die bei Arbeitern durchgeführt
wurden, die in HTW-erzeugenden
Betrieben täglich mit den Materialien umgehen
[2; 9]. Da also keine „einstufungswürdigen“
epidemiologischen Daten vorliegen,
wurde und wird derzeit auf Tierversuche
zurückgegriffen. Die Einstufung der
einzelnen Fasertypen ist in Deutschland
und Europa z. T. unterschiedlich vorgenommen
worden:
– Fasern aus Aluminiumoxidwolle sind in
Europa nicht, in Deutschland in die Kategorie
3 (Verdacht auf krebserzeugendes
Potential) eingestuft. Die Durchführung
von Tierversuchen ist derzeit im Gespräch.
– Fasern aus Aluminiumsilikatwolle haben
eine Biolöslichkeit vergleichbar mit der
„alten“ Mineralwolle (55–65 Tage) und
sind in Europa und in Deutschland Kategorie
2 (krebserzeugend im Tierversuch)
eingestuft.
– Fasern aus AES-Wolle haben eine etwas
geringere Biolöslichkeit (

vorgenommen [18]. Die IARC hat dabei die
Einstufung von Aluminiumsilikatfasern
(Keramikfasern) in die Gruppe 2B „possible
carcinogen“, die bereits 1987 vorgenommen
worden war, beibehalten. In der IARC-
Bewertung sind alle Erkenntnisse [3; 4; 19],
auch die neuesten Ergebnisse aus der Epidemiologie
und Toxikologie, also auch
die vorher erwähnten neueren Studien,
berücksichtigt worden. Die Einstufung der
IARC entspricht einer Einstufung der Kategorie
3 (possible carcinogen) auf europäischer
Ebene.
Aus diesem Grund wird eine Neubewertung
der Einstufung von Aluminiumsilikatfasern
(Keramikfasern) in die Kategorie 3
auf europäischer Ebene diskutiert und in
Erwägung gezogen. Da Einstufung und
Kennzeichnung immer wieder zu Missverständnissen
führen, ist noch einmal zu erwähnen:
Nicht die Produkte selbst, sondern
nur die inhalierbaren Faserstäube, die
unter Umständen aus den Produkten emittieren,
können eine mögliche Gefährdung
darstellen. Während in Deutschland und
Europa heutzutage ausschließlich die Gefährdung
des einzelnen Stoffs zur Einstufung
herangezogen wird, so wird in den
USA und anderen Ländern das Risiko beim
Umgang mit Stoffen mit in die Bewertung
einbezogen. Hier spielt, analog zu Paracelsus,
die Dauer und die Höhe der Exposition
ebenso eine Rolle wie die Gefährdung des
Stoffs.
Eine Übersicht des Harvard Center for Risk
Analysis (Bild 4) zeigt das Risiko an einer
Erkrankung oder äußeren Einflüssen zu
sterben auf. Die Perspektive zeigt z. B. ein
hohes Risiko bei einer Exposition gegenüber
Asbest sowie den allseits bekannten
Herzkreislauferkrankungen. Sie zeigt aber
auch, dass das Risiko an einer Exposition
gegenüber RCF (Keramikfaser) zu erkranken
vernachlässigbar gering ist.
Anwendung von
HTW-Produkten
Erzeugnisse aus Aluminiumoxid- und Aluminiumsilikatwolle
werden vorwiegend in
industriellen Anwendungen über 900 °C
eingesetzt. In der Stahl-, NE-Metall-, Automobil-,
Porzellan-, Chemischen und Keramischen
Industrie sowie in Laboröfen führt
der Einsatz der Produkte im Hochtemperaturbereich
(900 bis 1800 °C) zu erheblichen
Verbesserungen von Produktionsabläufen,
Produktivität und Anlagenflexibilität
sowie zu deutlichen Reduzierungen
von Investitions- und Betriebskosten. Dabei
sind insbesondere die Einsparungen von
Bild 5:
Erosion durch Gasgeschwindigkeiten
in periodischen gasbetriebenen
Öfen bei 1050 °C
Fig. 5: Erosion caused by high
gas velocities in furnaces
operated intermittently at
1050 °C
Bild 4:
Sterberisiko in der
Perspektive
Fig. 4:
Mortality risk in
perspective
Fachberichte
Primärenergie zu nennen. Die Folge aus
der Energieeinsparung, in der Regel ca.
50 %, ist eine erhebliche Reduzierung von
CO 2-Emissionen [6]. AES-Produkte finden
vorwiegend Anwendung im Hausgerätebereich,
z. B. Mikrowelle, Cerankochfeld etc.
sowie in einigen Bereichen des Brandschutzes.
Ersatzstoffe für Produkte aus
Aluminiumsilikatwolle
Nach den gesetzlichen Vorschriften ist bei
einer Einstufung eines Stoffes in die Kategorie
2, und in dieser Gruppe befindet sich
Aluminiumsilikatfaser derzeit, eine Ersatzstoffprüfung
gemäß § 36 GefStV [7] vorzunehmen.
Eine praxisorientierte Hilfe für die
Ersatzstoffprüfung und Dokumentation
bietet die TRGS 619 „Ersatzstoffe für Keramikfasern
im Ofen- und Feuerfestbau“ [5].
Weitere praktische Hilfe bei der Bewertung
von Ersatzstoffen kann die VDI-Richtlinie
3469 [1] bieten, in der im Blatt 1 unter
Punkt 2.2. „Substitution“ Kriterien beschrieben
sind, die bei der Substitution von
Gefahrstoffen beachtet werden sollten.
– Das Langzeitverhalten der Produkte muss
wenigstens gleichwertig sein
– Eignung für den Einsatz von Bauteilen
aus Substitutionsprodukten an vorgegebenen
Konstruktionen (Ersatzteildienst)
– Verfügbarkeit in ausreichender Menge
– Vergleichbare Kosten
– Stofffreigabe aufgrund von Prüfungsverfahren
(Sicherheit; Langzeitverhalten)
– Das Gefahrenpotential des Ersatzstoffes
muss ausreichend erforscht und geringer
sein
– Vergleichbare oder geringere Umweltbelastung
– Sozialökonomische Aspekte
– Recyclingfähigkeit
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Fachberichte
Die Praxis der letzten Jahren hat gezeigt,
dass der so genannte Ersatzwerkstoff AES-
Wolle die technisch-physikalischen Anforderungen
in den meisten industriellen Anwendungen
nicht erfüllt [8; 12; 14; 15].
Der in Bild 5 gezeigte Industrieofen zeigt
den Vergleich einer intakten Auskleidung
aus Aluminiumsilikatmodulen nach 7 Jahren
Betrieb und die durch Kristallisation
und nachfolgender Erosion geschädigte
Auskleidung von AES-Module nach wenigen
Monaten. Der Industrieofen wurde unter
gleichen Bedingungen betrieben. Die
Auskleidung musste wieder auf Aluminiumsilikatmodule
umgerüstet werden
(Bild 5). Dem Einsatz von Steinen und Massen
stehen energetische, sozioökonomische
aber auch technische Aspekte entgegen,
da sich die Bedingungen in den
heutigen Anwendungen (vorwiegend periodischer
Betrieb) in den letzten Jahren
geändert haben.
Es gibt also keinen generellen Ersatzwerkstoff
für Produkte aus Aluminiumsilikatwolle
im Hochtemperaturbereich >900 °C,
deshalb gilt für die Auswahl von FF-Materialien
nach TRGS 619, in der Produkte aus
Hochtemperaturwolle, aber auch Steine
und Massen einfließen: Die technische Eignung
für die jeweilige Anwendung bestimmt,
welche FF-Produkte eingesetzt
werden.
Viele industrielle Anforderungen, bei denen
zur Erzeugung neuer Produkte in der
Anwendung ständig aufgeheizt und abgekühlt
wird oder bei denen kurzzeitige
Temperaturkurven gefahren werden müssen,
sind aus verfahrenstechnischen Gründen
und guten Temperaturwechselbeständigkeit
nur noch mit Produkten aus
Hochtemperaturwolle zu lösen. In den Anwendungen,
bei denen HTW-Produkte
grundsätzlich geeignet sind, haben diese
aus ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten
wesentliche Vorteile vor den
dichteren FF-Produkten. Eine Auswahl der
Werkstoffe ausschließlich auf „emotionaler“
Basis (z. B. Faserdiskussion) ist in Bezug
auf den Arbeitsschutz sachlich falsch, kann
sogar zu Problemen gerade im Arbeitsschutz
führen und führt letztendlich zu
höheren Kosten und Wettbewerbsnachteilen.
Erstens sind geeignete Schutzmaßnahmen
bei allen FF-Produkten anzuwenden und
im Umfang gleich, zweitens ist eine Gefährdung
für den Betreiber der Anlage
nicht gegeben, da es während des Betriebs
keine oder nur sehr geringe Expositionen
von Stäuben gibt.
Professioneller Umgang mit
Feuerfestprodukten
Bereits bei der Planung einer Anlage mit
feuerfesten Werkstoffen sollten unbedingt
vorgefertigte Produkte in die Konstruktion
GASWÄRME International (53) Nr. 5/2004
mit einbezogen und bevorzugt werden.
Neben einer schnelleren Montage vermeidet
man damit unnötige Bearbeitungsvorgänge
auf der Baustelle.
Bei der Be- und Verarbeitung von allen Feuerfesten
Produkten können Stäube freigesetzt
werden, die unter Umständen gesundheitsgefährlich
wirken können. Insbesondere
bei quarzhaltigen Produkten ist
auf die Einhaltung bestimmter Arbeitsverfahren
zu achten. Sollte der Luftgrenzwert
überschritten werden, so ist in jedem Fall
eine Atemschutzmaske zu tragen (z. B.
beim Bearbeiten Schneiden/Sägen/Schleifen
von Steinen und HTW-Produkten). Bei
der Verarbeitung von Steinen und Betonen
gilt im Wesentlichen die BIA/BG-Regel 217
„Mineralischer Staub“ [22].
Für Faserstäube gilt seit 1996 die Technische
Regel für Gefahrstoffe TRGS 521 „Faserstäube“,
[21] die vom Bundesministerium
für Wirtschaft und Arbeit im Bundesarbeitsblatt
veröffentlicht wird, als Maßstab
für den sicheren und professionellen Umgang
mit Produkten aus Künstlichen Mineralfasern.
DKFG und ECFIA informieren Kunden und
Anwender bereits seit den frühen 1980er
Jahren mit entsprechenden EG - Sicherheitsdatenblättern,
Publikationen und
Warnhinweisen auf den Verpackungen
über den professionellen Umgang mit
Aluminiumsilikatwolle.
Die Informations- und Aufklärungspolitik
der DKFG, sowie Warn- und Handhabungshinweise
gelten, nach Bestätigung
durch Vertreter des Bundesarbeitsministeriums,
als vorbildlich in der Industrie [10;11].
Im Gegensatz zur stationären Verarbeitung,
wo Absaugsysteme angeschlossen
werden können, gibt es bei Montagen und
Demontagen keinen Luftgrenzwert für
Staub und Faserstaub. Deshalb müssen bei
Montage- und Demontagearbeiten aller
FF-Produkte (Betone/Steine/Wolle) die notwendigen
persönlichen Schutzmaßnahmen
(z. B. Schutzanzug, Atemschutzmaske
FFP3) getragen werden [20].
Vorteile von HTW in Bezug
auf Kosten, Umwelt und
Standortsicherung
Die einzigartigen Wärmedämmeigenschaften
der Produkte aus Hochtemperaturwolle,
zu denen sowohl Aluminiumoxid-,
Aluminiumsilikat- als auch AES-Wolle
gehören, ermöglichen bei hohen Temperaturen,
verglichen mit konventionellen feuerfesten
Werkstoffen (z. B. Steine und Massen),
wie bereits erwähnt, bedeutende
Energie- und damit CO2-Emissionsein sparungen (Tabelle 1).
Angesichts des steigenden Drucks auf einzelne
Länder, Regierungen und die Industrie,
die Treibhausgase zu reduzieren, ist
der Beitrag, den die Produkte aus Hochtemperaturwolle
zur Energieeinsparung leisten,
von großer Bedeutung [6]. Der reduzierte
Energieverbrauch entsprach bereits
im Jahr 1998 einer Einsparung an CO2- Emissionen von über 10 Mio. to/a in Europa,
mit steigender Tendenz. Insbesondere
im periodischen Industrieofenbetrieb sind
die Vorteile der Zustellungen aus HTW
nicht mehr wegzudenken [13] und tragen
in erheblichem Maße zur Standortsicherung
der betroffenen Anwenderindustrien
bei. Der in Kürze beginnende Handel
mit CO2-Zertifikaten (1. Stufe: 2005-2007)
wird eine weitere Steigerung von Anwendungen
mit HTW-Produkten nach sich ziehen.
Bereits ab dem Jahr 2002 und auf
Antrag rückwirkend bis 1990 können Betreiber
von Hochtemperaturöfen von CO2- Reduzierungen profitieren (early action).
Als ein Beispiel in Bezug auf Kosten und
Emissionen sind verschiedene feuerfeste
Auskleidungen eines Schmiedeofens in Tabelle
1 gegenübergestellt.
Bedingt durch die geringere Masse der
Ultra-Leicht HTW-Auskleidung und der damit
verbundenen geringeren Speicherwärme
sind bei diesem Industrieofen Energieein-sparungen
von 65 % im Vergleich zur
Schwerzustellung erzielt worden (Bild 6).
Bei der Auslegung eines Industrieofens ist
die partnerschaftliche Zusammenarbeit
zwischen Betreiber, Ofenbauer und Feuer-
Ofenzustellung Stein/Masse Stein/Masse HTW-Module
Schwer Leicht Ultra-Leicht
Spezifische
Speicherwärme (MJ/m
817,82 330,35 45,33
2 Tabelle 1: Vergleich feuerfester Auskleidungen
Table 1: Comparative assessment of refractory linings
)
Betriebskosten
(Energie) (E/m2/a) 414,27 214,22 121,04
Gesamtkosten (E/m 2/a) 502,96 292,52 179,59
Energieverbrauch + Basis 42% 65%
CO 2-Emissionen (%)
Periodischer Ofenbetrieb: Aufheizen: 48 mal pa.; 4700 Betriebsstunden pa.; Brenntemperatur: 1300 °C

Bild 6: Kostenvergleich von FF-Auskleidungen im Schmiedeofen
Fig. 6: Cost appraisal of refractory linings in a forge furnace
festlieferant der Garant für eine erfolgreiche
Inves-tition. Neben den physikalisch,
chemischen Ofenbedingungen müssen
auch andere Einflüsse (Vibrationen, Umgebungstemperatur,
Feuchte durch Kondensat
etc.) zur Auswahl des FF-Werkstoffes
bekannt sein, um eine anwendungsbezogene
Auswahl der FF-Produkte zu realisieren
[5]. Meist kommen in einer Anlage
mehrere FF-Produkte in Kombination
(HTW-Module, Massen und Steine) zur Anwendung.
Durch eine präventive, offene
Kommunikation der beteiligten Fachleute
können Fehler und Schäden an Industrieöfen
und anderen Hochtemperaturanlagen
bereits bei der Planung vermieden und Arbeitsabläufe
optimiert werden.
Bild 7: Temperaturunterschiede im Industrieofen
Fig. 7: Temperature differences in industrial furnaces
Beispielsweise werden die durch Zirkonanteile
bereits reduzierten Schmelztemperaturen
bestimmter HTW-Sorten durch den
Einsatz von „Giesspulver“ (Alkalien) weiter
abgesenkt. Im Zusammenhang mit dem
Phänomen, dass die tatsächlichen Temperaturen
an der Ofenwand und im Abgasbereich
während des Aufheizens ca.
100-150 °C über den im Ofenraum gemessenen
Werten liegen (Bild 7), kann dies zu
Schäden der Auskleidung führen. Demnach
gilt die Praxisregel, dass HTW-Produkte
nicht dauerhaft bei Klassifikationstemperatur
eingesetzt werden sollten, sondern
ca. 150 °C darunter.
Falls bei Anwendungen bis 1250 °C kritische
Betriebsbedingungen (Giesspulver
Bild 8: Pfannenfeuer
Fig. 8: Ladle heating installation
Fachberichte
oder Alkalien in der Ofenatmosphäre) vorher
bekannt sind, setzt man als konstruktive
Maßnahme in diesem Fall z. B. Alsitra1400-
HighPurity mit 54 % Al2O3 und höherem
Schmelzpunkt ein. Bei extremen Belastungen
über 1250 °C verwendet man in der
Regel Kombimodule aus Altra ® und Alsitra
(Aluminiumoxid- und Aluminiumsilikatmodul)
oder Altra ® -Module (bis zu 1600 °C).
Die Betriebssicherheit und längere Verfügbarkeit
einer Anlage bringt hier das Payback
für die höhere Investition. Nebenbei
sind dann auch Reparaturarbeiten an der
Auskleidung in den meisten Fällen nicht
mehr notwendig, eine professionelle Montage
vorausgesetzt.
Ein weiteres Beispiel für den Einsatz von Alsitra
1400-HighPurity an Stelle von zirkonhaltigen
Alsitra-Modulen ist in Bild 8 (Pfannenfeuer)
gezeigt. Kurzzeitige hohe Temperaturen
schädigen die Auskleidung des
zirkonhaltigen Materials (Schmelzpunkt
1700 °C)
den kurzzeitigen Belastungen standhält.
Bild 9 zeigt die Auswirkung einer kurzzeitigen
Temperaturüberschreitung im elektrisch
betriebenen Laborofen auf Alsitra
1400Z und Alsitra 1400-HighPurity.
Fazit
Auf Grund der enormen technischen Entwicklungen
im Industrieofenbau und den
Energieeinsparungen, die durch den Einsatz
von Produkten aus Hochtemperaturwolle
in den verschiedensten Industriezweigen
erst möglich geworden sind, sind
diese nach dem derzeitigen Stand der
Technik nicht mehr aus Prozessen mit Temperaturen
über 900 °C wegzudenken.
AES-Wolle ist nicht, wie z. B. Aluminiumoxidwolle,
in die Kategorie 3 eingestuft.
Bei Aluminiumsilikatwolle ist in Europa aufgrund
der IARC-Bewertung, die in der Vergangenheit
grundsätzlich zur Einstufung
herangezogen wurde, in nächster Zeit
GASWÄRME International (53) Nr. 5/2004 277

278
Fachberichte
ebenfalls mit einer Einstufung der Aluminiumsilikatwolle
in Kategorie 3 zu rechnen.
Offensiver, proaktiver Arbeitsschutz und
hier insbesondere die Aufklärung und
Schulung der Mitarbeiter, die direkten Umgang
mit Aluminiumsilikatwolle und anderen
Feuerfestprodukten haben, sind der
wesentlichste Beitrag zur Reduzierung
eines möglichen Restrisikos. Vorgefertigte
Produkte können die Montage vereinfachen
und die Expositionen von Stäuben
durch die Bearbeitung auf der Baustelle
reduzieren.
Die Neuentwicklungen, also die weniger
biobeständigen Produkte (AES-Wolle),
haben in der Hochtemperaturanwendung
(>900 °C) im periodischen Ofenbetrieb
Grenzen in der physikalischen Belastbarkeit
sowie der chemischen Beständigkeit und
können lediglich als Ergänzung zur vorhandenen
Aluminiumsilikatwolle in einigen
wenigen Fällen angesehen werden [5;15].
Es gibt derzeit und in absehbarer Zeit keine
Alternativen zu Produkten aus Aluminiumsilikatwolle
insbesondere im Hochtemperaturbereich
über 900 °C. Bei einer Ganzheitsbetrachtung,
insbesondere unter
wirtschaftlichen sowie umwelt- und sozioökonomischen
Gesichtspunkten, sind
Erzeugnisse aus Aluminiumsilikatwolle
nicht mehr aus einem fortschrittlichen Betrieb
mit Wärmedämmanforderungen über
900 °C wegzudenken [13;17]. Produkte
aus Hochtemperaturwolle sind High-Tech-
Produkte, mit denen unter Berücksichtigung
der TRGS 521 auch in Zukunft sicher
umgegangen werden kann. Die vielen Vor-
GASWÄRME International (53) Nr. 5/2004
teile der Erzeugnisse in Bezug auf den
Verbrauch und die Einsparung von Primärenergie,
das Investitionsvolumen, die Betriebssicherheit
etc. helfen dabei die Produktionsstandorte
der Anwenderindustrie
zu stärken bzw. zu sichern. In einem Beitrag
des WDR wurde u.a. festgestellt, dass
der Jahresbedarf eines Wärmebehandlungsofens
(Glühofen) in der Stahlindustrie
den Energiebedarf einer Kleinstadt mit
40 000 Einwohnern hat [16]. Wenn man
bedenkt, dass auch heute noch einige tausend
Indus-trieöfen in Deutschland betrieben
werden, zeigt dies, welches enorme
Verbesserungspotential in vielen Bereichen
der Industrie auch heute noch vorhanden
ist.
Literatur
Bild 9:
Schwindungsvergleich
Aluminiumsilikatwolle:
Alsitra 1400-
HighPurity und Alsitra
1400Z
Fig. 9:
Assessment of shrinkage
of aluminiumsilicate
wools: Alsitra
1400 High Purity and
Alsitra 1400Z
[1] VDI-Richtlinie 3469, „Emissionsminderung faserförmiger
Stäube“; Blatt 1 (Okt. 1998; z. Z. in
Überarbeitung) und „Keramikfasern“ Blatt 7;
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1994-1998; Institute of Occupational Medicine
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Mast, R. W.; McConnell, E. E.; Hesterberg, T. W.;
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toxicity in rats. Inhal. Toxicol.13: 101-125.
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„Ersatzstoffe für Keramikfasern im Ofen- und
Feuerfestbau“; Bundesarbeitsblatt Oktober
2002
[6] DKFG; „High Temperature Insulation Wool reduces
industries impact on the environment“ 2002
[7] Gefahrstoffverordnung § 36 Abs. 2 Ermittlungspflicht,
(Substitutionsverpflichtung)
[8] Bolender, Th.; Untersuchungen zur Temperaturstabilität
von „biolöslichen“ Keramikfasern im
Vergleich zu Keramikfasern des Systems Al2O3- SiO2; GASWÄRME International (50) Nr. 9/2001:
Fachberichte
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[10] CARE-Programm; ECFIA, 1996; www.dkfg.de;
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[12 Binde, G.; „Hochtemperaturglasfasern: Ersatz
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arbeiten!“ 01-2002
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