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HVG-DGG Forschung

 
Publication Nr GFOR227ZN
Author Boehm, Petra; Wuthnow, H.
 
Title
Hochauflösende Spektroskopie von Gläsern, Glasschmelzen und keramischen Werkstoffen mittels Laser induzierter Plasmen zur Untersuchung von Korrosions- und Verdampfungsvorgängen bei der Glasherstellung (Glas-LIBS) AiF-Nr. 227ZN
 
Keywords
Feuerfestmaterial; Laser;
 
Journal
Publication Year 2010
Volume
ISS
Page 73
 
Abstract
Von Februar 2007 bis Januar 2010 wurde an den Instituten der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach und der Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V., Bonn das AiF-Forschungsvorhaben mit dem Thema „Hochauflösende Spektroskopie von Gläsern, Glasschmelzen und keramischen Werkstoffen mittels Laser induzierter Plasmen zur Untersuchung von Korrosions- und Verdampfungsvorgängen bei der Glasherstellung (Glas-LIBS)“ (AiF-Nr. 227 ZN) bearbeitet. Feuerfeste Auskleidungen des Verbrennungsraumes von Glasschmelzaggregaten sind durch thermische und chemische Beanspruchung zum Teil erheblicher Korrosion ausgesetzt. In diesem Forschungsvorhaben wurde die Messmethode der Laser Induzierten Breakdown Spektroskopie LIBS für die Untersuchung von glasartigen und keramischen Werkstoffen unter anderem zur Beurteilung der Korrosionsvorgänge bei der Glasherstellung eingeführt und getestet. Diese Messmethode soll die chemischen Vorgänge in-situ während der Wannenreise erfassen, um eine aussagefähige Steuer- und Regelgröße für die Beschreibung der Vorgänge in den Glasschmelzaggregaten zu geben. Diesen Anforderungen kann LIBS aufgrund des weitestgehend umgebungsunabhängigen Messverfahrens, welches nur einen optischen Zugang zum Messpunkt benötigt und innerhalb von Sekunden die chemische Analyse von festen, flüssigen oder gasförmigen Substanzen liefert, gerecht werden. Bei Untersuchungen im Labor wurden die in den Glasschmelzaggregaten verwendeten gängigen Feuerfestmaterialien wie Mullit-, Magnesia-Zirkon-Steine und verschiedene AZS-Materialien eingesetzt. Dabei wurden mit der eingeführten Messmethode EDX vergleichende Messungen mit LIBS durchgeführt. Es zeigte sich, dass Messergebnisse mit LIBS nach erfolgreicher Kalibrierung mit den eingeführten Messmethoden verglichen werden können. Die erhaltenen Resultate wurden dargestellt. Eine befriedigende Kalibrierung der LIBS konnte mit den bisher zur Verfügung stehenden Auswerteverfahren nur selten erreicht werden. Aufgrund dieser Ergebnisse wurde eine neue Vorgehensweise entwickelt, um glasartige und keramische Materialien genauer untersuchen zu können. Um Messungen im Glasschmelzaggregat durchführen zu können, wurde in diesem Forschungsvorhaben eine erweiterte Optik für Messungen im Abstand zwischen 2,5 und 12 Metern als Eigenbau designt und den Bedingungen der Glasschmelzanlagen angepasst. Nach anfänglichen Schwierigkeiten beim Bau der fokussierbaren Optik musste nach ersten Messungen festgestellt werden, dass die eingesetzten Beschichtungen der Linsen im optischen System den Anforderungen nicht standhielten. Um eine Schädigung des Lasers durch reflektierte Strahlung zu vermeiden, wurde die gesamte Optik nochmals neu angepasst. Aufgrund dieser nicht vorhersehbaren Schwierigkeiten kam es zu Verzögerungen im Forschungsvorhaben. Erste Messungen an Glasschmelzaggregaten zeigten, dass durch Streuung an Stäuben, Absorptionsvorgängen und emittierter Wärmestrahlung aus den Verbrennungsräumen einer Schmelzwanne die Plasmastrahlung verändert wird. Um diese Zusammenhänge zu analysieren und die bisher gewonnenen positiven Ergebnisse zu vertiefen, sind weitergehende Arbeiten nötig. Es sind im Rahmen eines Eigenforschungsprogramms Screening-Versuche an weiteren Glasschmelzaggregaten geplant. Es wurde eine Messvorschrift für Messungen mit LIBS an verschiedenen Feuerfestmaterialien erarbeitet. Der Vorschlag zum Design einer Messsonde zur Online- und In-situ-Messung für automatisierte Messungen wurde gemacht. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde teilweise erreicht. Das Forschungsvorhaben (227 ZN) der Hüttentechnischen Vereinigung der deutschen Glasindustrie (HVG), Offenbach und der Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V., Bonn wurde im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsförderung“ (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) finanziert. (k)

Laufzeit: 01.02.2007 - 31.01.2010
Forschungsstellen: Institut der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie Offenbach
Forschungsgemeinschaft Feuerfest (FGF) e. V., Bonn

Veröffentlichungen:
Kurzveröff. in dgg Journal 9 (2010) Nr. 4 S. xx
 
Members 30 €
Non Members 30 €
Students 30 €
 
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