Огнеупорные отливки с низким содержанием цемента сравнивают с традиционными огнеупорными отливками из алюминатного цемента. Количество добавляемого цемента в традиционные огнеупорные изделия из алюминатного цемента обычно составляет 12-20%, а количество добавляемой воды обычно составляет 9-13%. Из-за большого количества добавленной воды литое тело имеет много пор, неплотное и имеет низкую прочность; из-за большого количества добавленного цемента, хотя и можно получить более высокую нормальную и низкотемпературную прочность, прочность снижается из-за кристаллического превращения алюмината кальция при средних температурах. Очевидно, что введенный CaO реагирует с SiO2 и Al2O3 в отливке с образованием некоторых легкоплавких веществ, что приводит к ухудшению высокотемпературных свойств материала.
При использовании технологии ультрамелкого порошка, высокоэффективных добавок и научной градации частиц содержание цемента в отливке снижается до менее 8%, а содержание воды снижается до ≤7%, а огнеупорные отливки серии с низким содержанием цемента могут быть приготовлено и внесено. Содержание CaO составляет ≤2,5%, а его эксплуатационные показатели в целом превосходят показатели алюминатно-цементных огнеупорных отливок. Этот тип огнеупорного литья обладает хорошей тиксотропией, то есть смешанный материал имеет определенную форму и начинает течь при небольшой внешней силе. При удалении внешней силы он сохраняет полученную форму. Поэтому его еще называют тиксотропным огнеупорным литейным материалом. Самотекучую огнеупорную заготовку также называют тиксотропной огнеупорной заготовкой. Относится к этой категории. Точное значение огнеупорных отливок серии с низким содержанием цемента до сих пор не определено. Американское общество по испытаниям и материалам (ASTM) определяет и классифицирует огнеупорные литые изделия на основе содержания в них CaO.
Плотность и высокая прочность являются выдающимися характеристиками огнеупорных бетонов серии с низким содержанием цемента. Это хорошо для увеличения срока службы и эксплуатационных характеристик изделия, но также доставляет хлопоты при выпекании перед использованием, то есть легко может произойти растекание, если не соблюдать осторожность во время выпекания. Явление взрыва тела может, по крайней мере, потребовать повторной заливки, а в тяжелых случаях может поставить под угрозу личную безопасность окружающих работников. Поэтому в разных странах также проводились различные исследования по обжигу огнеупорных заготовок малоцементной серии. Основные технические меры: путем разработки разумных кривых печи и введения отличных противовзрывоопасных веществ и т. д. это может сделать огнеупорные отливки. Вода удаляется плавно, не вызывая других побочных эффектов.
Технология ультрадисперсного порошка является ключевой технологией для огнеупорных отливок с низким содержанием цемента (в настоящее время большинство ультрадисперсных порошков, используемых в керамике и огнеупорных материалах, на самом деле имеют размер от 0,1 до 10 мкм, и они в основном действуют как ускорители дисперсии и структурные уплотнители. Первые делают частицы цемента высокодиспергируются без флокуляции, при этом последние полностью заполняют микропоры в заливочном теле и повышают прочность.
В настоящее время обычно используемые типы ультрадисперсных порошков включают SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 и т. д. Удельная поверхность микропорошка SiO2 составляет около 20 м2/г, а размер его частиц составляет около 1/100 размера частиц цемента, поэтому он имеет хорошие заполняющие свойства. Кроме того, микропорошки SiO2, Al2O3, Cr2O3 и др. также могут образовывать в воде коллоидные частицы. Когда присутствует диспергатор, на поверхности частиц образуется перекрывающийся двойной электрический слой для создания электростатического отталкивания, которое преодолевает силу Ван-дер-Ваальса между частицами и снижает энергию границы раздела. Предотвращает адсорбцию и флокуляцию между частицами; в то же время диспергатор адсорбируется вокруг частиц, образуя слой растворителя, что также увеличивает текучесть отливки. Это также один из механизмов ультрадисперсного порошка, то есть добавление ультрадисперсного порошка и соответствующих диспергаторов может снизить расход воды огнеупорных отливок и улучшить текучесть.
Схватывание и затвердевание низкоцементных огнеупорных изделий является результатом совместного действия гидратного и когезионного сцепления. Гидратация и отверждение алюминатного цемента представляют собой в основном гидратацию гидравлических фаз СА и СА2 и процесс роста кристаллов их гидратов, то есть они реагируют с водой с образованием гексагональных чешуек или игольчатых САН10, С2АН8 и продуктов гидратации, таких как в виде кубических кристаллов C3AH6 и гелей Al2O3аq затем в процессах отверждения и нагревания образуют взаимосвязанную конденсационно-кристаллизационную сетчатую структуру. Агломерация и связывание происходят за счет того, что активный ультрадисперсный порошок SiO2 образует коллоидные частицы при контакте с водой и с ионами, медленно диссоциирующими от добавленной добавки (т.е. вещества электролита). Поскольку поверхностные заряды обоих противоположны, то есть поверхность коллоида адсорбирует противоионы, в результате чего потенциал уменьшается, и происходит конденсация, когда адсорбция достигает «изоэлектрической точки». Другими словами, когда электростатическое отталкивание на поверхности коллоидной частицы меньше ее притяжения, происходит когезионное соединение с помощью силы Ван-дер-Ваальса. После конденсации огнеупорного литого материала, смешанного с порошком диоксида кремния, группы Si-OH, образовавшиеся на поверхности SiO2, высушиваются и обезвоживаются до образования мостика, образуя сетчатую структуру силоксана (Si-O-Si), тем самым затвердевая. В силоксановой сетчатой структуре связи между кремнием и кислородом не уменьшаются при повышении температуры, поэтому прочность также продолжает увеличиваться. В то же время при высоких температурах сетчатая структура SiO2 будет вступать в реакцию с завернутым в нее Al2O3 с образованием муллита, что может повысить прочность при средних и высоких температурах.
Время публикации: 28 февраля 2024 г.
