Настройка и закалкаогнеупорные бетоны с низким содержанием цементапроисходит главным образом за счет коагуляции и связывания. Таким образом, роль ультрадисперсного порошка имеет решающее значение, поскольку он является ключевым фактором, определяющим и влияющим на его характеристики. В то же время нельзя игнорировать влияние примесей на его эксплуатационные характеристики.
№ 01 Ультратонкий порошок
Ультрадисперсные порошки в отливках с низким содержанием цемента в основном включают активный микрокремнезем, порошок -Al₂O₃ и порошок Cr₂O₃ с содержанием (%) 93,2%, более 90% и более 99% соответственно. Распределение частиц по размерам этих трех типов ультрадисперсных порошков показано в таблице ниже. Из таблицы видно, что частицы размером менее 1,0 мм составляют более 71%.
Огнеупорные изделия имеют такую же пропорцию смеси с содержанием CaO около 0,6%. Три группы образцов были приготовлены добавлением активного SiO₂, -Al₂O₃ (порошок -оксида алюминия) и композита из обоих ультрадисперсных порошков соответственно в одинаковом количестве. По мере повышения температуры нагрева прочность отливок с различными ультрадисперсными порошками увеличивается.
Также замечено, что разные ультрадисперсные порошки по-разному влияют на прочность отливок. Литой материал с равным количеством активного ультрадисперсного порошка SiO₂ и -Al₂O₃ демонстрирует наибольшую прочность, за ним следует литой продукт с активным ультрадисперсным порошком SiO₂, а литой продукт с ультрадисперсным порошком оксида алюминия имеет самую низкую прочность. При температуре нагрева 1500 градусов прочность отливок с тремя типами ультрадисперсных порошков в основном одинакова. Это означает, что при приготовлении огнеупорных отливок с низким содержанием цемента лучше всего подходят композитные ультрадисперсные порошки, а при использовании отдельно следует отдавать предпочтение ультрадисперсному порошку активного SiO₂.
Однако увеличение количества ультрадисперсного порошка SiO₂ приведет к снижению содержания Al₂O₃ в отливке и увеличению свободного кварца, что неизбежно приведет к снижению шлакостойкости отливки. Например, пропорция смеси литого огнеупорного материала для железных желобов составляет: 70 % заполнителя с высоким-глиноземом, 14,2 % SiC, 5,8 % C, 0,2 % диспергатора, 6,5 % воды и 10 % порошка с высоким-оксидом алюминия и ультрадисперсного порошка SiO₂ вместе взятых. Испытания на шлакостойкость проводились тигельным методом в восстановительной атмосфере. Условия испытаний: стандартная основность шлака 1,105, температура нагрева и время выдержки 1500 градусов, 4 часа. С увеличением содержания ультрадисперсного порошка SiO₂ достигается оптимальное значение шлакостойкости; то есть наилучшая стойкость к шлаку достигается, когда содержание ультрамелкого порошка составляет около 5%.
При неизменном соотношении литьевой смеси и совместном содержании огнеупорного мелкодисперсного порошка и ультрамелкозернистого порошка прочность на сжатие после обжига при 1600 градусах также увеличивается с увеличением содержания ультрамелкозернистого порошка, но существует оптимальное значение. Поскольку ультрадисперсный порошок SiO₂ составляет около 5%, а ультрадисперсные порошки Al₂O₃ и Cr₂O₃ составляют примерно 7%, прочность хорошая, а другие свойства также превосходны. Что касается типа ультрадисперсного порошка, ультрадисперсный порошок SiO₂ обладает лучшим армирующим эффектом, за ним следует ультрадисперсный порошок Al₂O₃, а ультрадисперсный порошок Cr₂O₃ имеет плохой армирующий эффект. Также замечено, что армирующий эффект ультрадисперсного порошка SiO₂ в 2,5–4,4 раза выше, чем у последних двух типов.
№ 02 Добавки
Существует множество видов примесей. Здесь мы рассмотрим диспергаторы и водовосстановители-в качестве примеров, чтобы проиллюстрировать их влияние на характеристики огнеупорных отливок с низким содержанием цемента.
Когда пропорция заливочного материала постоянна, добавление различных количеств диспергатора может уменьшить количество необходимой строительной воды. При постоянном количестве строительной воды существует оптимальное значение прочности на сжатие в высушенном состоянии по мере увеличения количества диспергатора. То есть прочность является наилучшей, когда содержание диспергатора составляет от 0,15% до 0,2%. Если водо-редуктор, восстанавливающий воду, не добавляется или его дозировка превышает 0,5 %, прочность ухудшается или образец трескается. Это связано с плохой текучестью отливки и недостаточной плотностью формованного изделия.
Существует множество типов водовосстанавливающих-агентов, и соответствующий выбор следует делать путем испытаний. После определения пропорции смеси корунда со сверх-низким содержанием цемента, полифосфат натрия, конденсаты полицианамида и конденсаты нафталинсульфоната использовались в качестве восстановителей воды-, и подбирались подходящие дозировки для приготовления огнеупорных литейных изделий. Литые изделия без водовосстановителей- страдают от самопроизвольной агломерации ультрадисперсных порошков, которые не могут эффективно заполнять поры и имеют крайне неравномерное распределение. Большое количество воды задерживается в хлопьях или заполняет поры, что приводит к повышенному расходу воды, низкой объемной плотности, высокой пористости и низкой прочности после термообработки, а также неблагоприятно для спекания. Полифосфаты обладают определенным диспергирующим и водовосстанавливающим-эффектом, что может в некоторой степени предотвращать самопроизвольную агломерацию ультрадисперсных порошков, позволяя им более полно распределяться в порах, улучшая использование воды и снижая расход воды примерно на 17%.
Таким образом, увеличенная объемная плотность и пониженная пористость отливки по сравнению с необработанной отливкой привели к увеличению прочности на сжатие после обжига в 0,6-1,9 раза и к увеличению прочности на изгиб при высоких-температурах. Агенты B и C — это органические высокоэффективные-водовосстанавливающие-агенты с особенно значительным дисперсионным-эффектом снижения водоотдачи, обеспечивающие степень снижения водопотребления на 25 % и 28 % соответственно. По сравнению с необработанными отливками их объемная плотность увеличилась примерно на 3,5 %, пористость снизилась на 15 %, прочность на сжатие после обжига увеличилась в 1-4 раза, а высоко-прочность на изгиб увеличилась более чем в 3,5 раза. Также очевидно, что агент C более эффективен, чем агент B. В заключение, при приготовлении огнеупорных бетонных изделий с низким содержанием цемента необходимо добавлять водовосстанавливающие агенты, и следует отдавать предпочтение органическим высокоэффективным водовосстанавливающим агентам.
№ 03 Алюминиевый порошок
В огнеупорные отливки из чугунных желобов обычно добавляют металлический алюминиевый порошок для ускорения сушки и упрочнения отливки. Размер частиц и дозировка оказывают существенное влияние на характеристики отливки, и их следует выбирать соответствующим образом.
В отливках Al₂O₃-SiC-C со сверх-низким содержанием цемента, чем меньше размер частиц алюминиевого порошка и выше температура окружающей среды во время строительства, тем интенсивнее химическая реакция, тем больше газа выделяется и тем выше температура материала. Это полезно для обезвоживания отливки, позволяя быстро выпекать; однако слишком быстрая реакция легко может привести к ложной постановке, губительной для прочности. Пропорции смеси заливки остаются прежними. Крупные размеры частиц алюминиевого порошка вредны для прочности, в то время как чрезмерно мелкие частицы приносят некоторую пользу для прочности на сжатие во время сушки, но другие виды прочности снижаются. Размер частиц 88-44 мм обеспечивает лучшую прочность. Количество используемого алюминиевого порошка следует определять в зависимости от характеристик огнеупорной отливки и условий строительства; его следует использовать как можно меньше, обеспечивая при этом хорошую вентиляцию и быстрое высыхание.
№ 04 Добавки
В отливки Al₂O₃-SiC-C со сверх-низким содержанием цемента необходимо добавлять SiC и углеродные материалы для улучшения их шлакостойкости и термической стабильности. Эксперименты и использование доказали, что марка и дозировка SiC и углеродных материалов оказывают существенное влияние на характеристики отливок и должны выбираться рационально. Кроме того, сорт и дозировка варьируются в зависимости от размера доменной печи и места применения. Как правило, высококачественные-SiC и углеродные материалы используются в главных железных или шлаковых лотках больших и средних-доменных печей, тогда как SiC и углеродные материалы более низкого-сорта используются в средних и малых доменных печах; дозировка SiC обычно составляет от 5% до 35%. Углеродные материалы в основном включают пек, чешуйчатый графит, электродный порошок и землистый графит в дозировке от 2% до 6%.
В огнеупорные отливки с железным желобом SiC и углеродные материалы обычно добавляются в виде тонкого порошка, причем предпочтительным является ультрадисперсный SiC. Поскольку этот материал содержит SiC и углеродные материалы, его стойкость к окислению снижается. Окисление углерода оставляет больше микропор, позволяя расплавленному железу или шлаку непрерывно проникать внутрь, образуя обезуглероженный слой и приводя к повреждению футеровки. Добавление металлического алюминиевого порошка может улучшить стойкость отливки к окислению. Эксперименты показали, что совместное использование порошка металлического кремния, т.е. порошка Al и порошка Si, приводит к лучшей стойкости к окислению и повышению прочности отливки. Это связано с тем, что реакция металлического кремния и алюминия с углеродом при высоких температурах с образованием SiC и Al₄C₃ приводит к более плотной микроструктуре и поверхности.
В низкоцементные огнеупорные отливки Al₂O₃-SiO₂ добавление 2–8% мелкого порошка кианита при высоких температурах 1200–1400 градусов способствует образованию муллита, тем самым увеличивая его прочность. Это означает, что кианит действует не только как расширяющий агент, но и как минерализующий агент.
