Огнеупорные изделиячасто наблюдается значительное снижение прочности при промежуточных температурах (обычно 800 градусов -1000 градусов или выше). В основном это происходит за счет обезвоживания, рекристаллизации и физической усадки гидратов в связующем, что приводит к образованию пористой структуры. Чтобы улучшить прочность отливок из огнеупорных материалов при средней температуре, можно сосредоточиться на нескольких аспектах сердцевины: подборе сырья, оптимизации системы связующего, использовании добавок и методах изготовления. Ниже приведены конкретные стратегии улучшения:
I. Оптимизация сырья и компенсация химических реакций
Это самый прямой и эффективный метод. Суть заключается в использовании объемного расширения, возникающего в результате химической реакции, для компенсации усадки во время спекания.
1. Добавление тонкого порошка Al₂O₃. Добавление соответствующего количества мелкого порошка Al₂O₃ (альфа-глинозема) для алюминирования огнеупорных отливок имеет решающее значение. При промежуточных температурах он подвергается химической реакции расширения, компенсирующей снижение прочности, вызванное объемной усадкой. Особенно если связующим является цемент с высоким содержанием-глинозема CA-70, добавление этого мелкого порошка может даже увеличить прочность при промежуточных температурах, а не уменьшить ее.
2. Введение активных наполнителей: Чистый алюминатный цемент соединяют с микрокремнеземом. При температуре 800-1200 градусов микрокремнезем реагирует с оксидом кальция с образованием анортитовой армирующей фазы, которая может эффективно увеличить прочность при промежуточных температурах примерно на 20%.
II. Добавление спекающих и расширяющих агентов
Путем введения определенного минерального сырья можно изменить поведение при спекании или объемную стабильность материала при промежуточных температурах.
1. Добавление мягкой глины (спекающего агента). Добавление 3%-6% мягкой глины может способствовать спеканию отливки при более низких температурах, изменяя микроструктуру и, таким образом, увеличивая прочность при промежуточных-температурах, даже превышая прочность при сушке в печи.
2. Использование андалузита (высоко-армирование). Хотя андалузит в основном действует при высоких температурах (выше 1300 градусов), если состав правильно разработан (добавлен в виде мелкого порошка), муллит и избыток SiO₂, образующиеся во время его разложения при высоких температурах, могут образовывать вторичную муллитизацию, что очень полезно для поддержания прочности после прохождения промежуточного температурного диапазона.
3. Использование карбида бора: Карбид бора размягчается при высоких температурах и прилипает к поверхности частиц, способствуя уплотнению. Оксидная пленка B₂O₃, образующаяся на его поверхности, обеспечивает стойкость к окислению, а образующиеся столбчатые кристаллы уменьшают пористость и улучшают прочность при промежуточных температурах.
III. Улучшение системы крепления:
Связующее является «скелетом» огнеупорных заготовок. Выбор подходящего связующего может фундаментально изменить слабость прочности при промежуточных температурах.
1. Использование высокоэффективного-цемента. По возможности следует использовать чистый алюминат кальция (марка CA-70 или выше). По сравнению с обычным цементом СА-50 он имеет лучший показатель сохранения прочности на промежуточной температурной стадии.
2. Композитные вяжущие: цемент сочетается с химическими связующими (такими как фосфаты) или используются когезивные связующие (такие как золь кремнезема и золь оксида алюминия). Эти методы склеивания образуют стабильную сетчатую структуру при промежуточных температурах, в отличие от чистых гидратных связующих, которые склонны к разрушению из-за обезвоживания.
IV. Оптимизация микроструктуры и размера частиц:
Физические методы применяются для придания внутренней структуры материала более компактной формы и уменьшения дефектов.
1. Разумное распределение частиц по размерам: оптимизируйте распределение частиц заполнителей (таких как корунд и муллит), следуя принципу плотнейшей упаковки для уменьшения внутренней пористости.
2. Внедрение технологии микропорошков: добавьте соответствующие количества активированного микропорошка оксида алюминия или микропорошка диоксида кремния, используя заполняющий эффект микропорошка для уменьшения кажущейся пористости, увеличения плотности материала и, таким образом, улучшения прочности.
V. Контроль строительства и отверждения:
Даже при использовании наилучшей рецептуры огнеупорного литого материала неправильная конструкция значительно снижает прочность.
1. Строгий контроль добавления воды. Чрезмерное добавление воды значительно увеличивает пористость и снижает плотность. При смешивании количество добавляемой воды должно строго соблюдаться в соответствии с рекомендациями производителя.
2. Стандартизируйте процесс выпечки: при нагревании на стадии средней температуры (особенно 900–1200 градусов) необходимо обеспечить достаточное время выдержки, чтобы гидраты могли полностью обезвоживаться и рекристаллизоваться, избегая растрескивания или рыхлой структуры из-за чрезмерного нагрева.
