I. Принципи на приготвяне на ниско циментови отливки
Подготовката наниско циментови огнеупорни отливкитрябва да приеме „намаляването на съдържанието на цимент, оптимизирането на микроструктурата и подобряването на ефективността при високи-температури“ като основни цели и да следва стриктно следните четири принципа, за да гарантира, че има както работоспособност, така и стабилност при експлоатация:
1. Принцип на оптимизиране на сортирането на частиците
Категоризирането на частиците е основата за определяне на обемната плътност, порьозността и якостта на отливките. Той трябва да следва „теорията за най-близкото опаковане“ и обикновено приема три-степенен или четири-степенен дизайн на класифициране:
1) Едър агрегат (5-15mm): представлява 30%-45%, главно играе ролята на опора на скелета и трябва да бъдат избрани суровини с добра химическа стабилност и нисък коефициент на топлинно разширение (като високоалуминиев боксит, корунд), за да се избегне структурно напукване поради промени в обема при високи температури;
2) Среден инертен материал (1-5 мм): представлява 20%-30%, запълва празнините между едрите инертни материали, подобрява течливостта на материала и трябва да съответства на състава на едрите инертни материали, за да се намалят реакциите на интерфейса;
3) Фин прах (0,074-1 мм): представлява 15%-25%, допълнително запълване на празнините между агрегатите и подобряване на плътността. Размерът на частиците на финия прах трябва да се контролира в разумни граници. Твърде едрият прах лесно ще доведе до разхлабване на купчина, докато твърде финият прах ще увеличи нуждата от вода;
4) Микро прах (<0.074mm): accounts for 5%-15%, including mineral micro powder (such as silica fume, alumina micro powder) and cement clinker micro powder. It is the key to achieving "low cement". Through the ball effect of micro powder and the reaction with volcanic ash, the cement dosage is reduced and the strength is improved.
2. Принцип на прецизен контрол на дозировката на цимента
Дозировката на цимента (основно алуминатен цимент) на ниско циментови огнеупорни бетони обикновено е по-малко или равно на 8% (масова фракция). Трябва да се намери баланс между „намаляване на дозата“ и „осигуряване на конструкция и ранна здравина“:
(1) Минимална ефективна дозировка: Определете дозировката на цимента според предназначението на отливката (напр.. 5%-7% за високо-температурни облицовки на пещи, 7%-8% за ниско-температурни тръбопроводи), като избягвате прекомерна дозировка, която ще доведе до образуването на калциеви алуминати с ниска точка на топене (напр. CA6, C12A7) при високи температури, което ще намали огнеупорността;
(2) Синергия с микропрах: Чрез пуцолановата реакция на силициев диоксид и микропрах от алуминиев оксид, те се комбинират с продукти за хидратиране на цимента (напр. CAH10, C2AH8), за да образуват стабилен C-A-S-H гел или колоновидни кристали CA6, компенсирайки загубата на якост, причинена от намаляването на дозировката на цимента.
3. Принцип на баланс между потреблението на вода и течливостта
Нуждата от вода пряко влияе върху плътността, порьозността и обработваемостта на леярките и трябва да се контролира в рамките на най-ниския разумен диапазон (обикновено 5%-8%):
(1) Намаляване на търсенето на вода: чрез добавяне на високо-ефективни редуктори на водата (като поликарбоксилни киселини и нафталинова серия), привличането между частиците се намалява, постига се висока течливост при ниско водно съдържание и се избягва образуването на пори след прекомерно изпаряване на водата;
(2) Адаптиране на течливостта: Регулирайте течливостта според метода на конструиране (като изпомпване и вибрации). Разширението на изпомпваните материали трябва да бъде по-голямо или равно на 250 mm, а разширението на вибриращи материали трябва да бъде по-голямо или равно на 200 mm. В същото време избягвайте прекомерния поток, който причинява разслояване на агрегата.
4. Принципи за контрол на стабилността на обема
Огнеупорните отливки с ниско съдържание на цимент са склонни към промени в обема по време на нагряване поради фазова промяна и разлагане на продуктите на хидратация. Това изисква избор на суровини и контрол на добавките:
(1) Компенсация на разширението на суровината: Добавете подходящо количество експандиращ агент (като кианит и силиманит, които се превръщат в мулит при висока температура и се разширяват с 10%-15%), за да компенсирате свиването, причинено от разлагането на продуктите от хидратация на цимента (като CAH10, разлагащ се в C2AH8 при 100-200 градуса, с обемно свиване от около 10%);
(2) Оптимизиране на микроструктурата: Чрез пълнене с микропрах и насочен растеж на кристали (като преплитане на колонни кристали CA6), разхлабената структура по време на нагряване се намалява и стабилността на обема се подобрява. Обикновено се изисква линейната скорост на промяна след изпичане при 1100 градуса да се контролира в рамките на ±0,5%.
2. Основни суровини, влияещи върху ефективността на отливките с ниско съдържание на цимент
Ефективността на ниско{0}}циментовите отливки (огнеупорност, якост, устойчивост на термичен удар и устойчивост на корозия) се определя от химичния състав, минералната структура и разпределението на размера на частиците на суровините. Основните суровини могат да бъдат разделени на пет категории:
1. Огнеупорен агрегат: определя огнеупорната основа и якостта на скелета на отливката.
Огнеупорният инертен материал представлява 60%-75% и е „скелетът“ на отливката. Неговата производителност директно определя огнеупорността и носещата способност при висока температура на отливката:
(1) Високо{1}}алуминиев агрегат (Al₂O₃ по-голям или равен на 70%) Състав и производителност: Основните компоненти са корунд и мулит, огнеупорност по-голяма или равна на 1770 градуса, якост на натиск при стайна температура по-голяма или равна на 100MPa, якост на натиск при висока температура (1400 градуса) по-голяма или равна на 50MPa; Приложими сценарии: Облицовки на пещи със средна и висока температура (като зона за изпичане на ротационна пещ за цимент, металургична нагревателна пещ), необходимо е да се избягват прекомерни примеси (като Fe₂O₃, TiO₂), за да се предотврати образуването на фази с ниска точка на топене (като FeO·Al₂O₃, точка на топене 1250 градуса);
(2) Корундов агрегат (Al₂O₃ По-голямо или равно на 90%): Състав и производителност: Основно -корунд, плътна структура, огнеупорност По-голяма или равна на 1850 градуса, устойчивостта на корозия (като устойчивост на разтопена стомана и корозия на шлака) е по-добра от високо-алуминиевия агрегат; Приложими сценарии: Среда с ултра-висока температура (като желязната корито на доменна стоманена пещ и пещ за топене на цветни метали), е необходимо да се контролира разпределението на размера на частиците на агрегата, за да се избегне прекомерният груб агрегат, причиняващ намаляване на стабилността на топлинен шок.
2. Огнеупорен микропрах: Основният микропрах за постигане на "нисък цимент" и производителност
подобрението представлява 5%-15%, което е ключът към разграничаването на огнеупорни отливки с ниско съдържание на цимент от обикновените отливки. Основно включва:
(1) Alumina micropowder (Al₂O₃≥99%, D50=1-5μm): Mechanism of action: reacts with cement hydration products to form CA6 crystals, improving high-temperature strength; fills the gaps between aggregates and reduces porosity (can reduce apparent porosity from 18% to below 12%); Performance impact: Increasing the amount of micropowder can improve refractoriness, but excessive amount (>15%) ще увеличи търсенето на вода и трябва да се използва с воден редуктор;
(2) Силициев двуокис (SiO₂ По-голям или равен на 90%, D50=0.1-0.5μm): Механизъм на действие: Има висока пуцоланова активност и реагира с Ca(OH)₂, произведен от хидратация на цимента, за да образува C-S-H гел, който подобрява ранната якост. Неговите сферични частици могат да намалят вътрешното триене в материала и да подобрят течливостта. Предпазни мерки: Използваното количество силициев диоксид трябва да се контролира (обикновено 3%-8%). Прекомерната употреба ще доведе до образуването на голямо количество стъкло с ниска -точка на топене- (като CaO-SiO₂-Al₂O₃ стъкло, точка на топене<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Свързващо вещество: Ключът към осигуряване на работоспособност и развитие на силата.
Свързващото вещество на ниско{0}}циментови отливки е главно алуминатен цимент, допълнен от химическо свързване на фин прах. Неговата производителност влияе върху времето за втвърдяване и здравината на отливката:
(1) Алуминатен цимент (CA-50, CA-70): Състав и характеристики: CA-50 съдържа 50%-60% CA (монокалциев алуминат), има умерено време на втвърдяване (първоначално втвърдяване по-голямо или равно на 45 минути, окончателно втвърдяване по-малко или равно на 10 часа) и висока ранна якост (1d якост на натиск по-голяма или равна на 20 MPa); CA-70 съдържа повече от или равно на 70% CA, има по-висока ранна якост, но втвърдява по-бързо и трябва да се използва с ретардер; Въздействие върху производителността: Съдържанието на CaO в цимента влияе пряко върху огнеупорността. За всеки 1% увеличение на CaO, огнеупорността намалява с около 15-20 градуса. Следователно трябва да се избере цимент с ниско съдържание на CaO (CA-70 CaO По-малко или равно на 22%);
(2) Забавители/ускорители на втвърдяване: Забавителите на втвърдяване (като лимонена киселина и винена киселина, добавени при 0,05%-0,2%) удължават времето на втвърдяване и са подходящи за транспортиране на дълги-разстояния или изливане на големи-обеми. Ускорителите на втвърдяване (като Li₂CO3 и CaCl₂, добавени при 0,01%-0,05%) съкращават времето за втвърдяване и са подходящи за нискотемпературни строителни среди (като зимно строителство). Прекомерната употреба обаче трябва да се избягва, тъй като може да намали силата.
4. Воден редуктор: Основната добавка за балансиране на потреблението на вода и течливостта
Водният редуктор е ключът към постигането на "ниска вода и висок поток" в огнеупорни отливки с ниско съдържание на цимент. Добавеното количество обикновено е 0,1%-0,5%:
(1) Воден редуктор с поликарбоксилна киселина: Предимства: Висока степен на намаляване на водата (до 30%-40%), добро задържане на спадане (загуба на разширение в рамките на 1 час По-малко или равно на 20 mm), добра съвместимост с алуминатен цимент и няма да причини прекомерно забавяне; Въздействие върху производителността: Може да намали потреблението на вода с 2-3 процентни пункта, да увеличи якостта на натиск на отливката след изпичане при 1100 градуса с 15%-20% и да намали видимата порьозност с 3-5 процентни пункта;
(2) Naphthalene water reducer: Features: Medium water reduction rate (20%-25%), low price, suitable for scenes with low fluidity requirements; Note: The dosage needs to be controlled. Excessive dosage (>0,5%) ще доведе до разслояване на отливката или загуба на здравина.
5. Функционални добавки: регулиране на стабилността на обема и специални свойства
(1) Разширяващ агент (кианит, силиманит): Функция: при висока температура (1100-1400 градуса), той се превръща в мулит, разширява се с 10%-15%, компенсира свиването на отливката и избягва напукване; дозировка: обикновено 3%-5%, прекомерната доза ще доведе до прекомерно разширяване на обема и генерира вътрешно напрежение;
(2) Анти{1}}агент за експлозия (метален алуминиев прах, добавено количество 0,1%-0,3%): - Функция: по време на процеса на нагряване (200-600 градуса), той бавно се окислява, за да генерира Al₂O₃, освобождава малко количество газ, освобождава свободната вода вътре в нискоциментови огнеупорни бетони и предотвратява спукването на структурата поради бързото изпаряване на вода при висока температура;
(3) Термичен шок стабилизатор (силициев карбид, силициев нитрид, добавено количество 5%-10%): Функция: Използва характеристиките на ниско разширение на силициев карбид (коефициент на топлинно разширение 4,5×10⁻⁶/градус) и силициев нитрид (коефициент на топлинно разширение 3,2×10⁻⁶/градус ), за да се намали топлинното напрежение на леярката и да се подобри стабилността при термичен шок (обикновено броят на термичните удари с водно охлаждане може да се увеличи от 10 пъти до повече от 20 пъти).
