Анализът на огнеупорните повреди в улеите на коксовата пещ със сухо охлаждане показва, че подобряването на якостта на огъване и устойчивостта на термичен удар на огнеупорните материали е ефективен начин за удължаване на техния експлоатационен живот. Въвеждането на стоманени влакна в отливки от мулит от силициев карбид осигурява армировка и издръжливост, като по този начин удължава техния експлоатационен живот. Видът на свързващото вещество е от решаващо значение за конструкцията и работата на огнеупорните бетонни конструкции. Тази статия разглежда ефектите на три свързващи вещества-чист калциев алуминатен цимент (Secar 71), силициев зол и алумино-силикагел на прах-върху структурата и свойствата на отливките, за да се определи подходящото свързващо вещество.
Общи физични свойства
След изсушаване при 110 градуса и термична обработка при 1000 градуса, свързаната с калциев алуминатен цимент-проба имаше най-ниската видима порьозност и най-високата обемна плътност, което показва, че циментът-свързваотливки от силициев карбидима най-добри свойства на течливост, улеснявайки формирането на проби. Свързаната с калциев алуминатен цимент -проба претърпя значителна дехидратация при 850 градуса, което доведе до увеличена видима порьозност и намалена обемна плътност. След термична обработка при 1000 градуса, пробата се синтерува и се свива, увеличавайки плътността си.
Якостта на огъване при стайна{0}}температура и якостта на натиск на пробите с различни свързващи вещества се увеличават с повишаване на температурата на топлинна обработка. След изсушаване при 110 градуса, пробата, свързана с калциев алуминатен цимент, има най-висока якост на огъване, при 7,5 MPa, докато пробата, свързана с прах от алуминиев -силикагел, има най-ниска якост. Това показва, че химическата реакция между цимент и вода се втвърдява и втвърдява, което води до най-висока якост, която е най-благоприятна за безопасността на конструкцията на огнеупорни леярски конструкции. След термична обработка при 850 градуса, якостта на огъване при стайна-температура на пробите с трите свързващи вещества не се различава значително. Пробата, свързана с калциево-алуминатен цимент, има най-високата якост на натиск при стайна{10}}температура при 53,6 MPa. След термична обработка при 1000 градуса, пробата, свързана с калциев алуминатен цимент, има най-високата якост на огъване при стайна-температура, при 14,3 MPa, докато пробата, свързана с алуминиев -силикагел на прах, има най-високата якост на натиск при стайна-температура, при 70,2 MPa. Това показва, че фазите на калциевия моноалуминат (CA), калциевия диалуминат (CA2) и калциевия додекалуминат (C12A7), получени чрез хидратирането на цимент с калциев алуминат, притежават висока якост на свързване. Нано-Al2O3 и SiO2 в алумино-силикагелния прах реагират, за да образуват мулитна свързваща фаза, която може да подобри здравината на отливката от силициев карбид.
Разпределение на размера на порите
След термична обработка при 1000 градуса, средният размер на порите на пробите, свързани с калциев алуминатен цимент (група А), е 0,23 μm, със среден диаметър от 0,74 μm. Разпределението на размера на порите беше най-концентрирано (0,01 μm до 2 μm). Пробите, свързани със силициев зол (група B), имат най-малкия среден размер на порите, 0,13 μm, със среден диаметър от 0,40 μm и по-широко разпределение на размера на порите (0,01 μm до 4 μm). Пробите, свързани с прах от алумино-силикагел (група C) имат най-големия среден размер на порите, 0,28 μm, със среден диаметър от 0,77 μm. Разпределението на размера на порите варира от 0.01 μm до 6 μm, но разпределението на размера на порите е концентрирано в диапазона от 0.01 до 1 μm.
Якост на огъване при висока-температура
Пробата, свързана-с силициев диоксид, има най-високата якост на огъване при висока{1}}температура при 13,7 MPa. Пробите, свързани с -цимент и алуминиев -силикагел на прах-, имат по-ниска якост на огъване при висока{7}}температура, съответно при 7,8 MPa и 8,3 MPa. Това е така, защото нано-SiO2 в силициевия зол образува силициева-кислородна мрежа в пробата и е силно реактивен. При 1000 градуса той лесно реагира с активния -Al2O3 микропрах, за да образува мулитна мрежа, повишавайки здравината на пробата. Прахът от алуминиев -силикагел съдържа по-малко SiO2, така че мрежата от мулит, образувана в пробата при 1000 градуса, не е толкова здрава, колкото тази на пробата, свързана със силициев зол-, което води до по-ниска якост на огъване при висока{24}}температура. Калциевият алуминатен цимент съдържа известно количество CaO, което лесно реагира със SiO2 и Al2O3 в материала при високи температури, за да образува фази с ниска -точка на топене- като 3CaO×Al2O3 и 2CaO×Al2O3×SiO2. След това тези фази стават течни при високи температури, намалявайки якостта на пробата при висока-температура на огъване.
Устойчивост на термичен удар
Пробата, свързана със силициев зол-, показва най-високата остатъчна якост на огъване при 7,8 МРа. Пробата, свързана с прах от алуминиев -силикагел, показва най-ниската остатъчна якост на огъване при 5,3 MPa. Пробата, свързана с калциево-алуминатен цимент, показва както висока остатъчна якост на огъване, така и запазване на якостта на огъване. Превъзходната устойчивост на термичен удар на пробите, свързани с-калциев алуминат цимент-и силициев зол-свързани, може да се дължи съответно на тяхното концентрирано разпределение на размера на порите и структурата на силициева-кислородна мрежа. В хетерогенните многофазни огнеупорни материали разликите в коефициентите на термично разширение между фазите причиняват образуването на множество микропукнатини в отливките от силициев карбид по време на несъответствието на термичното разширение. Тези микропукнатини не само абсорбират енергията на еластичната деформация, намалявайки движещата сила за първичния растеж на пукнатината, но също така разпръскват напрежението, концентрирано във върха на пукнатината, разсейвайки енергията, необходима за разпространението на пукнатината и подобрявайки устойчивостта на термичен удар на материала.
Устойчивост на износване
Тестовете за абразия бяха проведени върху проби с различни свързващи вещества след синтероване при 1000 градуса. Резултатите показаха, че пробите, свързани с алуминатен цимент-и алумино-силикагел на прах-, показват по-малко износване, като пробата, свързана с алуминатен цимент-, показва най-ниско износване, при 3,75 cm³, а пробата, свързана с колоиден силициев диоксид,-проявява най-голямо износване, при 7,58 cm³. За хетерогенни огнеупорни материали, състоящи се от агрегат и матрица, ерозионното износване обикновено първо премахва матрицата, оставяйки изпъкнали, изолирани остров{10}}подобни частици като основна цел за износване. След това тези частици падат, образувайки пукнатини и допълнително увреждайки околната матрица. Пробите, свързани с алуминатен цимент-, показват по-висока плътност, образувайки Si-O-Al връзки между SiO₂ праха и циментовия хидрат, което води до плътна матрична връзка и по-добра устойчивост на износване. В пробите от алумино-силикагел на прах-, нано-Al₂O₃ реагира със SiO₂, за да образува мулитова матрица, повишавайки устойчивостта на износване. Пробите, свързани с-колоидния силициев диоксид, показват многобройни микропукнатини в матрицата, което ги прави по-малко устойчиви на ерозионно износване.
Микроструктурен анализ
След термична обработка при 1000 градуса, свързаните с калциев алуминатен цимент-проби показаха най-здравата връзка между матрицата и агрегата, което допринася за тяхната по-висока плътност, здравина и устойчивост на износване. Освен това, матрицата съдържа множество микропукнатини, което води до концентрирано разпределение на размера на порите и отлична устойчивост на термичен шок. Образците, свързани със силициев зол -, показват множество кухини и микропукнатини, допринасящи за тяхната висока видима порьозност, широко разпределение на размера на порите и ниска устойчивост на износване. Освен това наличието на голяма силициева -кислородна мрежова структура допринесе за тяхната висока -температурна якост на огъване и отлична устойчивост на термичен шок. Образците, свързани с алуминиев -силикагел прах-, показват по-добра връзка между агрегата и матрицата, с голяма колонна мулитна мрежа в матрицата, което води до превъзходни механични свойства и устойчивост на износване.
