Огнеупорните леярски материали с ниско съдържание на цимент се сравняват с традиционните огнеупорни леярски материали от алуминатен цимент. Количеството добавен цимент в традиционните огнеупорни леярски материали от алуминатен цимент обикновено е 12-20%, а количеството добавена вода е обикновено 9-13%. Поради голямото количество добавена вода, отливката има много пори, не е плътна и има ниска якост; поради голямото количество добавен цимент, въпреки че могат да се постигнат по-високи нормални и нискотемпературни якости, якостта намалява поради кристалната трансформация на калциевия алуминат при средни температури. Очевидно е, че въведеният CaO реагира със SiO2 и Al2O3 в отливката, за да генерира някои вещества с ниска точка на топене, което води до влошаване на високотемпературните свойства на материала.
Когато се използва технология с ултрафин прах, високоефективни добавки и научна градация на частиците, съдържанието на цимент в отливката се намалява до по-малко от 8%, а съдържанието на вода се намалява до ≤7%, което позволява приготвянето и довеждането на огнеупорна отливка с ниско съдържание на цимент. Съдържанието на CaO е ≤2,5%, а показателите за ефективност обикновено надвишават тези на огнеупорните отливки от алуминатен цимент. Този тип огнеупорна отливка има добра тиксотропия, т.е. смесеният материал има определена форма и започва да тече с малка външна сила. Когато външната сила се премахне, тя запазва получената форма. Следователно, тя се нарича още тиксотропна огнеупорна отливка. Самотечащата огнеупорна отливка се нарича още тиксотропна огнеупорна отливка. Принадлежи към тази категория. Точното значение на огнеупорните отливки с ниско съдържание на цимент все още не е дефинирано. Американското дружество за изпитване и материали (ASTM) определя и класифицира огнеупорните отливки въз основа на тяхното съдържание на CaO.
Плътността и високата якост са отличителните характеристики на огнеупорните бетони от серията нискоциментови. Това е добре за подобряване на експлоатационния живот и производителността на продукта, но също така създава проблеми с печенето преди употреба, т.е. лесно може да възникне изливане, ако не се внимава по време на печене. Феноменът на спукване на корпуса може да изисква поне повторно изливане или може да застраши личната безопасност на околните работници в тежки случаи. Поради това, различни страни са провели различни проучвания върху изпичането на огнеупорни бетони от серията нискоциментови. Основните технически мерки са: чрез формулиране на разумни криви на пещта и въвеждане на отлични противоексплозивни агенти и др., това може да направи огнеупорните бетони да се отстраняват гладко, без да причиняват други странични ефекти.
Технологията за ултрафини прахове е ключовата технология за огнеупорни отливки с ниско съдържание на цимент (в момента повечето ултрафини прахове, използвани в керамиката и огнеупорните материали, са с размер между 0,1 и 10 μm и функционират главно като ускорители на дисперсията и структурни уплътнители). Първата прави циментовите частици силно диспергирани без флокулация, докато втората запълва микропорите в изливаемото тяло напълно и подобрява якостта.
В момента често използваните видове ултрафини прахове включват SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 и др. Специфичната повърхност на микропраха SiO2 е около 20 m2/g, а размерът на частиците му е около 1/100 от размера на частиците на цимента, така че има добри запълващи свойства. Освен това, микропраховете SiO2, Al2O3, Cr2O3 и др. могат също да образуват колоидни частици във вода. Когато присъства диспергатор, върху повърхността на частиците се образува припокриващ се електрически двоен слой, който генерира електростатично отблъскване, преодолявайки силата на Ван дер Ваалс между частиците и намалявайки енергията на интерфейса. Това предотвратява адсорбцията и флокулацията между частиците; в същото време диспергаторът се адсорбира около частиците, за да образува слой от разтворител, което също увеличава течливостта на отливката. Това е и един от механизмите на ултрафин прах, т.е. добавянето на ултрафин прах и подходящи диспергатори може да намали консумацията на вода на огнеупорните отливки и да подобри течливостта.
Втвърдяването и стягането на огнеупорни бетони с ниско съдържание на цимент е резултат от комбинираното действие на хидратационното свързване и кохезионното свързване. Хидратацията и втвърдяването на калциево-алуминатния цимент са главно хидратация на хидравличните фази CA и CA2 и процес на кристален растеж на техните хидрати, т.е. те реагират с вода, за да образуват шестоъгълни люспести или игловидни CAH10, C2AH8 и други продукти от хидратацията, като кубични кристали C3AH6 и Al2O3аq гелове, след което образуват взаимосвързана кондензационно-кристализационна мрежова структура по време на процесите на втвърдяване и нагряване. Агломерацията и свързването се дължат на активния ултрафин прах SiO2, който образува колоидни частици при среща с вода и се среща с йоните, които бавно се дисоциират от добавената добавка (т.е. електролитно вещество). Тъй като повърхностните заряди на двете са противоположни, т.е. колоидната повърхност е адсорбирала противойони, причинявайки £2. Потенциалът намалява и кондензацията настъпва, когато адсорбцията достигне "изоелектричната точка". С други думи, когато електростатичното отблъскване на повърхността на колоидните частици е по-малко от привличането им, се получава кохезионно свързване с помощта на силата на ван дер Ваалс. След като огнеупорният материал, смесен със силициев прах, се кондензира, Si-OH групите, образувани на повърхността на SiO2, се изсушават и дехидратират, за да се свържат, образувайки силоксанова (Si-O-Si) мрежова структура, като по този начин се втвърдяват. В силоксановата мрежова структура връзките между силиция и кислорода не намаляват с повишаване на температурата, така че якостта също продължава да се увеличава. В същото време, при високи температури, мрежовата структура на SiO2 ще реагира с обвития в нея Al2O3, за да образува мулит, което може да подобри якостта при средни и високи температури.
Време на публикуване: 28 февруари 2024 г.
