Analiza deteriorării refractare în stâlpii jgheabului cuptorului de cocs de călire uscată indică faptul că îmbunătățirea rezistenței la încovoiere și a rezistenței la șocuri termice a materialelor refractare este o modalitate eficientă de a prelungi durata de viață a acestora. Introducerea fibrelor de oțel în materialele turnate cu carbură de siliciu mullit oferă întărire și duritate, prelungind astfel durata de viață a acestora. Tipul de liant este crucial pentru construcția și performanța materialelor turnate refractare. Acest articol examinează efectele a trei lianți-ciment de aluminat de calciu pur (Secar 71), sol de silice și pulbere de alumino-silicagel- asupra structurii și proprietăților materialelor turnate pentru a determina liantul adecvat.
Proprietăți fizice generale
După uscare la 110 de grade și tratament termic la 1000 de grade, proba lipită de ciment cu aluminat de calciu-a avut cea mai mică porozitate aparentă și cea mai mare densitate în vrac, ceea ce indică faptul că cimentul-a lipitturnabile din carbură de siliciuare cele mai bune proprietăți de curgere, facilitând formarea probei. Proba lipită de ciment de aluminat de calciu-a experimentat o deshidratare semnificativă la 850 de grade, ceea ce a dus la o porozitate aparentă crescută și o densitate în vrac scăzută. După tratamentul termic la 1000 de grade, proba s-a sinterizat și s-a micșorat, crescându-și densitatea.
Rezistența la încovoiere la temperatura camerei-și rezistența la compresiune a probelor cu diferiți lianți au crescut odată cu creșterea temperaturii de tratament termic. După uscare la 110 grade, proba legată cu ciment de aluminat de calciu a avut cea mai mare rezistență la încovoiere, la 7,5 MPa, în timp ce proba lipită cu pulbere de silicagel de alumină-a avut cea mai mică rezistență. Acest lucru indică faptul că reacția chimică dintre ciment și apă se solidifică și se întărește, rezultând cea mai mare rezistență, ceea ce este cel mai propice pentru siguranța construcției materialelor turnate refractare. După tratamentul termic la 850 de grade, rezistența la încovoiere la temperatura camerei a probelor cu cei trei lianți nu a diferit semnificativ. Proba legată cu ciment de aluminat de calciu a avut cea mai mare rezistență la compresiune la temperatura camerei{10}, la 53,6 MPa. După tratamentul termic la 1000 de grade, proba lipită cu ciment de aluminat de calciu a avut cea mai mare rezistență la încovoiere la temperatura camerei, la 14,3 MPa, în timp ce proba legată cu pulbere de silicagel de alumină a avut cea mai mare rezistență la compresiune la temperatura camerei, la 70,2 MPa. Acest lucru indică faptul că fazele de monoaluminat de calciu (CA), dialuminat de calciu (CA2) și dodecaluminat de calciu (C12A7) produse prin hidratarea cimentului de aluminat de calciu posedă o rezistență ridicată de aderență. Nano-Al2O3 și SiO2 din pulberea de alumino-silicagel reacționează pentru a forma o fază de legare cu mulită, care poate spori rezistența carburei de siliciu turnabile.
Distribuția mărimii porilor
După tratamentul termic la 1000 de grade, dimensiunea medie a porilor probelor legate cu ciment de aluminat de calciu (Grupa A) a fost de 0,23 μm, cu un diametru mediu de 0,74 μm. Distribuția mărimii porilor a fost cea mai concentrată (0,01 μm până la 2 μm). Probele legate cu sol de silice (Grupa B) au avut cea mai mică dimensiune medie a porilor, 0,13 μm, cu un diametru median de 0,40 μm și o distribuție mai largă a dimensiunii porilor (0,01 μm până la 4 μm). Probele legate cu pulbere de silicagel de alumino-(Grupa C) au avut cea mai mare dimensiune medie a porilor, 0,28 μm, cu un diametru mediu de 0,77 μm. Distribuția mărimii porilor a variat de la 0,01 μm la 6 μm, dar distribuția dimensiunii porilor a fost concentrată în intervalul de la 0,01 la 1 μm.
Rezistență la încovoiere la temperatură ridicată-
Proba legată de sol-de siliciu a avut cea mai mare rezistență la încovoiere-la temperatură ridicată, la 13,7 MPa. Probele de ciment-lipit și de pulbere de gel de siliciu-alumină-lipit au avut rezistențe la încovoiere la temperatură înaltă-mai scăzute, la 7,8 MPa și, respectiv, 8,3 MPa. Acest lucru se datorează faptului că nano-SiO2 din solul de silice formează o rețea de-oxigen de siliciu în cadrul probei și este foarte reactiv. La 1000 de grade , reacționează cu ușurință cu micropulberea activă de -Al2O3 pentru a forma o rețea de mulit, sporind rezistența probei. Pulberea de gel de silice de alumină-conține mai puțin SiO2, astfel încât rețeaua de mulită formată în eșantion la 1000 de grade nu este la fel de puternică ca cea a probei legate de sol-de silice, rezultând o rezistență la încovoiere la temperatură înaltă mai mică. Cimentul de aluminat de calciu conține o anumită cantitate de CaO, care reacționează ușor cu SiO2 și Al2O3 din material la temperaturi ridicate pentru a forma faze cu punct de topire scăzut--, cum ar fi 3CaO×Al2O3 și 2CaO×Al2O3×SiO2. Aceste faze devin apoi lichide la temperaturi ridicate, reducând rezistența la încovoiere la temperatură înaltă a probei{38}.
Stabilitate la șoc termic
Proba legată de sol-de silice a prezentat cea mai mare rezistență reziduală la încovoiere, la 7,8 MPa. Proba legată cu pulbere de silicagel de alumină-a prezentat cea mai mică rezistență reziduală la încovoiere, la 5,3 MPa. Proba lipită cu ciment de aluminat de calciu a prezentat atât rezistență reziduală la încovoiere ridicată, cât și retenție la încovoiere. Rezistența superioară la șocuri termice a probelor de ciment-legat cu aluminat de calciu și a probelor legate de sol-de siliciu se poate datora distribuției lor concentrate a dimensiunii porilor și, respectiv, structurii rețelei de oxigen-siliciu. În cadrul materialelor refractare multifazice eterogene, diferențele de coeficienți de dilatare termică dintre faze determină formarea a numeroase microfisuri în materialele turnate cu carbură de siliciu în timpul nepotrivirii de dilatare termică. Aceste microfisuri nu numai că absorb energia elastică de deformare, reducând forța motrice pentru creșterea fisurilor primare, dar și dispersează stresul concentrat la vârful fisurii, disipând energia necesară pentru propagarea fisurilor și îmbunătățind rezistența la șocul termic a materialului.
Rezistenta la uzura
Testele de abraziune au fost efectuate pe probe cu diferiți lianți după sinterizare la 1000 de grade. Rezultatele au arătat că probele de ciment aluminat-legat și de pulbere de gel de silice aluminat{-lipit-s-au prezentat mai puțină uzură, eșantionul de ciment de aluminat-lipit prezentând cea mai scăzută uzură, la 3,75 cm³, iar silice coloidal{{7}cu cea mai mare uzură, de 58 cm³, prezentând cea mai mare uzură. Pentru materialele refractare eterogene constând din agregat și matrice, uzura prin eroziune îndepărtează în mod obișnuit mai întâi matricea, lăsând particule proeminente, izolate, asemănătoare insulei{10}}, ca țintă principală de uzură. Aceste particule cad apoi, formând fisuri și dăunând și mai mult matricei înconjurătoare. Probele de ciment aluminat-lipit au prezentat o densitate mai mare, formând legături Si{{-O{{-Al între pulberea de SiO₂ și hidratul de ciment, rezultând o legătură strânsă a matricei și o rezistență mai bună la uzură. În probele legate de pulbere de silicagel de alumino{-gel-, nano-Al₂O₃ a reacționat cu SiO₂ pentru a forma o matrice de mulită, sporind rezistența la uzură. Probele de silice coloidal-legate au prezentat numeroase microfisuri în matrice, făcându-le mai puțin rezistente la uzura prin eroziune.
Analiza microstructurală
După tratamentul termic la 1000 de grade , specimenele lipite de ciment cu aluminat de calciu-au prezentat cea mai strânsă legătură între matrice și agregat, contribuind la densitatea, rezistența și rezistența la uzură a acestora. În plus, matricea conținea numeroase microfisuri, rezultând o distribuție concentrată a dimensiunii porilor și o rezistență excelentă la șocuri termice. Specimenele legate de sol-de silice au prezentat numeroase goluri și microfisuri, contribuind la porozitatea lor aparentă ridicată, la distribuția largă a dimensiunii porilor și la rezistența redusă la uzură. În plus, prezența unei structuri mari de rețea de oxigen de silice-a contribuit la rezistența lor ridicată la încovoiere-la temperatură ridicată și la rezistența excelentă la șocuri termice. Specimenele legate de alumină-pulbere de gel de silice-au prezentat o legătură mai bună între agregat și matrice, cu o rețea mare de mullit columnar în matrice, rezultând proprietăți mecanice superioare și rezistență la uzură.
