I. Forberedelsesprincipper for lave cementstøbegods
Udarbejdelsen aflavt cement ildfaste støbegodsbør tage "reducering af cementindhold, optimering af mikrostruktur og forbedring af høj-temperaturydelse" som kernemål og nøje følge følgende fire principper for at sikre, at det har både bearbejdelighed og servicestabilitet:
1. Partikelklassificeringsoptimeringsprincip
Partikelklassificering er grundlaget for bestemmelse af støbegodss rumvægt, porøsitet og styrke. Det skal følge den "tætteste pakningsteori" og normalt vedtage et tre-niveau eller fire-niveau karakteriseringsdesign:
1) Groft tilslag (5-15 mm): tegner sig for 30%-45%, spiller hovedsageligt en skeletstøttende rolle, og råmaterialer med god kemisk stabilitet og lav termisk udvidelseskoefficient (såsom bauxit med højt aluminiumoxidindhold, korund) skal vælges for at undgå strukturelle revner på grund af volumenændringer ved høje temperaturer;
2) Medium tilslag (1-5 mm): tegner sig for 20%-30%, udfylder hullerne mellem grove tilslag, forbedrer materialets fluiditet og skal matche sammensætningen af grove tilslag for at reducere grænsefladereaktioner;
3) Fint pulver (0,074-1 mm): tegner sig for 15%-25%, hvilket yderligere udfylder hullerne mellem tilslag og forbedrer tætheden. Partikelstørrelsen af fint pulver skal kontrolleres inden for et rimeligt område. For groft pulver vil let føre til løs stabling, mens for fint pulver vil øge vandbehovet;
4) Mikropulver (<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. Princip for præcis kontrol af cementdosering
Cementdoseringen (hovedsageligt aluminatcement) af ildfaste støbegods med lavt cementindhold er normalt mindre end eller lig med 8 % (massefraktion). Der skal findes en balance mellem "reduktion af dosis" og "sikring af konstruktion og tidlig styrke":
(1) Minimum effektiv dosering: Bestem cementdoseringen i henhold til formålet med støbemidlet (f.eks.. 5%-7% for høj-ovnbeklædning, 7%-8% for lav-temperaturrørledninger), undgå overdreven dosering, der vil resultere i dannelsen af CA2, f.eks. høje temperaturer, hvilket vil reducere ildfasthed;
(2) Synergi med mikropulver: Gennem puzzolanreaktionen af silicarøg og aluminiumoxidmikropulver kombineres de med cementhydreringsprodukter (f.eks. CAH10, C2AH8) for at danne stabil C-A-S-H-gel eller søjleformede CA6-krystaller, hvilket kompenserer for reduktionen i cementering af styrke.
3. Princip for balance mellem vandbehov og fluiditet
Vandbehovet påvirker direkte tætheden, porøsiteten og bearbejdeligheden af støbegods og skal kontrolleres inden for det laveste rimelige område (normalt 5%-8%):
(1) Reducer vandbehovet: Ved at tilføje høj-vandreducerende midler (såsom polycarboxylsyrer og naphthalenserier), reduceres tiltrækningen mellem partikler, høj fluiditet opnås ved lavt vandindhold, og dannelsen af gennemgående porer efter overdreven vandfordampning undgås;
(2) Fluiditetstilpasning: Juster fluiditeten i henhold til konstruktionsmetoden (såsom pumpning og vibration). Udvidelsen af pumpede materialer skal være større end eller lig med 250 mm, og ekspansionen af vibrerede materialer skal være større end eller lig med 200 mm. Undgå samtidig overdreven flow, der forårsager aggregeret lagdeling.
4. Principper for volumenstabilitetskontrol
Lavt ildfaste støbegods af cement er tilbøjelige til volumenændringer under opvarmning på grund af faseændring og nedbrydning af hydratiseringsprodukter. Dette kræver råmaterialevalg og additivkontrol:
(1) Råmaterialeudvidelseskompensation: Tilsæt en passende mængde ekspansionsmiddel (såsom kyanit og sillimanit, som omdannes til mullit ved høj temperatur og udvider sig med 10%-15%) for at udligne krympningen forårsaget af nedbrydning af cementhydratiseringsprodukter (såsom CAH10, der nedbrydes til C2AH-20 ved en volumen på ca. 0 grader,hr. 10%);
(2) Mikrostrukturoptimering: Gennem mikropulverfyldning og krystalretningsvækst (såsom CA6 søjleformet krystalsammenvævning) reduceres den løse struktur under opvarmning, og volumenstabiliteten forbedres. Det kræves normalt, at den lineære ændringshastighed efter affyring ved 1100 grader kontrolleres inden for ±0,5 %.
2. Nøgleråmaterialer, der påvirker ydeevnen af lave cementstøbegods
Ydeevnen af lav-cementstøbegods (ildfast, styrke, termisk stødstabilitet og korrosionsbestandighed) bestemmes af råmaterialernes kemiske sammensætning, mineralske struktur og partikelstørrelsesfordeling. Kerneråvarerne kan opdeles i fem kategorier:
1. Ildfast tilslag: bestemmer støbematerialets ildfaste fundament og skeletstyrke.
Ildfast tilslag står for 60 %-75 % og er "skelettet" af støbegodset. Dens ydeevne bestemmer direkte støbematerialets ildfasthed og højtemperaturbæreevne:
(1) Høj-aluminiumoxidtilslag (Al₂O₃ Større end eller lig med 70%) Sammensætning og ydeevne: Hovedkomponenter er korund og mullit, ildfasthed Større end eller lig med 1770 grader, trykstyrke ved stuetemperatur Større end eller lig med 100MPa, trykstyrke ved høj temperatur (1400 grader) eller høj temperatur (1400 grader) 50 MPa; Anvendelige scenarier: Foringer af mellem- og højtemperaturovne (såsom cementroterovnsbrændingszone, metallurgisk varmeovn), det er nødvendigt at undgå for store urenheder (såsom Fe₂O₃, TiO₂) for at forhindre dannelsen af lavsmeltepunktsfaser (såsom FeO·Al₂O-grader);
(2) Korundtilslag (Al₂O₃ Større end eller lig med 90%): Sammensætning og ydeevne: Hovedsageligt -korund, tæt struktur, ildfasthed Større end eller lig med 1850 grader, korrosionsbestandighed (såsom modstand mod smeltet stål og slaggekorrosion) er bedre end høj-; Gældende scenarier: Miljøer med ultra-høj temperatur (såsom jerntruget i stålhøjovne og ikke--jernholdige metalsmelteovne), det er nødvendigt at kontrollere aggregatets partikelstørrelsesfordeling for at undgå overdreven groft tilslag, der forårsager et fald i termisk stødstabilitet.
2. Ildfast mikropulver: Kernemikropulveret for at opnå "lav cement" og ydeevne
forbedring tegner sig for 5%-15%, hvilket er nøglen til at skelne lavt cement ildfaste støbegods fra almindelige støbegods. Det omfatter hovedsageligt:
(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 %) vil øge efterspørgslen efter vand og skal bruges med vandreduktion;
(2) Silicarøg (SiO₂ Større end eller lig med 90 %, D50=0.1-0.5μm): Virkningsmekanisme: Det har høj puzzolanaktivitet og reagerer med Ca(OH)₂ produceret ved cementhydrering for at danne C-S-H gel, hvilket forbedrer tidlig styrke. Dets sfæriske partikler kan reducere indre friktion i materialet og forbedre flydende. Forholdsregler: Mængden af brugt silica-røg skal kontrolleres (normalt 3 %-8 %). Overdreven brug vil medføre, at støbemidlet danner en stor mængde lav-smeltende-glas (såsom CaO-SiO₂-Al₂O₃ glas, smeltepunkt<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Bindemiddel: Nøglen til at sikre bearbejdelighed og styrkeudvikling.
Bindemidlet til lav-cementstøbegods er hovedsageligt aluminatcement, suppleret med kemisk binding af fint pulver. Dens ydeevne påvirker hærdningstiden og styrken af støbematerialet:
(1) Aluminatcement (CA-50, CA-70): Sammensætning og egenskaber: CA-50 indeholder 50%-60% CA (monocalciumaluminat), har en moderat hærdningstid (initialindstilling Større end eller lig med 45min, slutindstilling Mindre end eller lig med 10 timer) og høj tidlig styrke (1d2 mere end 0 MP) eller høj trykstyrke (1d2 mere end 0 MP); CA-70 indeholder mere end eller lig med 70 % CA, har højere tidlig styrke, men sætter sig hurtigere og skal bruges med en retarder; Ydeevnepåvirkning: CaO-indholdet i cement påvirker direkte ildfastheden. For hver 1% stigning i CaO falder ildfastheden med omkring 15-20 grader. Derfor bør cement med et lavt CaO-indhold (CA-70 CaO Mindre end eller lig med 22%) vælges;
(2) Hærdningshæmmere/acceleratorer: Hærdningshæmmere (såsom citronsyre og vinsyre, tilsat med 0,05 %-0,2 %) forlænger hærdningstiden og er velegnede til lang-transport eller stor-ophældning. Indstillingsacceleratorer (såsom Li₂CO₃ og CaCl₂, tilsat ved 0,01%-0,05%) forkorter hærdetiden og er velegnede til byggemiljøer med lav temperatur (såsom vinterbyggeri). Overdreven brug bør dog undgås, da det kan reducere styrken.
4. Vandreduktionsmiddel: Kernetilsætningsstoffet til at afbalancere vandbehov og fluiditet
Vandreduktion er nøglen til at opnå "lavt vand og høj flow" i lavt cement ildfaste støbegods. Tilsætningsmængden er normalt 0,1%-0,5%:
(1) Polycarboxylsyre-vandreduktion: Fordele: Høj vandreduktionshastighed (op til 30%-40%), god tilbageholdelse af slump (tab af ekspansion inden for 1 time Mindre end eller lig med 20 mm), god kompatibilitet med aluminatcement og vil ikke forårsage overdreven retardering; Ydeevnepåvirkning: Det kan reducere vandbehovet med 2-3 procentpoint, øge trykstyrken af støbegodset efter brænding ved 1100 grader med 15%-20% og reducere den tilsyneladende porøsitet med 3-5 procentpoint;
(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%) vil få støbematerialet til at delaminere eller miste styrke.
5. Funktionelle additiver: regulerende volumenstabilitet og specielle egenskaber
(1) Ekspansionsmiddel (kyanit, sillimanit): Funktion: ved høj temperatur (1100-1400 grader) omdannes det til mullit, udvider sig med 10% -15%, opvejer krympningen af støbematerialet og undgår revner; dosering: sædvanligvis 3%-5%, overdreven dosering vil føre til overdreven volumenudvidelse og generere intern stress;
(2) Anti-eksplosionsmiddel (metallisk aluminiumspulver, tilsætningsmængde 0,1%-0,3%): - Funktion: under opvarmningsprocessen (200-600 grader) oxiderer det langsomt for at generere Al₂O₃, frigiver en lille mængde gas, udleder det frie vand inde i den lave cementrefraktator, og undgår hurtige cementrefraktorer, der brænder ned. fordampning af vand ved høj temperatur;
(3) Termisk stødstabilisator (siliciumcarbid, siliciumnitrid, tilsat mængde 5%-10%): Funktion: Udnyt de lave ekspansionskarakteristika for siliciumcarbid (termisk udvidelseskoefficient 4,5×10⁻⁶/grad) og siliciumnitrid (termisk udvidelseskoefficient ⁶r 3.2 grader) af støbegodset og forbedre den termiske stødstabilitet (normalt kan antallet af vandkølede termiske stød øges fra 10 gange til mere end 20 gange).
