Kuivkarastava koksiahju renni sammaste tulekindlate kahjustuste analüüs näitab, et tulekindlate materjalide paindetugevuse ja termilise löögikindluse parandamine on tõhus viis nende kasutusea pikendamiseks. Teraskiudude lisamine mulliidist ränikarbiidist valatavatesse materjalidesse annab tugevduse ja sitkuse, pikendades seeläbi nende kasutusiga. Sideaine tüüp on tulekindlate valandite konstruktsiooni ja toimivuse seisukohalt ülioluline. Selles artiklis uuritakse kolme sideaine -puhta kaltsiumaluminaattsemendi (Secar 71), ränidioksiidi ja alumiinium-silikageelpulbri-mõju valatavate materjalide struktuurile ja omadustele, et määrata sobiv sideaine.
Üldised füüsikalised omadused
Pärast kuivatamist 110 kraadi juures ja kuumtöötlemist 1000 kraadi juures oli kaltsiumaluminaattsemendiga-seotud proovil väikseim näiv poorsus ja suurim puistetihedus, mis näitab, et tsement- on seotudränikarbiidist valandidon parimate voolavusomadustega, mis hõlbustab proovide moodustamist. Kaltsiumaluminaattsemendiga{1}}seotud proovis ilmnes 850 kraadi juures oluline dehüdratsioon, mille tulemuseks oli nähtava poorsuse suurenemine ja puistetiheduse vähenemine. Pärast kuumtöötlust 1000 kraadi juures proov paagutus ja kahanes, suurendades selle tihedust.
Erinevate sideainetega proovide toatemperatuuri -paindetugevus ja survetugevus suurenesid kuumtöötlemise temperatuuri tõustes. Pärast kuivatamist 110 kraadi juures oli kaltsiumaluminaattsemendiga seotud proovil suurim paindetugevus (7,5 MPa), samas kui alumiiniumoksiid-silikageelpulbriga seotud proovil oli madalaim tugevus. See näitab, et tsemendi ja vee vaheline keemiline reaktsioon tahkub ja kõveneb, mille tulemuseks on suurim tugevus, mis soodustab kõige paremini tulekindlate valumaterjalide ehitusohutust. Pärast kuumtöötlemist 850 kraadi juures ei erinenud kolme sideainega proovide ruumitemperatuuri -paindetugevus oluliselt. Kaltsiumaluminaattsemendiga seotud proovil oli suurim survetugevus toatemperatuuril{10}}53,6 MPa. Pärast kuumtöötlemist 1000 kraadi juures oli kaltsiumaluminaattsemendiga seotud proovil suurim toatemperatuuril paindetugevus (14,3 MPa), samal ajal kui alumiiniumoksiid-silikageelpulbriga seotud proovil oli suurim survetugevus toatemperatuuril (70,2 MPa). See näitab, et kaltsiummonoaluminaadi (CA), kaltsiumdialuminaadi (CA2) ja kaltsiumdodekaluminaadi (C12A7) faasid, mis on toodetud kaltsiumaluminaattsemendi hüdraatimisel, on suure sidumistugevusega. Alumino-silikageeli pulbris sisalduvad nano-Al2O3 ja SiO2 reageerivad, moodustades mulliidi sidumisfaasi, mis võib suurendada ränikarbiidist valatava materjali tugevust.
Pooride suuruse jaotus
Pärast kuumtöötlemist 1000 kraadi juures oli kaltsiumaluminaattsemendiga (rühm A) seotud proovide keskmine pooride suurus 0,23 μm, keskmise läbimõõduga 0,74 μm. Pooride suuruse jaotus oli kõige kontsentreeritum (0, 01 μm kuni 2 μm). Ränidioksiidi sooliga seotud proovidel (rühm B) oli väikseim keskmine pooride suurus, 0, 13 μm, keskmine läbimõõt 0, 40 μm ja pooride suuruse jaotus laiem (0, 01 μm kuni 4 μm). Alumino-silikageeli pulbriga (rühm C) seotud proovidel oli suurim keskmine pooride suurus, 0,28 μm, keskmise läbimõõduga 0,77 μm. Pooride suuruse jaotus oli vahemikus 0, 01 μm kuni 6 μm, kuid pooride suuruse jaotus oli kontsentreeritud vahemikus 0, 01 kuni 1 μm.
Kõrge{0}}temperatuuriline paindetugevus
Ränidioksiidsool{0}}seotud proovil oli kõrgeim-temperatuuri paindetugevus 13,7 MPa. Tsemendi- ja alumiiniumoksiid-silikageelpulbri-seotud proovide paindetugevus kõrgel-temperatuuril oli madalam, vastavalt 7,8 MPa ja 8,3 MPa. Selle põhjuseks on asjaolu, et ränidioksiidisoolis olev nano-SiO2 moodustab proovis räni-hapnikuvõrgu ja on väga reaktsioonivõimeline. 1000 kraadi juures reageerib see kergesti aktiivse -Al2O3 mikropulbriga, moodustades mulliidivõrgustiku, mis suurendab proovi tugevust. Alumiiniumoksiid-silikageelpulber sisaldab vähem SiO2, seega pole proovis 1000 kraadi juures moodustunud mulliidivõrgustik nii tugev kui ränidioksiidi sool{23}}seotud proovi oma, mille tulemuseks on madalam paindetugevus kõrgel{24}}temperatuuril. Kaltsiumaluminaattsement sisaldab teatud koguses CaO-d, mis reageerib kõrgel temperatuuril kergesti materjalis oleva SiO2 ja Al2O3-ga, moodustades madala -sulamistemperatuuriga-faase, nagu 3CaO×Al2O3 ja 2CaO×Al2O3×SiO2. Need faasid muutuvad seejärel kõrgel temperatuuril vedelaks, vähendades proovi kõrgel temperatuuril{38}}paindetugevust.
Termošoki stabiilsus
Ränidioksiidsool{0}}seotud proovil oli suurim jääkpaindetugevus, 7,8 MPa. Alumiiniumoksiid-silikageelpulbriga seotud proovil oli väikseim paindejääktugevus 5,3 MPa juures. Kaltsiumaluminaattsemendiga seotud proovil oli nii suur paindejääktugevus kui ka paindetugevuse säilimine. Kaltsiumaluminaattsemendi-- ja ränidioksiidi sool-seotud proovide kõrgem soojuslöögikindlus võib olla tingitud nende kontsentreeritud pooride suurusest jaotusest ja räni-hapnikuvõrgu struktuurist. Heterogeensetes mitmefaasilistes tulekindlates materjalides põhjustavad faasidevahelised soojuspaisumistegurite erinevused ränikarbiidist valatavates materjalides soojuspaisumise mittevastavuse ajal arvukate mikropragude moodustumist. Need mikropraod mitte ainult ei neela elastset deformatsioonienergiat, vähendades primaarsete pragude kasvu liikumapanevat jõudu, vaid hajutavad ka pragude otsas koondunud pingeid, hajutades pragude levimiseks vajaliku energia ja parandades materjali termilise šoki vastupidavust.
Kulumiskindlus
Kulumiskatsed viidi läbi erinevate sideainetega proovidel pärast paagutamist 1000 kraadi juures. Tulemused näitasid, et aluminaattsemendiga-seotud ja alumiinium-silikageelpulbri-seotud proovid kulusid vähem, kusjuures aluminaattsemendi-proovil oli kõige väiksem kulumine (3,75 cm³) ja kolloidse ränidioksiidi-prooviga oli suurim kulumine 5 cm³, 8 cm³. Täitematerjalist ja maatriksist koosnevate heterogeensete tulekindlate materjalide puhul eemaldab erosioonikulu tavaliselt esmalt maatriksi, jättes peamiseks kulumisobjektiks väljaulatuvad, eraldatud saarelaadsed osakesed. Need osakesed kukuvad seejärel maha, moodustades pragusid ja kahjustades veelgi ümbritsevat maatriksit. Aluminaattsemendiga-seotud proovide tihedus oli suurem, moodustades Si-O-Al sidemed SiO₂ pulbri ja tsementhüdraadi vahel, mille tulemuseks oli tihe maatriksi side ja parem kulumiskindlus. Alumiinium-silikageelpulbri-seotud proovides reageeris nano-Al₂O3 SiO₂-ga, moodustades mulliitmaatriksi, suurendades kulumiskindlust. Kolloidse ränidioksiidiga{21}}seotud proovide maatriksis oli palju mikropragusid, mis muutsid need erosioonikulumise suhtes vähem vastupidavaks.
Mikrostruktuuri analüüs
Pärast kuumtöötlemist 1000 kraadi juures näitasid kaltsiumaluminaattsemendiga{1}}seotud proovid maatriksi ja täitematerjali vahel kõige tihedamat sidet, mis aitas kaasa nende suuremale tihedusele, tugevusele ja kulumiskindlusele. Lisaks sisaldas maatriks arvukalt mikropragusid, mille tulemuseks oli kontsentreeritud pooride suuruse jaotus ja suurepärane soojuslöögikindlus. Ränidioksiidsool{4}}liimitud proovidel oli palju tühimikke ja mikropragusid, mis aitasid kaasa nende suurele nähtavale poorsusele, laiale pooride suuruse jaotusele ja halvale kulumiskindlusele. Veelgi enam, suure ränidioksiidi-hapnikuvõrgu struktuuri olemasolu aitas kaasa nende kõrgele-temperatuuri paindetugevusele ja suurepärasele termilise šoki vastupidavusele. Alumiiniumoksiid-silikageelpulbriga{10}}seotud proovid näitasid paremat sidet agregaadi ja maatriksi vahel, maatriksis oli suur sammaskujuline mulliidivõrgustik, mille tulemuseks on paremad mehaanilised omadused ja kulumiskindlus.
