Sauso gesinimo kokso krosnies latako stulpų ugniai atsparių medžiagų pažeidimų analizė rodo, kad ugniai atsparių medžiagų stiprumo lenkimui ir atsparumo šiluminiam smūgiui gerinimas yra veiksmingas būdas prailginti jų tarnavimo laiką. Plieninio pluošto įdėjimas į mullito silicio karbido liejinius suteikia sutvirtinimo ir tvirtumo, taip prailgindamas jų tarnavimo laiką. Rišiklio tipas yra labai svarbus ugniai atsparių liejinių konstrukcijai ir veikimui. Šiame straipsnyje nagrinėjamas trijų rišamųjų medžiagų -gryno kalcio aliuminato cemento (Secar 71), silicio dioksido zolio ir aliuminio-silikagelio miltelių- poveikis liejamų medžiagų struktūrai ir savybėms, siekiant nustatyti tinkamą rišiklį.
Bendrosios fizinės savybės
Po džiovinimo 110 laipsnių ir terminio apdorojimo 1000 laipsnių temperatūroje kalcio aliuminato cemento -sujungtas mėginys turėjo mažiausią matomą poringumą ir didžiausią tūrinį tankį, o tai rodo, kad cementas -sujungtassilicio karbido liejiniaituri geriausias tekėjimo savybes, palengvina mėginių formavimą. Kalcio aliuminato cementu{1}}surištas mėginys smarkiai išsausėjo 850 laipsnių kampu, todėl padidėjo tariamasis poringumas ir sumažėjo tūrinis tankis. Po terminio apdorojimo 1000 laipsnių temperatūroje mėginys sukepino ir susitraukė, padidindamas jo tankį.
Pavyzdžių su skirtingais rišikliais atsparumas lenkimui ir gniuždymo stipris kambario temperatūroje{0}} padidėjo didėjant terminio apdorojimo temperatūrai. Po džiovinimo 110 laipsnių temperatūroje kalcio aliuminato cementu suklijuotas mėginys turėjo didžiausią atsparumą lenkimui, esant 7,5 MPa, o mėginio, surišto aliuminio oksido-silikagelio milteliais, stiprumas buvo mažiausias. Tai rodo, kad cheminė reakcija tarp cemento ir vandens kietėja ir sukietėja, todėl gaunamas didžiausias stiprumas, kuris labiausiai prisideda prie ugniai atsparių liejinių konstrukcijos saugumo. Po terminio apdorojimo 850 laipsnių kampu, mėginių su trimis rišikliais stiprumas kambario temperatūroje lenkimo stiprumas reikšmingai nesiskyrė. Kalcio aliuminato cementu suklijuoto mėginio gniuždymo stipris kambario temperatūroje buvo didžiausias – 53,6 MPa. Po terminio apdorojimo 1000 laipsnių temperatūroje mėginio, suklijuoto su kalcio aliuminato cementu, lenkimo stipris kambario temperatūroje buvo didžiausias – 14,3 MPa, o mėginio, sujungto su aliuminio oksido-silikagelio milteliais, gniuždymo stipris kambario temperatūroje buvo didžiausias – 70,2 MPa. Tai rodo, kad kalcio monoaliuminato (CA), kalcio dialiuminato (CA2) ir kalcio dodekaliuminato (C12A7) fazės, gautos hidratuojant kalcio aliuminato cementą, turi didelį sukibimo stiprumą. Aliuminio-silikagelio milteliuose esantys nano-Al2O3 ir SiO2 reaguoja sudarydami mullito surišimo fazę, kuri gali sustiprinti silicio karbido liejamą medžiagą.
Porų dydžio pasiskirstymas
Po terminio apdorojimo 1000 laipsnių temperatūroje, vidutinis mėginių, surištų su kalcio aliuminato cementu (A grupė), porų dydis buvo 0,23 μm, o vidutinis skersmuo – 0,74 μm. Porų dydžio pasiskirstymas buvo labiausiai koncentruotas (nuo 0, 01 μm iki 2 μm). Mėginiai, sujungti su silicio dioksido zoliu (B grupė), turėjo mažiausią vidutinį porų dydį – 0,13 μm, vidutinis skersmuo – 0,40 μm, o porų dydžio pasiskirstymas buvo platesnis (nuo 0,01 μm iki 4 μm). Mėginių, sujungtų su aliuminio-silikagelio milteliais (C grupė), vidutinis porų dydis buvo didžiausias – 0,28 μm, o vidutinis skersmuo – 0,77 μm. Porų dydžio pasiskirstymas svyravo nuo 0, 01 μm iki 6 μm, tačiau porų dydžio pasiskirstymas buvo koncentruotas nuo 0, 01 iki 1 μm.
Aukštos{0}}temperatūrinės lenkimo stiprumas
Silicio dioksido sol{0}}surištas mėginys turėjo didžiausią lenkimo stiprumą aukštoje-temperatūroje – 13,7 MPa. Cemento- ir aliuminio oksido -silikagelio miltelių- mėginių lenkimo stipris aukštoje -temperatūroje buvo atitinkamai 7,8 MPa ir 8,3 MPa. Taip yra todėl, kad silicio dioksido zolyje esantis nano-SiO2 sudaro silicio-deguonies tinklą mėginyje ir yra labai reaktyvus. 1000 laipsnių temperatūroje jis lengvai reaguoja su aktyviais -Al2O3 mikromilteliais, sudarydamas mullito tinklą, padidinantį mėginio stiprumą. Aliuminio -silikagelio milteliuose yra mažiau SiO2, todėl 1000 laipsnių kampu pavyzdyje susidaręs mulito tinklas nėra toks stiprus, kaip silicio dioksido -sujungto mėginio, todėl aukštoje{24}}temperatūroje lenkiamasis stiprumas yra mažesnis. Kalcio aliuminatiniame cemente yra tam tikras kiekis CaO, kuris aukštoje temperatūroje lengvai reaguoja su medžiagoje esančiu SiO2 ir Al2O3, sudarydamas žemos -lydymosi- fazės, pvz., 3CaO×Al2O3 ir 2CaO×Al2O3×SiO2. Tada šios fazės aukštoje temperatūroje tampa skystos, todėl mažėja mėginio atsparumas lenkimui aukštoje{38}}temperatūroje.
Šiluminio smūgio stabilumas
Silicio dioksido sol{0}}sujungtas mėginys pasižymėjo didžiausiu liekamuoju lenkimo stipriu – 7,8 MPa. Aliuminio oksido-silikagelio milteliais suklijuoto mėginio liekamasis lenkimo stiprumas buvo mažiausias – esant 5,3 MPa. Mėginys, sujungtas su kalcio aliuminato cementu, pasižymėjo dideliu liekamuoju lenkimo stipriu ir lenkimo stiprio išlaikymu. Didesnis kalcio aliuminato cemento -sujungimo ir silicio dioksido- surištų mėginių atsparumas šiluminiam smūgiui gali būti atitinkamai dėl jų koncentruoto porų dydžio pasiskirstymo ir silicio -deguonies tinklo struktūros. Heterogeninėse daugiafazėse ugniai atspariose medžiagose dėl šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumų tarp fazių silicio karbido liejiniuose susidaro daug mikroįtrūkimų, kai šiluminis plėtimasis nesutampa. Šie mikroįtrūkimai ne tik sugeria elastinę deformacijos energiją, sumažindami pirminio plyšio augimo varomąją jėgą, bet ir išsklaido įtrūkimo viršūnėje susikaupusią įtampą, išsklaidydami energiją, reikalingą įtrūkimui plisti ir pagerindami medžiagos atsparumą šiluminiam smūgiui.
Atsparumas dilimui
Abrazyviniai bandymai atlikti bandiniams su skirtingais rišikliais po sukepinimo 1000 laipsnių kampu. Rezultatai parodė, kad aliuminatinio cemento -surišti ir aliuminio-silikagelio milteliai-surišti mėginiai dėvėjosi mažiau, o aliuminatinio cemento-pavyzdys nusidėvėjo mažiausiai – 3,75 cm³, o koloidinis silicio dioksidas- susidėvėjo daugiausiai – 8 cm³. Heterogeninėms ugniai atsparioms medžiagoms, sudarytoms iš užpildo ir matricos, dėl erozijos susidėvėjimo paprastai pirmiausia pašalinama matrica, todėl išsikišusios, izoliuotos{10}}salelės tipo dalelės yra pagrindinis susidėvėjimo objektas. Tada šios dalelės nukrenta, susidaro įtrūkimai ir dar labiau pažeidžiama aplinkinė matrica. Aliuminato cemento -sujungimo pavyzdžiai pasižymėjo didesniu tankiu, susidarė Si-O-Al ryšiai tarp SiO₂ miltelių ir cemento hidrato, todėl buvo tvirtas matricos ryšys ir didesnis atsparumas dilimui. Aliuminio-silikagelio miltelių-sujungtuose mėginiuose nano-Al₂O3 reagavo su SiO₂, sudarydamas mullito matricą, padidindamas atsparumą dilimui. Su koloidiniu silicio dioksidu{21}}surištuose mėginiuose matricoje buvo daug mikroįtrūkimų, todėl jie buvo mažiau atsparūs erozijai.
Mikrostruktūrinė analizė
Po terminio apdorojimo 1000 laipsnių temperatūroje kalcio aliuminato cemento -surišti bandiniai parodė tvirčiausią ryšį tarp matricos ir užpildo, o tai padidino jų tankį, stiprumą ir atsparumą dilimui. Be to, matricoje buvo daug mikroįtrūkimų, dėl kurių buvo koncentruotas porų dydžio pasiskirstymas ir puikus atsparumas šiluminiam smūgiui. Silicio dioksido -soliu klijuotuose bandiniuose buvo daug tuštumų ir mikroįtrūkimų, dėl kurių jie buvo labai poringi, platus porų dydžio pasiskirstymas ir prastas atsparumas dilimui. Be to, didelė silicio dioksido{6}}deguonies tinklo struktūra prisidėjo prie jų didelio stiprio lenkimo aukštoje -temperatūroje ir puikaus atsparumo šiluminiam smūgiui. Aliuminio oksido -silikagelio milteliais{10}}surišti bandiniai parodė geresnį užpildo ir matricos ryšį, o matricoje buvo didelis stulpelio formos mullito tinklas, todėl buvo puikios mechaninės savybės ir atsparumas dilimui.
