Vatrostalni ljevaonici s niskim udjelom cementa uspoređuju se s tradicionalnim vatrostalnim ljevaonicama od aluminatnog cementa. Količina dodatka cementa u tradicionalnim vatrostalnim ljevaonicama od aluminatnog cementa obično je 12-20%, a količina dodatka vode općenito je 9-13%. Zbog velike količine dodane vode, odljevak ima mnogo pora, nije gust i ima nisku čvrstoću; zbog velike količine dodanog cementa, iako se mogu postići veće čvrstoće na normalnim i niskim temperaturama, čvrstoća se smanjuje zbog kristalne transformacije kalcijevog aluminata na srednjim temperaturama. Očito je da uvedeni CaO reagira sa SiO2 i Al2O3 u ljevaonici stvarajući neke tvari s niskim talištem, što rezultira pogoršanjem svojstava materijala na visokim temperaturama.
Kada se koristi tehnologija ultrafinog praha, visokoučinkoviti dodaci i znanstvena gradacija čestica, sadržaj cementa u ljevaonici se smanjuje na manje od 8%, a sadržaj vode na ≤7%, te se može pripremiti i dovesti do vatrostalnog ljevaonica s niskim udjelom cementa. Sadržaj CaO je ≤2,5%, a njegovi pokazatelji učinkovitosti općenito premašuju one kod vatrostalnih ljevaonica od aluminatnog cementa. Ova vrsta vatrostalnog ljevaonice ima dobru tiksotropiju, odnosno miješani materijal ima određeni oblik i počinje teći uz malu vanjsku silu. Kada se vanjska sila ukloni, zadržava dobiveni oblik. Stoga se naziva i tiksotropna vatrostalna ljevaonica. Samotekuća vatrostalna ljevaonica naziva se i tiksotropna vatrostalna ljevaonica. Pripada ovoj kategoriji. Točno značenje vatrostalnih ljevaonica s niskim udjelom cementa još nije definirano. Američko društvo za ispitivanje i materijale (ASTM) definira i klasificira vatrostalne ljevaonice na temelju njihovog sadržaja CaO.
Gusta i visoka čvrstoća izvanredne su karakteristike vatrostalnih betona s niskim udjelom cementa. To je dobro za poboljšanje vijeka trajanja i performansi proizvoda, ali također uzrokuje probleme s pečenjem prije upotrebe, odnosno lako se može dogoditi izlijevanje ako se tijekom pečenja ne pazi. Pojava pucanja tijela može zahtijevati ponovno izlijevanje ili u težim slučajevima može ugroziti osobnu sigurnost okolnih radnika. Stoga su razne zemlje provele razne studije o pečenju vatrostalnih betona s niskim udjelom cementa. Glavne tehničke mjere su: formuliranjem razumnih krivulja peći i uvođenjem izvrsnih sredstava protiv eksplozije itd., to može učiniti da se voda iz vatrostalnih betona glatko uklanja bez uzrokovanja drugih nuspojava.
Tehnologija ultrafinog praha ključna je tehnologija za vatrostalne ljevaonice s niskim udjelom cementa (trenutno je većina ultrafinog praha koji se koristi u keramici i vatrostalnim materijalima zapravo veličine između 0,1 i 10 μm, a uglavnom funkcionira kao akceleratori disperzije i strukturni zgušnjivači. Prvi čini čestice cementa visoko dispergiranima bez flokulacije, dok drugi čini mikropore u tijelu za izlijevanje potpuno ispunjenima i poboljšava čvrstoću).
Trenutno uobičajeno korištene vrste ultrafinih prahova uključuju SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 itd. Specifična površina SiO2 mikropraha je oko 20 m2/g, a veličina čestica je oko 1/100 veličine čestica cementa, tako da ima dobra svojstva punjenja. Osim toga, SiO2, Al2O3, Cr2O3 mikroprah itd. također može formirati koloidne čestice u vodi. Kada je prisutan disperzant, na površini čestica formira se preklapajući električni dvostruki sloj koji stvara elektrostatsko odbijanje, što prevladava van der Waalsovu silu između čestica i smanjuje energiju međupovršine. Sprječava adsorpciju i flokulaciju između čestica; istovremeno se disperzant adsorbira oko čestica i formira sloj otapala, što također povećava fluidnost lijevanog materijala. Ovo je također jedan od mehanizama ultrafinog praha, odnosno dodavanje ultrafinog praha i odgovarajućih disperzanata može smanjiti potrošnju vode vatrostalnih lijevanih materijala i poboljšati fluidnost.
Stvrdnjavanje i očvršćavanje vatrostalnih betona s niskim udjelom cementa rezultat je kombiniranog djelovanja hidratacijskog vezivanja i kohezijskog vezivanja. Hidratacija i očvršćivanje kalcijevog aluminatnog cementa uglavnom su hidratacija hidrauličnih faza CA i CA2 te proces rasta kristala njihovih hidrata, odnosno reagiraju s vodom i tvore heksagonalne pahuljice ili igličaste CAH10, C2AH8. Hidratacijski produkti poput kubičnih kristala C3AH6 i Al2O3аq gelova zatim tvore međusobno povezanu kondenzacijsko-kristalizacijsku mrežnu strukturu tijekom procesa stvrdnjavanja i zagrijavanja. Aglomeracija i vezivanje nastaju zbog aktivnog ultrafinog praha SiO2 koji stvara koloidne čestice kada se susretne s vodom i susreće se s ionima koji se polako disociraju od dodanog aditiva (tj. elektrolita). Budući da su površinski naboji ta dva suprotna, odnosno koloidna površina adsorbira protuione, uzrokujući £2. Potencijal se smanjuje i dolazi do kondenzacije kada adsorpcija dosegne "izoelektričnu točku". Drugim riječima, kada je elektrostatsko odbijanje na površini koloidnih čestica manje od privlačenja, dolazi do kohezivnog vezivanja uz pomoć van der Waalsove sile. Nakon što se vatrostalni lijevani materijal pomiješan s prahom silicija kondenzira, Si-OH skupine nastale na površini SiO2 se suše i dehidriraju kako bi se premostila, tvoreći siloksansku (Si-O-Si) mrežnu strukturu, čime se stvrdnjavaju. U siloksanskoj mrežnoj strukturi, veze između silicija i kisika ne smanjuju se s porastom temperature, pa se i čvrstoća nastavlja povećavati. Istodobno, na visokim temperaturama, SiO2 mrežna struktura će reagirati s Al2O3 omotanim u nju i stvarati mulit, što može poboljšati čvrstoću na srednjim i visokim temperaturama.
Vrijeme objave: 28. veljače 2024.
