หลักการเตรียมการหล่อแบบทนไฟซีเมนต์ต่ำและการวิเคราะห์คุณสมบัติของวัตถุดิบหลัก

I. หลักการเตรียมการหล่อแบบปูนซีเมนต์ต่ำ

การเตรียมการของวัสดุหล่อทนไฟซีเมนต์ต่ำควรใช้ "การลดปริมาณปูนซีเมนต์ การปรับโครงสร้างจุลภาคให้เหมาะสม และการปรับปรุงประสิทธิภาพ-อุณหภูมิสูง" เป็นเป้าหมายหลัก และปฏิบัติตามหลักการสี่ประการต่อไปนี้อย่างเคร่งครัดเพื่อให้แน่ใจว่ามีทั้งความสามารถในการทำงานและความเสถียรในการให้บริการ:

1. หลักการเพิ่มประสิทธิภาพการคัดเกรดอนุภาค

การให้เกรดอนุภาคเป็นพื้นฐานในการพิจารณาความหนาแน่น ความพรุน และความแข็งแรงของวัสดุหล่อได้ ต้องเป็นไปตาม "ทฤษฎีการบรรจุที่ใกล้เคียงที่สุด" และมักจะใช้การออกแบบการให้เกรดระดับสาม-หรือสี่-:

1) เม็ดรวมหยาบ (5-15 มม.): คิดเป็น 30%-45% ส่วนใหญ่มีบทบาทสนับสนุนโครงกระดูก และต้องเลือกวัตถุดิบที่มีเสถียรภาพทางเคมีที่ดีและมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ (เช่น อะลูมิเนียมอะลูมิเนียมสูง คอรันดัม) เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้โครงสร้างแตกเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรที่อุณหภูมิสูง

2) รวมปานกลาง (1-5 มม.): คิดเป็น 20%-30% เติมช่องว่างระหว่างมวลรวมหยาบ ปรับปรุงการไหลของวัสดุ และต้องตรงกับองค์ประกอบของมวลรวมหยาบเพื่อลดปฏิกิริยาของอินเทอร์เฟซ

3) ผงละเอียด (0.074-1 มม.): คิดเป็น 15% -25% ช่วยเติมเต็มช่องว่างระหว่างมวลรวมและปรับปรุงความหนาแน่น ต้องควบคุมขนาดอนุภาคของผงละเอียดให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม ผงหยาบเกินไปจะทำให้เกิดการเรียงซ้อนได้ง่าย ในขณะที่ผงละเอียดเกินไปจะทำให้ความต้องการน้ำเพิ่มขึ้น

4) แป้งไมโคร (<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. หลักการควบคุมปริมาณปูนซีเมนต์อย่างแม่นยำ

ปริมาณปูนซีเมนต์ (ปูนซีเมนต์อลูมิเนตเป็นหลัก) ของปูนซีเมนต์หล่อทนไฟต่ำมักจะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 8% (เศษส่วนมวล) จะต้องเกิดความสมดุลระหว่าง "การลดปริมาณ" และ "การสร้างความมั่นใจในการก่อสร้างและความแข็งแกร่งตั้งแต่เนิ่นๆ":

(1) ปริมาณการใช้ขั้นต่ำที่มีประสิทธิภาพ: กำหนดปริมาณซีเมนต์ตามวัตถุประสงค์ของการหล่อ (เช่น. 5%-7% สำหรับชั้นในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง-, 7%-8% สำหรับท่อส่งที่มีอุณหภูมิต่ำ-) หลีกเลี่ยงปริมาณมากเกินไปที่จะส่งผลให้เกิดการก่อตัวของแคลเซียมอะลูมิเนตที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ (เช่น CA6, C12A7) ที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะช่วยลด การหักเหของแสง;

(2) การทำงานร่วมกันกับผงไมโคร: โดยปฏิกิริยาปอซโซลานของซิลิกาฟูมและผงไมโครอลูมินา พวกมันจะรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์ซีเมนต์ไฮเดรชั่น (เช่น CAH10, C2AH8) เพื่อสร้างเจล C-A-S-H หรือผลึก CA6 แบบเรียงเป็นแนวที่เสถียร เพื่อชดเชยการสูญเสียความแข็งแรงที่เกิดจากการลดปริมาณซีเมนต์

3. หลักความสมดุลระหว่างความต้องการน้ำกับความลื่นไหล

ความต้องการน้ำส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่น ความพรุน และความสามารถในการหล่อได้ และจำเป็นต้องได้รับการควบคุมภายในช่วงที่เหมาะสมต่ำสุด (ปกติคือ 5%-8%):

(1) ลดความต้องการน้ำ: ด้วยการเติมสารลดน้ำประสิทธิภาพสูง- (เช่น กรดโพลีคาร์บอกซิลิกและซีรีส์แนพทาลีน) แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคจะลดลง ความลื่นไหลสูงเกิดขึ้นได้เมื่อมีปริมาณน้ำต่ำ และการก่อตัวของผ่านรูพรุนหลังจากการระเหยของน้ำมากเกินไปจะหลีกเลี่ยงได้

(2) การปรับความไหล: ปรับความลื่นไหลตามวิธีการก่อสร้าง (เช่น การปั๊มและการสั่นสะเทือน) การขยายตัวของวัสดุที่ถูกสูบจะต้องมีมากกว่าหรือเท่ากับ 250 มม. และการขยายตัวของวัสดุที่ถูกสั่นสะเทือนจะต้องมีมากกว่าหรือเท่ากับ 200 มม. ในเวลาเดียวกัน ให้หลีกเลี่ยงการไหลมากเกินไปที่ทำให้เกิดการแบ่งชั้นรวม

4. หลักการควบคุมเสถียรภาพของระดับเสียง

ปูนซีเมนต์แบบหล่อทนไฟต่ำมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงปริมาตรในระหว่างการทำความร้อนเนื่องจากการเปลี่ยนเฟสและการสลายตัวของผลิตภัณฑ์ไฮเดรชั่น สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการเลือกวัตถุดิบและการควบคุมสารเติมแต่ง:

(1) การชดเชยการขยายวัตถุดิบ: เพิ่มสารขยายตัวในปริมาณที่เหมาะสม (เช่นไคยาไนต์และซิลลิมาไนต์ซึ่งเปลี่ยนเป็นมัลไลท์ที่อุณหภูมิสูงและขยายตัว 10% -15%) เพื่อชดเชยการหดตัวที่เกิดจากการสลายตัวของผลิตภัณฑ์ซีเมนต์ไฮเดรชั่น (เช่น CAH10 สลายตัวเป็น C2AH8 ที่ 100-200 องศา โดยปริมาตรหดตัวประมาณ 10%)

(2) การเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างจุลภาค: ผ่านการเติมผงไมโครและการเติบโตของทิศทางของคริสตัล (เช่น CA6 เรียงเป็นแนวคริสตัลที่ผสานกัน) โครงสร้างที่หลวมระหว่างการให้ความร้อนจะลดลงและความเสถียรของปริมาตรจะดีขึ้น โดยปกติแล้ว อัตราการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นหลังการยิงที่ 1100 องศาจะต้องควบคุมภายใน ±0.5%

2. วัตถุดิบสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของการหล่อปูนซีเมนต์ต่ำ

ประสิทธิภาพของปูนซีเมนต์หล่อต่ำ- (วัสดุทนไฟ ความแข็งแรง ความคงตัวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และความต้านทานการกัดกร่อน) จะถูกกำหนดโดยองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้างแร่ และการกระจายขนาดอนุภาคของวัตถุดิบ วัตถุดิบหลักสามารถแบ่งออกเป็นห้าประเภท:

1. วัสดุทนไฟรวม: กำหนดฐานวัสดุทนไฟและความแข็งแรงของโครงกระดูกของการหล่อ

วัสดุทนไฟรวมคิดเป็น 60%-75% และเป็น "โครงกระดูก" ของวัสดุที่หล่อได้ ประสิทธิภาพจะกำหนดโดยตรงถึงการหักเหของแสงและความสามารถในการรับน้ำหนักที่อุณหภูมิสูงของแบบหล่อได้:

(1) มวลรวมอลูมินาสูง - (Al₂O₃ มากกว่าหรือเท่ากับ 70%) องค์ประกอบและประสิทธิภาพ: ส่วนประกอบหลักคือคอรันดัมและมัลไลท์ การหักเหของแสงมากกว่าหรือเท่ากับ 1770 องศา กำลังรับแรงอัดที่อุณหภูมิห้องมากกว่าหรือเท่ากับ 100MPa กำลังรับแรงอัดที่อุณหภูมิสูง (1400 องศา ) มากกว่าหรือเท่ากับ 50MPa สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง: วัสดุบุผิวของเตาเผาที่มีอุณหภูมิปานกลางและสูง (เช่น โซนเผาเตาเผาแบบหมุนซีเมนต์ เตาให้ความร้อนโลหะ) จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงสิ่งเจือปนที่มากเกินไป (เช่น Fe₂O₃, TiO₂) เพื่อป้องกันการก่อตัวของเฟสจุดหลอมเหลวต่ำ (เช่น FeO·Al₂O₃ จุดหลอมเหลว 1250 องศา );

(2) มวลรวมคอรันดัม (Al₂O₃ มากกว่าหรือเท่ากับ 90%): องค์ประกอบและประสิทธิภาพ: ส่วนใหญ่ -คอรันดัม โครงสร้างหนาแน่น การหักเหของแสงมากกว่าหรือเท่ากับ 1850 องศา ความต้านทานการกัดกร่อน (เช่น ความต้านทานต่อเหล็กหลอมเหลวและการกัดกร่อนของตะกรัน) ดีกว่ามวลรวมอลูมินาสูง- สถานการณ์ที่ใช้งานได้: สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ- (เช่น รางเหล็กของเตาถลุงเหล็กและเตาถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก-) จำเป็นต้องควบคุมการกระจายขนาดอนุภาครวมเพื่อหลีกเลี่ยงการรวมตัวหยาบมากเกินไป ส่งผลให้เสถียรภาพการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิลดลง

2. ผงไมโครทนไฟ: ผงไมโครหลักเพื่อให้ได้ "ซีเมนต์ต่ำ" และประสิทธิภาพ

การปรับปรุงคิดเป็น 5% -15% ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการแยกแยะความแตกต่างระหว่างการหล่อแบบทนไฟกับซีเมนต์ต่ำจากแบบหล่อธรรมดา โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วย:

(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%) จะเพิ่มความต้องการน้ำและจำเป็นต้องใช้กับเครื่องลดน้ำ

(2) ซิลิกาฟูม (SiO₂ มากกว่าหรือเท่ากับ 90%, D50=0.1-0.5μm): กลไกการออกฤทธิ์: มีฤทธิ์ปอซโซลานสูงและทำปฏิกิริยากับ Ca(OH)₂ ที่ผลิตขึ้นโดยซีเมนต์ไฮเดรชั่นจนเกิดเป็นเจล C-S-H ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรงตั้งแต่เนิ่นๆ อนุภาคทรงกลมสามารถลดแรงเสียดทานภายในวัสดุและปรับปรุงความลื่นไหลได้ ข้อควรระวัง: ต้องควบคุมปริมาณซิลิกาฟูมที่ใช้ (ปกติ 3%-8%) การใช้งานมากเกินไปจะทำให้การหล่อกลายเป็นแก้วที่มีจุดหลอมเหลว-จุดหลอมเหลว-ต่ำจำนวนมาก (เช่น แก้ว CaO-SiO₂-Al₂O₃ จุดหลอมเหลว<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.

3. สารยึดเกาะ: กุญแจสำคัญในการสร้างความมั่นใจในความสามารถในการใช้งานและการพัฒนาความแข็งแกร่ง

สารยึดเกาะของซีเมนต์หล่อแบบต่ำ-ส่วนใหญ่เป็นซีเมนต์อลูมิเนต เสริมด้วยพันธะเคมีของผงละเอียด ประสิทธิภาพของมันส่งผลต่อเวลาการตั้งค่าและความแข็งแกร่งของตัวหล่อ:
(1) ซีเมนต์อลูมิเนต (CA-50, CA-70): องค์ประกอบและลักษณะเฉพาะ: CA-50 ประกอบด้วย CA 50%-60% (โมโนแคลเซียมอะลูมิเนต) มีเวลาในการก่อตัวปานกลาง (การตั้งค่าเริ่มต้นมากกว่าหรือเท่ากับ 45 นาที การตั้งค่าสุดท้ายน้อยกว่าหรือเท่ากับ 10 ชม.) และกำลังต้นสูง (กำลังอัด 1d มากกว่าหรือเท่ากับ 20MPa) CA-70 มี CA มากกว่าหรือเท่ากับ 70% มีความแข็งแกร่งในช่วงแรกสูงกว่า แต่เซ็ตตัวเร็วกว่าและจำเป็นต้องใช้กับสารหน่วง ผลกระทบด้านประสิทธิภาพ: ปริมาณ CaO ในซีเมนต์ส่งผลโดยตรงต่อการหักเหของแสง ทุกๆ 1% ของ CaO ที่เพิ่มขึ้น ค่าการหักเหของแสงจะลดลงประมาณ 15-20 องศา ดังนั้นควรเลือกซีเมนต์ที่มีปริมาณ CaO ต่ำ (CA-70 CaO น้อยกว่าหรือเท่ากับ 22%)
(2) การตั้งค่าสารหน่วง/ตัวเร่ง: การตั้งค่าสารหน่วง (เช่น กรดซิตริกและกรดทาร์ทาริก ที่เติมที่ 0.05%-0.2%) จะขยายเวลาการตั้งค่า และเหมาะสำหรับการขนส่งทางไกล-หรือการเทปริมาณมาก- การตั้งค่าตัวเร่งความเร็ว (เช่น Li₂CO₃ และ CaCl₂ ที่เพิ่มที่ 0.01%-0.05%) จะทำให้เวลาการตั้งค่าสั้นลง และเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการก่อสร้างที่อุณหภูมิต่ำ (เช่น การก่อสร้างในฤดูหนาว) อย่างไรก็ตาม ควรหลีกเลี่ยงการใช้มากเกินไป เนื่องจากอาจทำให้ความแข็งแรงลดลง

4. ตัวลดน้ำ: สารเติมแต่งหลักสำหรับปรับสมดุลความต้องการน้ำและความลื่นไหล

ตัวลดน้ำเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุ "น้ำต่ำและการไหลสูง" ในวัสดุหล่อซีเมนต์ทนไฟต่ำ โดยปกติจำนวนเงินที่เพิ่มคือ 0.1%-0.5%:
(1) ตัวลดน้ำกรดโพลีคาร์บอกซิลิก: ข้อดี: อัตราการลดน้ำสูง (สูงถึง 30% -40%), การกักเก็บน้ำที่ดี (สูญเสียการขยายตัวภายใน 1 ชั่วโมงน้อยกว่าหรือเท่ากับ 20 มม.), เข้ากันได้ดีกับซีเมนต์อลูมิเนต และจะไม่ทำให้เกิดการหน่วงมากเกินไป ผลกระทบด้านประสิทธิภาพ: สามารถลดความต้องการน้ำได้ 2-3 เปอร์เซ็นต์ เพิ่มกำลังอัดของตัวหล่อหลังการยิงที่ 1100 องศา 15%-20% และลดความพรุนที่ปรากฏ 3-5 เปอร์เซ็นต์
(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%) จะทำให้การหล่อหลุดร่อนหรือสูญเสียกำลัง

5. สารเติมแต่งเชิงหน้าที่: ควบคุมความเสถียรของปริมาตรและคุณสมบัติพิเศษ

(1) สารขยายตัว (kyanite, sillimanite): ฟังก์ชั่น: ที่อุณหภูมิสูง (1100-1400 องศา) จะแปลงเป็นมัลไลท์ขยายตัว 10% -15% ชดเชยการหดตัวของการหล่อและหลีกเลี่ยงการแตกร้าว ปริมาณ: ปกติ 3% -5% ปริมาณที่มากเกินไปจะนำไปสู่การขยายตัวของปริมาตรที่มากเกินไปและสร้างความเครียดภายใน

(2) สารป้องกัน-สารระเบิด (ผงอะลูมิเนียมโลหะ ปริมาณเติม 0.1%-0.3%): - ฟังก์ชั่น: ในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน (200-600 องศา ) สารจะออกซิไดซ์อย่างช้าๆ เพื่อสร้าง Al₂O₃ ปล่อยก๊าซจำนวนเล็กน้อย ปล่อยน้ำเปล่าออกภายในวัสดุหล่อทนไฟที่มีซีเมนต์ต่ำ และหลีกเลี่ยงโครงสร้างไม่ให้แตกเนื่องจากการระเหยของน้ำอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูง

(3) ตัวกันความร้อนแบบช็อกจากความร้อน (ซิลิคอนคาร์ไบด์ ซิลิคอนไนไตรด์ ปริมาณเพิ่ม 5%-10%): ฟังก์ชัน: ใช้คุณลักษณะการขยายตัวต่ำของซิลิคอนคาร์ไบด์ (ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน 4.5×10⁻⁶/ องศา ) และซิลิคอนไนไตรด์ (ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน 3.2×10⁻⁶/ องศา ) เพื่อลดความเครียดจากความร้อนของการหล่อและปรับปรุงความเสถียรของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน (โดยปกติคือ จำนวนช็อกความร้อนที่ระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถเพิ่มจาก 10 เท่าเป็นมากกว่า 20 เท่า)