Osadzenie i hartowanieniskocementowe masy ogniotrwałewynika głównie z koagulacji i wiązania. Dlatego rola ultradrobnego proszku jest kluczowa, będąc kluczowym czynnikiem determinującym i wpływającym na jego działanie. Jednocześnie nie można pominąć wpływu domieszek na jego działanie.
NO.01 Ultradrobny proszek
Ultradrobne proszki w odlewach o niskiej zawartości cementu obejmują głównie pył aktywnej krzemionki, proszek -Al₂O₃ i proszek Cr₂O₃, o zawartości (%) odpowiednio 93,2%, większej niż 90% i większej niż 99%. Rozkład wielkości cząstek tych trzech rodzajów ultradrobnych proszków pokazano w poniższej tabeli. Z tabeli wynika, że cząstki mniejsze niż 1,0 mm stanowią ponad 71%.
Masy ogniotrwałe mają tę samą proporcję mieszanki, a zawartość CaO wynosi około 0,6%. Przygotowano trzy grupy próbek dodając odpowiednio aktywny SiO₂, -Al₂O₃ (-proszek tlenku glinu) i kompozyt obu ultradrobnych proszków, odpowiednio, w tej samej ilości. Wraz ze wzrostem temperatury ogrzewania wzrasta wytrzymałość odlewów z różnymi ultradrobnymi proszkami.
Zaobserwowano również, że różne ultradrobne proszki w różny sposób wpływają na wytrzymałość odlewów. Najwyższą wytrzymałość wykazuje odlew z równą ilością aktywnego ultradrobnego proszku kompozytowego SiO₂ i -Al₂O₃, następnie odlew z ultradrobnym proszkiem aktywnego SiO₂, natomiast najniższą wytrzymałość ma odlew z ultradrobnym proszkiem tlenku glinu. W temperaturze ogrzewania 1500 stopni wytrzymałość odlewów z trzema rodzajami ultradrobnych proszków jest zasadniczo podobna. Oznacza to, że do przygotowania niskocementowych odlewów ogniotrwałych najlepiej sprawdzają się ultradrobne proszki kompozytowe, a stosowane samodzielnie należy preferować ultradrobny proszek aktywnego SiO₂.
Jednakże zwiększenie ilości ultradrobnego proszku SiO₂ zmniejszy zawartość Al₂O₃ w zalewie i zwiększy ilość wolnego kwarcu, co nieuchronnie doprowadzi do zmniejszenia odporności odlewu na żużel. Na przykład proporcja mieszanki odlewanego materiału ogniotrwałego do rynien żelaznych wynosi: 70% kruszywa o wysokiej-glinie, 14,2% SiC, 5,8% C, 0,2% środka dyspergującego, 6,5% wody i 10% proszku o wysokiej-tlenku glinu i ultradrobnego proszku SiO₂ łącznie. Badania odporności żużla przeprowadzono metodą tyglową w atmosferze redukującej. Warunki badania: standardowa zasadowość żużla 1,105, temperatura ogrzewania i czas przetrzymywania 1500 stopni, 4 godziny. Wraz ze wzrostem zawartości najdrobniejszego proszku SiO₂ osiąga się optymalną wartość odporności na żużel; to znaczy, że najlepszą odporność na żużel osiąga się, gdy zawartość najdrobniejszego proszku wynosi około 5%.
Przy stałej proporcji mieszanki odlewniczej i łącznej zawartości drobnego proszku ogniotrwałego i proszku ultradrobnego, wytrzymałość na ściskanie po wypaleniu w temperaturze 1600 stopni również wzrasta wraz ze wzrostem zawartości drobnego proszku, ale jest to wartość optymalna. Przy zawartości ultradrobnego proszku SiO₂ wynoszącego około 5% oraz ultradrobnego proszku Al₂O₃ i Cr₂O₃ stanowiącego około 7%, wytrzymałość jest dobra, a inne właściwości są również doskonałe. Jeśli chodzi o rodzaj ultradrobnego proszku, najdrobniejszy proszek SiO₂ ma najlepszy efekt wzmacniający, następnie ultradrobny proszek Al₂O₃, podczas gdy ultradrobny proszek Cr₂O₃ ma słabe działanie wzmacniające. Zaobserwowano również, że działanie wzmacniające ultradrobnego proszku SiO2 jest 2,5 do 4,4 razy większe niż w przypadku dwóch ostatnich rodzajów.
NR 02 Domieszki
Istnieje wiele rodzajów domieszek. W tym miejscu bierzemy dyspergatory i środki-redukujące wodę jako przykłady, aby zilustrować ich wpływ na działanie niskocementowych mas ogniotrwałych.
Jeżeli proporcja mieszanki betonowej jest stała, dodanie różnych ilości środka dyspergującego może zmniejszyć ilość wymaganej wody budowlanej. Przy stałej ilości wody konstrukcyjnej, wytrzymałość na ściskanie po wysuszeniu osiąga optymalną wartość wraz ze wzrostem ilości środka dyspergującego. Oznacza to, że wytrzymałość jest najlepsza, gdy zawartość środka dyspergującego wynosi 0,15% do 0,2%. Jeśli nie dodaje się-wody jako środka redukującego lub jego dawka przekracza 0,5%, wytrzymałość ulega pogorszeniu lub próbka pęka. Jest to spowodowane słabą płynnością odlewu i brakiem gęstości uformowanej bryły.
Istnieje wiele rodzajów środków-redukujących ilość wody, a odpowiedniego wyboru należy dokonać w drodze testów. Po określeniu proporcji mieszanki korundu o ultraniskiej zawartości cementu, polifosforanu sodu, kondensatów policyjanamidu i kondensatów sulfonianu naftalenu zastosowano jako środki redukujące-wodę i przeszukano odpowiednie dawki w celu przygotowania mas ogniotrwałych. W betonach niezawierających środków-redukujących ilość wody dochodzi do samoistnej aglomeracji najdrobniejszych proszków, które nie są w stanie skutecznie wypełnić porów i charakteryzują się wyjątkowo nierównomiernym rozkładem. Duża ilość wody zatrzymuje się w kłaczkach lub wypełnia pory, co powoduje zwiększone zużycie wody, małą gęstość nasypową, dużą porowatość i niską wytrzymałość po obróbce cieplnej, a także jest niekorzystne dla spiekania. Polifosforany mają pewne działanie dyspergujące i-redukujące wodę, co może w pewnym stopniu zapobiegać spontanicznej aglomeracji najdrobniejszych proszków, umożliwiając ich pełniejsze rozprowadzenie w porach, poprawiając wykorzystanie wody i zmniejszając jej zużycie o około 17%.
Dlatego też zwiększona gęstość nasypowa i zmniejszona porowatość odlewu w porównaniu z odlewem nieobrobionym spowodowały 0,6-1,9-krotny wzrost wytrzymałości na ściskanie po wypaleniu i 1,25-krotny wzrost wytrzymałości na zginanie-w wysokiej temperaturze. Środki B i C to organiczne-wydajne-środki redukujące wodę, charakteryzujące się szczególnie znaczącym efektem dyspersyjnym-redukującym wodę, osiągające stopień redukcji wody odpowiednio 25% i 28%. W porównaniu do nieobrobionych odlewów ich gęstość nasypowa wzrosła o około 3,5%, porowatość spadła o 15%, wytrzymałość na ściskanie po wypaleniu wzrosła 1-4 razy, a wytrzymałość na zginanie w wysokiej-temperaturze wzrosła ponad 3,5 razy. Jest także oczywiste, że środek C jest skuteczniejszy niż środek B. Podsumowując, przy przygotowywaniu niskocementowych betonów ogniotrwałych należy dodać środki redukujące wodę, a preferowane powinny być organiczne środki redukujące wodę o wysokiej wydajności.
NO.03 Proszek aluminiowy
Do odlewów ogniotrwałych z koryt żelaznych zazwyczaj dodaje się proszek metalicznego aluminium w celu przyspieszenia suszenia i wzmocnienia odlewu. Jego wielkość cząstek i dozowanie mają znaczący wpływ na właściwości użytkowe betonu i powinny być odpowiednio dobrane.
W przypadku ultraniskocementowych odlewów Al₂O₃-SiC-C im mniejszy rozmiar cząstek proszku aluminiowego i im wyższa temperatura otoczenia podczas budowy, tym intensywniejsza jest reakcja chemiczna, tym więcej wytwarza się gazu i wyższa temperatura materiału. Jest to korzystne dla odwodnienia odlewu, umożliwiając szybkie wypiekanie; jednakże zbyt szybka reakcja może łatwo doprowadzić do błędnego ustawienia, co jest szkodliwe dla wytrzymałości. Proporcje mieszanki masy betonowej pozostają takie same. Duże rozmiary cząstek proszku aluminiowego są szkodliwe dla wytrzymałości, podczas gdy zbyt małe rozmiary cząstek zapewniają pewne korzyści w zakresie wytrzymałości na ściskanie podczas suszenia, ale inne wytrzymałości zmniejszają się. Rozmiar cząstek 88-44 mm zapewnia lepszą wytrzymałość. Ilość użytego proszku aluminiowego należy określić na podstawie właściwości materiału ogniotrwałego i warunków konstrukcyjnych; należy go stosować jak najrzadziej, zapewniając jednocześnie dobrą wentylację i szybkie schnięcie.
NR 04 Dodatki
Do ultraniskocementowych odlewów Al₂O₃-SiC-C-należy dodawać SiC i materiały węglowe, aby poprawić ich odporność na żużel i stabilność termiczną. Eksperymenty i użytkowanie wykazały, że gatunek i dozowanie materiałów SiC i węglowych ma znaczący wpływ na właściwości użytkowe odlewów i należy je dobierać racjonalnie. Ponadto gatunek i dawka różnią się w zależności od wielkości wielkiego pieca i miejsca zastosowania. Ogólnie rzecz biorąc, w głównym korycie żelaza lub żużlu dużych i średnich-wielkich pieców stosuje się wysokiej-jakości materiały SiC i węgiel, natomiast w średnich i małych wielkich piecach stosuje się materiały SiC i węgiel niższej-; dawka SiC wynosi zazwyczaj 5% do 35%. Materiały węglowe obejmują głównie smołę, grafit płatkowy, proszek elektrodowy i grafit ziemny w dawce od 2% do 6%.
Do odlewów ogniotrwałych z koryt żelaznych materiały SiC i węgiel dodaje się zazwyczaj w postaci drobnego proszku, przy czym preferowany jest ultradrobny SiC. Ponieważ materiał ten zawiera materiały SiC i węgiel, jego odporność na utlenianie jest zmniejszona. Utlenianie węgla pozostawia więcej mikroporów, umożliwiając ciągłe przenikanie stopionego żelaza lub żużla do wnętrza, tworząc odwęgloną warstwę i prowadząc do uszkodzenia wykładziny. Dodanie metalicznego proszku aluminiowego może poprawić odporność odlewu na utlenianie. Doświadczenia wykazały, że łączne zastosowanie proszku metalicznego krzemu, tj. proszku Al i proszku Si, skutkuje lepszą odpornością na utlenianie i zwiększoną wytrzymałością odlewu. Dzieje się tak, ponieważ reakcja metalicznego krzemu i aluminium z węglem w wysokich temperaturach, w wyniku której powstają SiC i Al₄C₃, prowadzi do gęstszej mikrostruktury i powierzchni.
Do odlewów ogniotrwałych o niskiej zawartości cementu Al₂O₃-SiO₂ dodatek 2–8% drobnego proszku cyjanitowego w wysokich temperaturach 1200–1400 stopni sprzyja tworzeniu się mulitu, zwiększając w ten sposób jego wytrzymałość. Oznacza to, że cyjanit działa nie tylko jako środek rozszerzający, ale także jako środek mineralizujący.
