Odlewy ogniotrwałeczęsto doświadczają znacznego spadku wytrzymałości w temperaturach pośrednich (zwykle 800 stopni - 1000 stopni lub więcej). Dzieje się tak głównie na skutek odwodnienia, rekrystalizacji i fizycznego skurczu hydratów w spoiwie, co prowadzi do porowatej struktury. Aby poprawić wytrzymałość odlewów z materiałów ogniotrwałych w temperaturach pośrednich, można skupić się na kilku podstawowych wymiarach: dozowaniu surowców, optymalizacji układu spoiwa, zastosowaniu dodatków i technikach konstrukcyjnych. Poniżej znajdują się konkretne strategie doskonalenia:
I. Optymalizacja surowców i kompensacja reakcji chemicznych
Jest to najbardziej bezpośrednia i skuteczna metoda. Rdzeń polega na wykorzystaniu wzrostu objętości powstałego w wyniku reakcji chemicznej w celu zrównoważenia skurczu podczas spiekania.
1. Dodawanie drobnego proszku Al₂O₃: Dodanie odpowiedniej ilości drobnego proszku Al₂O₃ (alfa tlenek glinu) do glinoodpornych odlewów ma kluczowe znaczenie. W temperaturach pośrednich ulega reakcji chemicznej z efektem rozszerzania, kompensując spadek wytrzymałości spowodowany skurczem objętościowym. Zwłaszcza gdy spoiwem jest cement o wysokiej zawartości tlenku glinu CA-70-, dodanie tego drobnego proszku może nawet zwiększyć wytrzymałość w temperaturach pośrednich, zamiast ją zmniejszać.
2. Wprowadzenie aktywnych wypełniaczy: Czysty cement glinowy łączy się z pyłem krzemionkowym. W temperaturze 800-1200 stopni pył krzemionkowy reaguje z tlenkiem wapnia, tworząc fazę wzmacniającą anortyt, która może skutecznie zwiększyć wytrzymałość w temperaturze pośredniej o około 20%.
II. Dodatek środków spiekających i ekspandujących
Wprowadzając określone surowce mineralne, można zmienić zachowanie spiekania lub stabilność objętościową materiału w temperaturach pośrednich.
1. Dodatek miękkiej gliny (środka spiekającego): Dodatek 3%-6% miękkiej gliny może przyspieszyć spiekanie odlewu w niższych temperaturach, zmieniając mikrostrukturę i zwiększając w ten sposób wytrzymałość w-temperaturach pośrednich, nawet przekraczającą wytrzymałość po wysuszeniu w piecu.
2. Wykorzystanie andaluzytu (wzmocnienie w wysokiej-temperaturze): Chociaż andaluzyt działa przede wszystkim w wysokich temperaturach (powyżej 1300 stopni), jeśli skład jest odpowiednio zaprojektowany (dodawany w postaci drobnego proszku), mulit i nadmiar SiO₂ powstające podczas jego rozkładu w wysokich temperaturach mogą tworzyć wtórne mulityzacje, co jest bardzo pomocne w utrzymaniu wytrzymałości po przekroczeniu średniego zakresu temperatur.
3. Stosowanie węglika boru: Węglik boru mięknie w wysokich temperaturach i przylega do powierzchni cząstek, przyczyniając się do zagęszczenia. Utworzona na jego powierzchni warstwa tlenku B₂O₃ zapewnia odporność na utlenianie, podczas gdy powstałe kryształy kolumnowe zmniejszają porowatość i poprawiają wytrzymałość w temperaturach pośrednich.
III. Ulepszanie systemu łączenia:
Spoiwo jest „szkieletem” betonów ogniotrwałych. Wybór odpowiedniego spoiwa może zasadniczo zmienić słabość wytrzymałości w temperaturze pośredniej.
1. Stosowanie cementu-wysokowartościowego: Jeśli to możliwe, należy stosować czysty cement glinowo-wapniowy (CA-70 lub wyższy). W porównaniu do zwykłego cementu CA-50 charakteryzuje się lepszym współczynnikiem zatrzymywania wytrzymałości w fazie pośredniej temperatury.
2. Spoiwa kompozytowe: Cement łączy się ze spoiwami chemicznymi (takimi jak fosforany) lub stosuje się spoiwa spoiste (takie jak zol krzemionkowy i zol tlenku glinu). Te metody wiązania tworzą stabilną strukturę sieciową w temperaturach pośrednich, w przeciwieństwie do czystych spoiw hydratacyjnych, które są podatne na zapadanie się w wyniku odwodnienia.
IV. Optymalizacja mikrostruktury i wielkości cząstek:
Metody fizyczne stosuje się w celu zwiększenia zwartości wewnętrznej struktury materiału i ograniczenia defektów.
1. Rozsądny rozkład wielkości cząstek: Zoptymalizuj rozkład cząstek kruszywa (takich jak korund i mulit), zgodnie z zasadą najbliższego upakowania, aby zmniejszyć porowatość wewnętrzną.
2. Wprowadzenie technologii mikroproszków: Dodaj odpowiednią ilość mikroproszku aktywowanego tlenku glinu lub mikroproszku krzemionki, wykorzystując efekt wypełniający mikroproszku w celu zmniejszenia pozornej porowatości, zwiększenia gęstości materiału, a tym samym poprawy wytrzymałości.
V. Kontrola budowy i utwardzania:
Nawet w przypadku najlepszych materiałów ogniotrwałych, niewłaściwa konstrukcja znacznie zmniejszy wytrzymałość.
1. Ścisła kontrola dodawania wody: Nadmierny dodatek wody znacznie zwiększy porowatość i zmniejszy gęstość. Podczas mieszania należy ściśle przestrzegać ilości dodanej wody, zgodnie z zaleceniami producenta.
2. Standaryzuj proces pieczenia: Podczas ogrzewania w średniej temperaturze (szczególnie 900–1200 stopni) należy zapewnić wystarczający czas przetrzymywania, aby hydraty mogły całkowicie odwodnić się i rekrystalizować, unikając pękania lub luźnej struktury z powodu nadmiernego ogrzewania.
