Vật liệu đúc chịu lửathường bị giảm độ bền đáng kể ở nhiệt độ trung gian (thường là 800 độ -1000 độ hoặc cao hơn). Điều này chủ yếu là do sự mất nước, kết tinh lại và sự co ngót vật lý của hydrat trong chất kết dính, dẫn đến cấu trúc xốp. Để cải thiện độ bền nhiệt độ trung gian của vật liệu đúc vật liệu chịu lửa, người ta có thể tập trung vào một số khía cạnh cốt lõi: tỷ lệ nguyên liệu thô, tối ưu hóa hệ thống chất kết dính, sử dụng phụ gia và kỹ thuật xây dựng. Sau đây là các chiến lược cải tiến cụ thể:
I. Tối ưu hóa nguyên liệu thô và bù đắp cho các phản ứng hóa học
Đây là phương pháp trực tiếp và hiệu quả nhất. Cốt lõi là tận dụng sự giãn nở thể tích do phản ứng hóa học tạo ra để bù đắp độ co ngót trong quá trình thiêu kết.
1. Thêm bột mịn Al₂O₃: Việc thêm một lượng bột mịn Al₂O₃ (alpha alumina) thích hợp vào vật liệu đúc chịu lửa aluminat là rất quan trọng. Ở nhiệt độ trung gian, nó trải qua phản ứng hóa học có tác dụng giãn nở, bù đắp cho sự suy giảm cường độ do co rút thể tích. Đặc biệt khi chất kết dính là xi măng alumina có hàm lượng CA-70-cao, việc thêm bột mịn này thậm chí có thể làm tăng độ bền nhiệt độ trung gian thay vì giảm nó.
2. Giới thiệu chất độn hoạt tính: Xi măng aluminat nguyên chất được kết hợp với silica fume. Ở 800-1200 độ, silica fume phản ứng với canxi oxit để tạo thành pha gia cố anorthite, có thể tăng cường độ nhiệt độ trung gian lên khoảng 20%.
II. Bổ sung các chất thiêu kết và các chất mở rộng
Bằng cách đưa vào các nguyên liệu khoáng cụ thể, có thể thay đổi tính chất thiêu kết hoặc độ ổn định thể tích của vật liệu ở nhiệt độ trung gian.
1. Bổ sung đất sét mềm (chất thiêu kết): Thêm 3%-6% đất sét mềm có thể thúc đẩy quá trình thiêu kết vật đúc ở nhiệt độ thấp hơn, thay đổi cấu trúc vi mô và do đó làm tăng độ bền nhiệt độ-trung gian, thậm chí vượt quá độ bền sấy khô trong lò.
2. Sử dụng andalusite (tăng cường nhiệt độ-cao): Mặc dù andalusite chủ yếu hoạt động ở nhiệt độ cao (trên 1300 độ ), nếu công thức được thiết kế phù hợp (thêm ở dạng bột mịn), mullite và SiO₂ dư thừa được tạo ra trong quá trình phân hủy ở nhiệt độ cao có thể tạo thành sự nghiền nhỏ thứ cấp, rất hữu ích trong việc duy trì độ bền sau khi vượt qua phạm vi nhiệt độ trung gian.
3. Sử dụng boron cacbua: Boron cacbua mềm ra ở nhiệt độ cao và bám dính vào bề mặt hạt, góp phần làm đặc lại. Màng oxit B₂O₃ hình thành trên bề mặt của nó mang lại khả năng chống oxy hóa, trong khi các tinh thể dạng cột được tạo ra làm giảm độ xốp và cải thiện độ bền nhiệt độ trung gian.
III. Cải thiện hệ thống liên kết:
Chất kết dính là “bộ xương” của vật liệu đúc chịu lửa. Việc lựa chọn chất kết dính phù hợp về cơ bản có thể thay đổi điểm yếu về độ bền nhiệt độ trung gian.
1. Sử dụng xi măng-hiệu suất cao: Nên sử dụng xi măng aluminat canxi nguyên chất (loại CA-70 hoặc cao hơn) bất cứ khi nào có thể. So với xi măng CA-50 thông thường, nó có khả năng duy trì cường độ tốt hơn ở giai đoạn nhiệt độ trung gian.
2. Chất kết dính tổng hợp: Xi măng được kết hợp với chất kết dính hóa học (như phốt phát) hoặc chất kết dính kết dính (như silica sol và alumina sol). Các phương pháp liên kết này tạo thành cấu trúc mạng lưới ổn định ở nhiệt độ trung gian, không giống như các chất kết dính hydrat hóa tinh khiết dễ bị phá hủy do mất nước.
IV. Tối ưu hóa cấu trúc vi mô và kích thước hạt:
Các phương pháp vật lý được sử dụng để làm cho cấu trúc bên trong của vật liệu trở nên nhỏ gọn hơn và giảm thiểu khuyết tật.
1. Phân bố kích thước hạt hợp lý: Tối ưu hóa sự phân bố hạt của cốt liệu (chẳng hạn như corundum và mullite), tuân theo nguyên tắc đóng gói gần nhất để giảm độ xốp bên trong.
2. Giới thiệu Công nghệ vi bột: Thêm lượng vi bột alumina hoạt hóa hoặc vi bột silica thích hợp, tận dụng tác dụng làm đầy của vi bột để giảm độ xốp rõ ràng, tăng mật độ vật liệu và do đó cải thiện độ bền.
V. Kiểm soát thi công và bảo dưỡng:
Ngay cả với công thức vật liệu đúc chịu lửa tốt nhất, việc thi công không đúng cách sẽ làm giảm đáng kể độ bền.
1. Kiểm soát chặt chẽ việc bổ sung nước: Bổ sung nước quá nhiều sẽ làm tăng đáng kể độ xốp và giảm mật độ. Lượng nước bổ sung phải được tuân thủ nghiêm ngặt theo khuyến nghị của nhà sản xuất trong quá trình trộn.
2. Tiêu chuẩn hóa quy trình nướng: Khi nung ở giai đoạn nhiệt độ trung bình (đặc biệt là 900 độ -1200 độ), phải đảm bảo đủ thời gian giữ để hydrat mất nước hoàn toàn và kết tinh lại, tránh nứt hoặc mất cấu trúc do đun nóng quá mức.
