I. Nguyên tắc chế tạo vật liệu đúc xi măng thấp
Sự chuẩn bị củavật liệu đúc chịu lửa xi măng thấpnên lấy "giảm hàm lượng xi măng, tối ưu hóa cấu trúc vi mô và cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ- cao" làm mục tiêu cốt lõi và tuân thủ nghiêm ngặt bốn nguyên tắc sau để đảm bảo rằng xi măng có cả khả năng thi công và độ ổn định khi sử dụng:
1. Nguyên tắc tối ưu hóa phân loại hạt
Phân loại hạt là cơ sở để xác định mật độ khối, độ xốp và độ bền của vật đúc. Nó phải tuân theo "lý thuyết đóng gói gần nhất" và thường áp dụng thiết kế chấm điểm ba-cấp hoặc bốn-cấp:
1) Cốt liệu thô (5-15mm): chiếm 30%-45%, chủ yếu đóng vai trò hỗ trợ khung xương, phải chọn nguyên liệu thô có độ ổn định hóa học tốt và hệ số giãn nở nhiệt thấp (như bô xít nhôm cao, corundum) để tránh nứt cấu trúc do thay đổi thể tích ở nhiệt độ cao;
2) Cốt liệu trung bình (1-5mm): chiếm 20% -30%, lấp đầy khoảng trống giữa các cốt liệu thô, cải thiện tính lưu động của vật liệu và phải phù hợp với thành phần của cốt liệu thô để giảm phản ứng giao diện;
3) Bột mịn (0,074-1mm): chiếm 15% -25%, tiếp tục lấp đầy khoảng trống giữa các cốt liệu và cải thiện mật độ. Kích thước hạt của bột mịn cần được kiểm soát trong phạm vi hợp lý. Bột quá thô sẽ dễ dẫn đến xếp chồng lên nhau, trong khi bột quá mịn sẽ làm tăng nhu cầu nước;
4) Bột vi mô (<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. Nguyên tắc kiểm soát chính xác liều lượng xi măng
Liều lượng xi măng (chủ yếu là xi măng aluminat) của vật liệu đúc chịu lửa có hàm lượng xi măng thấp thường nhỏ hơn hoặc bằng 8% (phần khối lượng). Phải đạt được sự cân bằng giữa “giảm liều lượng” và “đảm bảo xây dựng và cường độ sớm”:
(1) Liều lượng hiệu quả tối thiểu: Xác định liều lượng xi măng theo mục đích của vật đúc (ví dụ:. 5%-7% đối với lớp lót lò có nhiệt độ-cao, 7%-8% đối với đường ống có nhiệt độ-thấp), tránh dùng liều lượng quá mức sẽ dẫn đến hình thành aluminat canxi có điểm nóng chảy thấp (ví dụ CA6, C12A7) ở nhiệt độ cao sẽ làm giảm khả năng chịu lửa;
(2) Phối hợp với vi bột: Thông qua phản ứng pozzolanic của vi bột silica fume và alumina, chúng kết hợp với các sản phẩm hydrat hóa xi măng (ví dụ CAH10, C2AH8) để tạo thành gel C-A-S-H ổn định hoặc tinh thể CA6 dạng cột, bù đắp cho sự mất đi cường độ do giảm liều lượng xi măng.
3. Nguyên tắc cân bằng giữa nhu cầu nước và tính lưu động
Nhu cầu nước ảnh hưởng trực tiếp đến mật độ, độ xốp và khả năng thi công của vật liệu đúc và cần được kiểm soát trong phạm vi hợp lý thấp nhất (thường là 5% -8%):
(1) Giảm nhu cầu nước: Bằng cách bổ sung các chất khử nước hiệu quả cao-(chẳng hạn như axit polycarboxylic và loạt naphthalene), lực hút giữa các hạt sẽ giảm, đạt được tính lưu động cao ở hàm lượng nước thấp và tránh được sự hình thành lỗ rỗng sau khi bay hơi nước quá nhiều;
(2) Thích ứng chất lỏng: Điều chỉnh tính lưu động theo phương pháp thi công (chẳng hạn như bơm và rung). Độ giãn nở của vật liệu được bơm cần phải Lớn hơn hoặc bằng 250mm và độ giãn nở của vật liệu rung cần phải Lớn hơn hoặc bằng 200mm. Đồng thời, tránh dòng chảy quá mức gây ra sự phân tầng tổng hợp.
4. Nguyên tắc kiểm soát ổn định âm lượng
Vật liệu đúc chịu lửa có hàm lượng xi măng thấp dễ bị thay đổi thể tích trong quá trình gia nhiệt do thay đổi pha và phân hủy các sản phẩm hydrat hóa. Điều này đòi hỏi phải lựa chọn nguyên liệu thô và kiểm soát phụ gia:
(1) Bù giãn nở nguyên liệu thô: Thêm một lượng chất giãn nở thích hợp (chẳng hạn như kyanite và sillimanite, chuyển thành mullite ở nhiệt độ cao và giãn nở 10% -15%) để bù đắp độ co ngót do sự phân hủy của các sản phẩm hydrat hóa xi măng (chẳng hạn như CAH10 phân hủy thành C2AH8 ở 100-200 độ, với độ co thể tích khoảng 10%);
(2) Tối ưu hóa cấu trúc vi mô: Thông qua việc làm đầy vi bột và tăng trưởng theo hướng tinh thể (chẳng hạn như đan xen tinh thể cột CA6), cấu trúc lỏng lẻo trong quá trình gia nhiệt sẽ giảm đi và độ ổn định âm lượng được cải thiện. Thông thường, tốc độ thay đổi tuyến tính sau khi bắn ở 1100 độ được kiểm soát trong phạm vi ± 0,5%.
2. Nguyên liệu thô chính ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu đúc có hàm lượng xi măng thấp
Hiệu suất của vật liệu đúc xi măng có-thấp (vật liệu chịu lửa, cường độ, độ ổn định sốc nhiệt và khả năng chống ăn mòn) được xác định bởi thành phần hóa học, cấu trúc khoáng chất và sự phân bổ kích thước hạt của nguyên liệu thô. Các nguyên liệu thô cốt lõi có thể được chia thành năm loại:
1. Cốt liệu chịu lửa: quyết định nền móng chịu lửa và độ bền khung xương của vật đúc.
Cốt liệu chịu lửa chiếm 60%-75% và là "bộ xương" của vật liệu đúc. Hiệu suất của nó quyết định trực tiếp đến khả năng chịu lửa và khả năng chịu nhiệt độ cao của vật đúc:
(1) Cốt liệu nhôm-cao (Al₂O₃ Lớn hơn hoặc bằng 70%) Thành phần và hiệu suất: Thành phần chính là corundum và mullite, độ khúc xạ Lớn hơn hoặc bằng 1770 độ, cường độ nén ở nhiệt độ phòng Lớn hơn hoặc bằng 100MPa, cường độ nén ở nhiệt độ cao (1400 độ) Lớn hơn hoặc bằng 50MPa; Các tình huống áp dụng: Lớp lót của lò nung nhiệt độ trung bình và cao (như vùng nung lò quay xi măng, lò gia nhiệt luyện kim), cần tránh tạp chất quá mức (như Fe₂O₃, TiO₂) để ngăn hình thành các pha có điểm nóng chảy thấp (như FeO·Al₂O₃, điểm nóng chảy 1250 độ);
(2) Cốt liệu Corundum (Al₂O₃ Lớn hơn hoặc bằng 90%): Thành phần và hiệu suất: Chủ yếu là -corundum, cấu trúc dày đặc, độ chịu lửa Lớn hơn hoặc bằng 1850 độ, khả năng chống ăn mòn (chẳng hạn như khả năng chống thép nóng chảy và ăn mòn xỉ) tốt hơn cốt liệu alumina-cao; Các tình huống áp dụng: Môi trường nhiệt độ cực cao (chẳng hạn như máng sắt của lò luyện thép và lò luyện kim loại màu-), cần kiểm soát sự phân bố kích thước hạt cốt liệu để tránh cốt liệu thô quá mức gây giảm độ ổn định sốc nhiệt.
2. Bột vi mô chịu lửa: Loại vi bột cốt lõi để đạt được hiệu suất và "xi măng thấp"
cải tiến chiếm 5% -15%, đây là chìa khóa để phân biệt vật liệu đúc chịu lửa xi măng thấp với vật đúc thông thường. Nó chủ yếu bao gồm:
(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%) sẽ làm tăng nhu cầu sử dụng nước và cần được sử dụng cùng với thiết bị giảm nước;
(2) Silica fume (SiO₂ Lớn hơn hoặc bằng 90%, D50=0.1-0.5μm): Cơ chế hoạt động: Nó có hoạt tính pozzolanic cao và phản ứng với Ca(OH)₂ được tạo ra bởi quá trình hydrat hóa xi măng để tạo thành gel C-S-H, giúp cải thiện cường độ sớm. Các hạt hình cầu của nó có thể làm giảm ma sát bên trong vật liệu và cải thiện tính lưu động. Biện pháp phòng ngừa: Lượng silica fume sử dụng phải được kiểm soát (thường là 3%{10}}8%). Việc sử dụng quá mức sẽ khiến vật đúc tạo thành một lượng lớn thủy tinh-có điểm nóng chảy{12}}thấp (chẳng hạn như thủy tinh CaO-SiO₂-Al₂O₃, điểm nóng chảy<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Chất kết dính: Chìa khóa đảm bảo tính công tác và phát triển cường độ.
Chất kết dính của vật liệu đúc có hàm lượng xi măng thấp-chủ yếu là xi măng aluminat, được bổ sung bằng liên kết hóa học của bột mịn. Hiệu suất của nó ảnh hưởng đến thời gian đông kết và độ bền của vật đúc:
(1) Xi măng Aluminate (CA-50, CA-70): Thành phần và đặc tính: CA-50 chứa 50%-60% CA (monocalcium aluminate), có thời gian đông kết vừa phải (thời gian đông kết ban đầu Lớn hơn hoặc bằng 45 phút, đông kết cuối cùng Nhỏ hơn hoặc bằng 10h) và cường độ ban đầu cao (cường độ nén 1d Lớn hơn hoặc bằng 20MPa); CA-70 chứa lớn hơn hoặc bằng 70% CA, có cường độ ban đầu cao hơn, nhưng đông kết nhanh hơn và cần được sử dụng cùng với chất làm chậm; Tác động đến hiệu suất: Hàm lượng CaO trong xi măng ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lửa. Cứ tăng 1% CaO thì độ khúc xạ giảm khoảng 15-20 độ. Vì vậy, nên chọn xi măng có hàm lượng CaO thấp (CA-70 CaO Nhỏ hơn hoặc bằng 22%);
(2) Chất làm chậm đông kết/chất tăng tốc: Chất làm chậm đông kết (chẳng hạn như axit citric và axit tartaric, được thêm ở mức 0,05%-0,2%) kéo dài thời gian đông kết và phù hợp cho việc-vận chuyển đường dài hoặc đổ khối lượng lớn-. Chất tăng tốc đông kết (chẳng hạn như Li₂CO₃ và CaCl₂, được thêm ở mức 0,01%-0,05%) rút ngắn thời gian đông kết và phù hợp với môi trường xây dựng nhiệt độ thấp (chẳng hạn như xây dựng vào mùa đông). Tuy nhiên, nên tránh sử dụng quá mức vì nó có thể làm giảm sức mạnh.
4. Chất khử nước: Chất phụ gia cốt lõi giúp cân bằng nhu cầu nước và tính lưu loát
Bộ giảm nước là chìa khóa để đạt được "nước thấp và lưu lượng cao" trong vật liệu đúc chịu lửa có hàm lượng xi măng thấp. Số tiền bổ sung thường là 0,1% -0,5%:
(1) Chất khử nước axit polycarboxylic: Ưu điểm: Tỷ lệ giảm nước cao (lên tới 30% -40%), duy trì độ sụt tốt (mất độ giãn nở trong vòng 1 giờ Nhỏ hơn hoặc bằng 20 mm), khả năng tương thích tốt với xi măng aluminate và sẽ không gây ra hiện tượng chậm quá mức; Tác động đến hiệu suất: Nó có thể giảm nhu cầu nước từ 2-3 điểm phần trăm, tăng cường độ nén của vật đúc sau khi nung ở 1100 độ thêm 15% -20% và giảm độ xốp rõ ràng xuống 3-5 điểm phần trăm;
(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%) sẽ khiến vật đúc bị bong lớp hoặc mất độ bền.
5. Phụ gia chức năng: điều chỉnh độ ổn định khối lượng và tính chất đặc biệt
(1) Chất trương nở (kyanite, sillimanite): Chức năng: ở nhiệt độ cao (1100-1400 độ), nó chuyển thành mullite, giãn nở 10% -15%, bù lại độ co ngót của vật đúc và tránh nứt; liều lượng: thường là 3% -5%, liều lượng quá mức sẽ dẫn đến giãn nở thể tích quá mức và tạo ra căng thẳng bên trong;
(2) Chất chống-nổ (bột nhôm kim loại, lượng bổ sung 0,1%-0,3%): - Chức năng: trong quá trình gia nhiệt (200-600 độ ), nó oxy hóa chậm để tạo ra Al₂O₃, giải phóng một lượng khí nhỏ, thải nước tự do bên trong vật liệu đúc chịu lửa xi măng thấp, tránh vỡ kết cấu do nước bay hơi nhanh ở nhiệt độ cao;
(3) Chất ổn định sốc nhiệt (silicon cacbua, silicon nitride, lượng bổ sung 5%-10%): Chức năng: Tận dụng đặc tính giãn nở thấp của cacbua silic (hệ số giãn nở nhiệt 4,5×10⁻⁶/độ) và silicon nitride (hệ số giãn nở nhiệt 3,2×10⁻⁶/độ) để giảm ứng suất nhiệt của vật đúc và cải thiện độ ổn định sốc nhiệt (thường là số lượng nhiệt làm mát bằng nước) cú sốc có thể tăng từ 10 lần lên hơn 20 lần).
