Düşük çimento içerikli refrakter döküm malzemeleri, geleneksel alüminat çimento refrakter döküm malzemeleriyle karşılaştırılmıştır. Geleneksel alüminat çimento refrakter döküm malzemelerinin çimento ilave miktarı genellikle %12-20, su ilave miktarı ise genellikle %9-13'tür. Yüksek miktarda su ilavesi nedeniyle döküm gövdesi çok gözenekli olur, yoğunluğu düşüktür ve mukavemeti azdır; yüksek miktarda çimento ilavesi nedeniyle ise normal ve düşük sıcaklık mukavemetleri daha yüksek olsa da, orta sıcaklıklarda kalsiyum alüminatın kristal dönüşümü nedeniyle mukavemet azalır. Açıkçası, ilave edilen CaO, döküm malzemesindeki SiO2 ve Al2O3 ile reaksiyona girerek düşük erime noktalı bazı maddeler oluşturur ve bu da malzemenin yüksek sıcaklık özelliklerinin bozulmasına neden olur.
Ultra ince toz teknolojisi, yüksek verimli katkı maddeleri ve bilimsel partikül gradasyonu kullanıldığında, dökme malzemenin çimento içeriği %8'in altına ve su içeriği ≤%7'ye düşürülerek düşük çimentolu seri refrakter dökme malzeme hazırlanabilir ve CaO içeriği ≤%2,5'e indirilebilir; performans göstergeleri genellikle alüminat çimento refrakter dökme malzemelerininkini aşar. Bu tip refrakter dökme malzeme iyi bir tiksotropiye sahiptir, yani karışım malzemesi belirli bir şekle sahiptir ve az miktarda dış kuvvetle akmaya başlar. Dış kuvvet kaldırıldığında elde edilen şekli korur. Bu nedenle, tiksotropik refrakter dökme malzeme olarak da adlandırılır. Kendiliğinden akan refrakter dökme malzeme de tiksotropik refrakter dökme malzeme olarak adlandırılır ve bu kategoriye aittir. Düşük çimentolu seri refrakter dökme malzemelerin kesin anlamı henüz tanımlanmamıştır. Amerikan Test ve Malzeme Derneği (ASTM), refrakter döküm malzemelerini CaO içeriklerine göre tanımlar ve sınıflandırır.
Düşük çimento oranlı refrakter dökme malzemelerin en belirgin özellikleri yoğunluk ve yüksek mukavemettir. Bu, ürünün kullanım ömrünü ve performansını artırmak için iyidir, ancak kullanımdan önce fırınlamada da sorunlara yol açar; yani, fırınlama sırasında dikkatli olunmazsa kolayca patlama meydana gelebilir. Gövde patlaması fenomeni en azından yeniden dökme gerektirebilir veya ciddi durumlarda çevredeki işçilerin kişisel güvenliğini tehlikeye atabilir. Bu nedenle, çeşitli ülkeler düşük çimento oranlı refrakter dökme malzemelerin fırınlanması üzerine çeşitli çalışmalar yürütmüştür. Başlıca teknik önlemler şunlardır: makul fırın eğrileri formüle etmek ve mükemmel patlama önleyici maddeler eklemek vb., bu sayede refrakter dökme malzemelerin içindeki su, diğer yan etkilere neden olmadan sorunsuz bir şekilde uzaklaştırılabilir.
Ultra ince toz teknolojisi, düşük çimentolu seri refrakter döküm malzemeleri için kilit teknolojidir (şu anda seramik ve refrakter malzemelerde kullanılan ultra ince tozların çoğu aslında 0,1 ile 10 mikron arasındadır ve esas olarak dağılım hızlandırıcı ve yapısal yoğunlaştırıcı olarak işlev görürler. İlki, çimento parçacıklarının topaklanma olmadan yüksek oranda dağılmasını sağlarken, ikincisi döküm gövdesindeki mikro gözeneklerin tamamen dolmasını ve mukavemetin artmasını sağlar).
Günümüzde yaygın olarak kullanılan ultra ince toz türleri arasında SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 vb. yer almaktadır. SiO2 mikro tozunun özgül yüzey alanı yaklaşık 20 m2/g olup, parçacık boyutu çimento parçacık boyutunun yaklaşık 1/100'ü kadardır, bu nedenle iyi dolgu özelliklerine sahiptir. Ayrıca, SiO2, Al2O3, Cr2O3 mikro tozları vb. suda koloidal parçacıklar da oluşturabilir. Bir dağıtıcı madde mevcut olduğunda, parçacıkların yüzeyinde örtüşen bir elektriksel çift katman oluşarak elektrostatik itme kuvveti oluşturur; bu da parçacıklar arasındaki van der Waals kuvvetini aşar ve arayüz enerjisini azaltır. Parçacıklar arasında adsorpsiyonu ve flokülasyonu önler; aynı zamanda, dağıtıcı madde parçacıkların etrafında adsorbe olarak bir çözücü tabakası oluşturur ve bu da dökülebilir malzemenin akışkanlığını artırır. Bu, ultra ince tozun mekanizmalarından biridir; yani, ultra ince toz ve uygun dağıtıcı maddelerin eklenmesi, refrakter döküm malzemelerinin su tüketimini azaltabilir ve akışkanlığı artırabilir.
Düşük çimentolu refrakter dökme malzemelerin sertleşmesi ve oturması, hidratasyon bağı ve kohezyon bağının birleşik etkisinin sonucudur. Kalsiyum alüminat çimentonun hidratasyonu ve sertleşmesi esas olarak hidrolik fazlar CA ve CA2'nin hidratasyonu ve hidratlarının kristal büyüme sürecidir; yani, su ile reaksiyona girerek altıgen pul veya iğne şeklinde CAH10, C2AH8 ve kübik C3AH6 kristalleri ve Al2O3aq jelleri gibi hidratasyon ürünleri oluştururlar ve daha sonra kürleme ve ısıtma işlemleri sırasında birbirine bağlı bir yoğunlaşma-kristalleşme ağ yapısı oluştururlar. Aglomerasyon ve bağlanma, aktif SiO2 ultra ince tozunun suyla karşılaştığında koloidal parçacıklar oluşturması ve eklenen katkı maddesinden (yani elektrolit madde) yavaşça ayrışan iyonlarla karşılaşması nedeniyle gerçekleşir. İki malzemenin yüzey yükleri zıt olduğundan, yani kolloid yüzeyine karşı iyonlar adsorbe edildiğinden, potansiyel azalır ve adsorpsiyon "izoelektrik noktaya" ulaştığında yoğunlaşma meydana gelir. Başka bir deyişle, kolloidal parçacıkların yüzeyindeki elektrostatik itme, çekimden daha az olduğunda, van der Waals kuvveti yardımıyla kohezif bağ oluşur. Silika tozu ile karıştırılmış refrakter döküm malzemesi yoğunlaştıktan sonra, SiO2 yüzeyinde oluşan Si-OH grupları kurutulup susuzlaştırılarak köprü oluşturur ve bir siloksan (Si-O-Si) ağ yapısı oluşturarak sertleşir. Siloksan ağ yapısında, silikon ve oksijen arasındaki bağlar sıcaklık arttıkça azalmaz, bu nedenle mukavemet de artmaya devam eder. Aynı zamanda, yüksek sıcaklıklarda, SiO2 ağ yapısı, içine sarılmış Al2O3 ile reaksiyona girerek mullit oluşturur; bu da orta ve yüksek sıcaklıklarda mukavemeti artırabilir.
Yayın tarihi: 28 Şubat 2024
