Feuerfeste GussteileBei Zwischentemperaturen (typischerweise 800 Grad -1000 Grad oder höher) kommt es häufig zu einem erheblichen Festigkeitsverlust. Dies ist hauptsächlich auf die Dehydrierung, Rekristallisation und physikalische Schrumpfung der Hydrate im Bindemittel zurückzuführen, was zu einer porösen Struktur führt. Um die Festigkeit von Gussteilen aus feuerfestem Material bei mittleren Temperaturen zu verbessern, kann man sich auf mehrere Kerndimensionen konzentrieren: Rohstoffdosierung, Optimierung des Bindemittelsystems, Verwendung von Zusatzstoffen und Konstruktionstechniken. Im Folgenden sind konkrete Verbesserungsstrategien aufgeführt:
I. Optimierung von Rohstoffen und Kompensation chemischer Reaktionen
Dies ist die direkteste und effektivste Methode. Der Kern besteht darin, die durch die chemische Reaktion erzeugte Volumenausdehnung zu nutzen, um die Schrumpfung beim Sintern auszugleichen.
1. Zugabe von feinem Al₂O₃-Pulver: Die Zugabe einer geeigneten Menge von feinem Al₂O₃-Pulver (Alpha-Aluminiumoxid) zum Aluminieren von feuerfesten Gussstücken ist von entscheidender Bedeutung. Bei Zwischentemperaturen kommt es zu einer chemischen Reaktion mit Expansionseffekt, die den durch die Volumenschrumpfung verursachten Festigkeitsverlust ausgleicht. Insbesondere wenn es sich bei dem Bindemittel um CA-70---Aluminiumoxidzement handelt, kann die Zugabe dieses feinen Pulvers die Festigkeit bei mittleren Temperaturen sogar erhöhen, anstatt sie zu verringern.
2. Einführung aktiver Füllstoffe: Reiner Aluminatzement wird mit Quarzstaub kombiniert. Bei 800-1200 Grad reagiert der Silikastaub mit Calciumoxid und bildet eine Anorthit-Verstärkungsphase, die die Festigkeit bei mittleren Temperaturen effektiv um etwa 20 % erhöhen kann.
II. Zugabe von Sintermitteln und Blähmitteln
Durch die Zugabe bestimmter mineralischer Rohstoffe kann das Sinterverhalten bzw. die Volumenstabilität des Materials bei Zwischentemperaturen verändert werden.
1. Zugabe von weichem Ton (Sintermittel): Die Zugabe von 3 %-6 % weichem Ton kann das Sintern des Gussstücks bei niedrigeren Temperaturen fördern, die Mikrostruktur verändern und so die Festigkeit bei Zwischentemperatur erhöhen und sogar die ofentrockene Festigkeit übertreffen.
2. Verwendung von Andalusit (Hochtemperaturverstärkung): Obwohl Andalusit hauptsächlich bei hohen Temperaturen (über 1300 Grad) funktioniert, können das Mullit und das überschüssige SiO₂, die bei der Zersetzung bei hohen Temperaturen entstehen, bei richtiger Formulierung (Zugabe in feiner Pulverform) eine sekundäre Mullitisierung bilden, die bei der Aufrechterhaltung der Festigkeit nach Überschreiten des mittleren Temperaturbereichs sehr hilfreich ist.
3. Verwendung von Borcarbid: Borcarbid wird bei hohen Temperaturen weich, haftet an der Partikeloberfläche und trägt so zur Verdichtung bei. Der auf seiner Oberfläche gebildete B₂O₃-Oxidfilm sorgt für Oxidationsbeständigkeit, während die erzeugten säulenförmigen Kristalle die Porosität verringern und die Festigkeit bei mittleren Temperaturen verbessern.
III. Verbesserung des Bindungssystems:
Das Bindemittel ist das „Skelett“ der feuerfesten Gussteile. Die Wahl eines geeigneten Bindemittels kann die Schwäche der Zwischentemperaturfestigkeit grundlegend verändern.
1. Verwendung von Hochleistungszement: Wenn möglich, sollte reiner Calciumaluminatzement (CA-70 oder höher) verwendet werden. Im Vergleich zu gewöhnlichem CA-50-Zement weist er im Zwischentemperaturstadium eine bessere Festigkeitserhaltungsrate auf.
2. Verbundbindemittel: Zement wird mit chemischen Bindemitteln (z. B. Phosphaten) kombiniert oder es werden kohäsive Bindemittel (z. B. Kieselsol und Aluminiumoxidsol) verwendet. Diese Bindungsmethoden bilden bei mittleren Temperaturen eine stabile Netzwerkstruktur, im Gegensatz zu reinen Hydratationsbindemitteln, die aufgrund von Dehydrierung zum Zusammenbruch neigen.
IV. Mikrostruktur- und Partikelgrößenoptimierung:
Um die innere Struktur des Materials kompakter zu machen und Defekte zu reduzieren, kommen physikalische Methoden zum Einsatz.
1. Angemessene Partikelgrößenverteilung: Optimieren Sie die Partikelverteilung von Aggregaten (wie Korund und Mullit) und folgen Sie dabei dem Prinzip der dichtesten Packung, um die innere Porosität zu reduzieren.
2. Einführung der Mikropulver-Technologie: Fügen Sie entsprechende Mengen an aktiviertem Aluminiumoxid-Mikropulver oder Siliziumoxid-Mikropulver hinzu und nutzen Sie die Füllwirkung des Mikropulvers, um die scheinbare Porosität zu verringern, die Materialdichte zu erhöhen und so die Festigkeit zu verbessern.
V. Aufbau- und Aushärtungskontrolle:
Selbst bei der besten Formulierung des feuerfesten Gussmaterials führt eine unsachgemäße Konstruktion zu einer erheblichen Verringerung der Festigkeit.
1. Strenge Kontrolle der Wasserzugabe: Eine übermäßige Wasserzugabe erhöht die Porosität erheblich und verringert die Dichte. Die Wasserzugabemenge muss beim Mischen strikt gemäß der vom Hersteller empfohlenen Menge eingehalten werden.
2. Standardisieren Sie den Backprozess: Beim Erhitzen auf mittlerer Temperaturstufe (insbesondere 900 bis 1200 Grad) muss eine ausreichende Haltezeit sichergestellt werden, damit die Hydrate vollständig dehydrieren und rekristallisieren können, um Risse oder lockere Strukturen aufgrund übermäßiger Erwärmung zu vermeiden.
