I. Vorbereitungsprinzipien von Gießmassen mit niedrigem Zementgehalt
Die Vorbereitung vonFeuerfeste Gussteile mit niedrigem ZementgehaltDie Hauptziele sollten „Reduzierung des Zementgehalts, Optimierung der Mikrostruktur und Verbesserung der Hochtemperaturleistung“ sein und die folgenden vier Grundsätze strikt befolgen, um sicherzustellen, dass es sowohl Verarbeitbarkeit als auch Betriebsstabilität aufweist:
1. Prinzip der Partikelklassifizierungsoptimierung
Die Partikelklassierung ist die Grundlage für die Bestimmung der Schüttdichte, Porosität und Festigkeit von Gussmassen. Es muss der „Theorie der dichtesten Packung“ folgen und in der Regel ein drei-stufiges oder vier-stufiges Bewertungsdesign aufweisen:
1) Grober Zuschlagstoff (5-15 mm): macht 30–45 % aus, spielt hauptsächlich eine Skelettstützfunktion, und Rohstoffe mit guter chemischer Stabilität und niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten (wie Bauxit mit hohem Aluminiumoxidgehalt, Korund) müssen ausgewählt werden, um strukturelle Risse aufgrund von Volumenänderungen bei hohen Temperaturen zu vermeiden;
2) Mittlerer Zuschlagstoff (1–5 mm): macht 20–30 % aus, füllt die Lücken zwischen groben Zuschlagstoffen, verbessert die Materialfließfähigkeit und muss der Zusammensetzung grober Zuschlagstoffe entsprechen, um Grenzflächenreaktionen zu reduzieren;
3) Feines Pulver (0,074–1 mm): macht 15–25 % aus, füllt die Lücken zwischen den Aggregaten weiter und verbessert die Dichte. Die Partikelgröße von Feinpulver muss innerhalb eines angemessenen Bereichs kontrolliert werden. Zu grobes Pulver führt leicht zu lockerer Stapelung, während zu feines Pulver den Wasserbedarf erhöht;
4) Mikropulver (<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. Prinzip der präzisen Kontrolle der Zementdosierung
Die Zementdosierung (hauptsächlich Aluminatzement) von feuerfesten Gussmassen mit niedrigem Zementgehalt beträgt normalerweise weniger als oder gleich 8 % (Massenanteil). Es muss eine Balance zwischen „Dosierung reduzieren“ und „Aufbau und Frühfestigkeit sicherstellen“ gefunden werden:
(1) Mindestwirksame Dosierung: Bestimmen Sie die Zementdosierung entsprechend dem Zweck des Gießguts (z. B. . 5 %-7 % für Hochtemperatur-Ofenauskleidungen, 7 %-8 % für Niedertemperatur-Rohrleitungen). Vermeiden Sie eine übermäßige Dosierung, die bei hohen Temperaturen zur Bildung von Calciumaluminaten mit niedrigem Schmelzpunkt (z. B. CA6, C12A7) führt, was die Feuerfestigkeit verringert.
(2) Synergie mit Mikropulver: Durch die puzzolanische Reaktion von Silicastaub und Aluminiumoxid-Mikropulver verbinden sie sich mit Zementhydratationsprodukten (z. B. CAH10, C2AH8) und bilden ein stabiles C-A-S-H-Gel oder säulenförmige CA6-Kristalle, wodurch der Festigkeitsverlust ausgeglichen wird, der durch die Reduzierung der Zementdosierung verursacht wird.
3. Prinzip des Gleichgewichts zwischen Wasserbedarf und Fließfähigkeit
Der Wasserbedarf wirkt sich direkt auf die Dichte, Porosität und Verarbeitbarkeit von Gussmassen aus und muss innerhalb des niedrigsten sinnvollen Bereichs (normalerweise 5–8 %) kontrolliert werden:
(1) Reduzieren Sie den Wasserbedarf: Durch die Zugabe hocheffizienter Wasserreduzierer (z. B. Polycarbonsäuren und Naphthalinreihen) wird die Anziehung zwischen Partikeln verringert, eine hohe Fließfähigkeit bei niedrigem Wassergehalt erreicht und die Bildung von Durchgangsporen nach übermäßiger Wasserverdunstung vermieden;
(2) Anpassung der Fließfähigkeit: Passen Sie die Fließfähigkeit entsprechend der Konstruktionsmethode an (z. B. Pumpen und Vibration). Die Ausdehnung gepumpter Materialien muss größer oder gleich 250 mm sein, und die Ausdehnung vibrierter Materialien muss größer oder gleich 200 mm sein. Vermeiden Sie gleichzeitig eine übermäßige Strömung, die zu einer Schichtung der Aggregate führt.
4. Prinzipien der Volumenstabilitätskontrolle
Feuerfeste Gussteile mit niedrigem Zementgehalt neigen während des Erhitzens zu Volumenänderungen aufgrund von Phasenwechsel und Zersetzung von Hydratationsprodukten. Dies erfordert die Auswahl der Rohstoffe und die Kontrolle der Zusatzstoffe:
(1) Kompensation der Rohstoffexpansion: Fügen Sie eine angemessene Menge Expansionsmittel hinzu (z. B. Kyanit und Sillimanit, die sich bei hoher Temperatur in Mullit umwandeln und sich um 10–15 % ausdehnen), um die durch die Zersetzung von Zementhydratationsprodukten verursachte Schrumpfung auszugleichen (z. B. CAH10, das sich bei 100–200 Grad in C2AH8 zersetzt, mit einer Volumenschrumpfung von etwa 10 %);
(2) Mikrostrukturoptimierung: Durch Mikropulverfüllung und gerichtetes Kristallwachstum (z. B. CA6-Säulenkristallverflechtung) wird die lockere Struktur beim Erhitzen reduziert und die Volumenstabilität verbessert. Normalerweise ist es erforderlich, dass die lineare Änderungsrate nach dem Brennen bei 1100 Grad innerhalb von ±0,5 % kontrolliert wird.
2. Wichtige Rohstoffe, die die Leistung von Gussteilen mit niedrigem Zementgehalt beeinflussen
Die Leistung von Gussstücken mit niedrigem -Zementgehalt (Feuerfestigkeit, Festigkeit, Thermoschockstabilität und Korrosionsbeständigkeit) wird durch die chemische Zusammensetzung, die Mineralstruktur und die Partikelgrößenverteilung der Rohstoffe bestimmt. Die Kernrohstoffe lassen sich in fünf Kategorien einteilen:
1. Feuerfester Zuschlagstoff: Bestimmt das feuerfeste Fundament und die Skelettfestigkeit des Gussstücks.
Feuerfester Zuschlagstoff macht 60 %-75 % aus und ist das „Skelett“ des Gussmaterials. Seine Leistung bestimmt direkt die Feuerfestigkeit und Hochtemperaturtragfähigkeit des Gussstücks:
(1) Aluminiumoxid-Aggregat (Al₂O₃ größer oder gleich 70 %) Zusammensetzung und Leistung: Hauptbestandteile sind Korund und Mullit, Feuerfestigkeit größer oder gleich 1770 Grad, Druckfestigkeit bei Raumtemperatur größer oder gleich 100 MPa, Druckfestigkeit bei hoher Temperatur (1400 Grad) größer oder gleich 50 MPa; Anwendbare Szenarien: Auskleidungen von Mittel- und Hochtemperaturöfen (z. B. Zement-Drehrohrofen-Brennzone, metallurgische Heizöfen), es ist notwendig, übermäßige Verunreinigungen (wie Fe₂O₃, TiO₂) zu vermeiden, um die Bildung von Phasen mit niedrigem Schmelzpunkt (wie FeO·Al₂O₃, Schmelzpunkt 1250 Grad) zu verhindern;
(2) Korundaggregat (Al₂O₃ größer oder gleich 90 %): Zusammensetzung und Leistung: Hauptsächlich -Korund, dichte Struktur, Feuerfestigkeit größer oder gleich 1850 Grad, Korrosionsbeständigkeit (z. B. Beständigkeit gegen geschmolzenen Stahl und Schlackenkorrosion) ist besser als Aggregate mit hohem -Aluminiumoxidgehalt; Anwendbare Szenarien: Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen (z. B. der Eisentrog eines Stahlhochofens und eines Schmelzofens für Nichteisenmetalle). Es ist notwendig, die Größenverteilung der Aggregatpartikel zu kontrollieren, um zu verhindern, dass übermäßig grobe Aggregate zu einer Verschlechterung der Thermoschockstabilität führen.
2. Feuerfestes Mikropulver: Das Kernmikropulver zur Erzielung von „Low Cement“ und Leistung
Die Verbesserung macht 5–15 % aus, was der Schlüssel zur Unterscheidung von feuerfesten Gussstücken mit niedrigem Zementgehalt von gewöhnlichen Gussstücken ist. Es umfasst hauptsächlich:
(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 % erhöht den Wasserbedarf und muss mit einem Wasserreduzierer verwendet werden;
(2) Quarzstaub (SiO₂ größer oder gleich 90 %, D50=0.1-0.5μm): Wirkmechanismus: Er weist eine hohe puzzolanische Aktivität auf und reagiert mit Ca(OH)₂, das durch die Hydratation des Zements entsteht, unter Bildung eines C-S-H-Gels, das die Frühfestigkeit verbessert. Seine kugelförmigen Partikel können die innere Reibung im Material verringern und die Fließfähigkeit verbessern. Vorsichtsmaßnahmen: Die Menge des verwendeten Quarzstaubs muss kontrolliert werden (normalerweise 3 %-8 %). Übermäßiger Gebrauch führt dazu, dass das Gießmaterial eine große Menge Glas mit niedrigem-Schmelzpunkt-bildet (z. B. CaO-SiO₂-Al₂O₃-Glas, Schmelzpunkt).<1400°C) at high temperatures, reducing corrosion resistance.
3. Bindemittel: Der Schlüssel zur Gewährleistung der Belastbarkeit und Kraftentwicklung.
Das Bindemittel von Gussmassen mit niedrigem-Zementgehalt besteht hauptsächlich aus Aluminatzement, ergänzt durch chemische Bindung von feinem Pulver. Seine Leistung beeinflusst die Abbindezeit und Festigkeit des Gussmaterials:
(1) Aluminatzement (CA-50, CA-70): Zusammensetzung und Eigenschaften: CA-50 enthält 50–60 % CA (Monocalciumaluminat), hat eine moderate Abbindezeit (anfängliche Abbindung größer oder gleich 45 Minuten, endgültige Abbindung kleiner oder gleich 10 Stunden) und eine hohe Anfangsfestigkeit (1d-Druckfestigkeit größer oder gleich 20 MPa); CA-70 enthält mehr als oder gleich 70 % CA, hat eine höhere Frühfestigkeit, härtet aber schneller aus und muss mit einem Verzögerer verwendet werden; Auswirkungen auf die Leistung: Der CaO-Gehalt im Zement wirkt sich direkt auf die Feuerfestigkeit aus. Mit jedem Anstieg des CaO um 1 % nimmt die Feuerfestigkeit um etwa 15–20 Grad ab. Daher sollte Zement mit einem niedrigen CaO-Gehalt (CA-70 CaO kleiner oder gleich 22 %) ausgewählt werden;
(2) Abbindeverzögerer/-beschleuniger: Abbindeverzögerer (z. B. Zitronensäure und Weinsäure, zugesetzt mit 0,05 %-0,2 %) verlängern die Abbindezeit und eignen sich für den Transport über weite-Distanzen oder für das Ausgießen großer{8}}Mengen. Abbindebeschleuniger (wie Li₂CO₃ und CaCl₂, zugesetzt in einer Menge von 0,01 % bis 0,05 %) verkürzen die Abbindezeit und eignen sich für Bauumgebungen mit niedrigen Temperaturen (z. B. Winterbau). Eine übermäßige Anwendung sollte jedoch vermieden werden, da dies zu einer Verringerung der Festigkeit führen kann.
4. Wasserreduzierer: Der Hauptzusatzstoff zum Ausgleich von Wasserbedarf und Fließfähigkeit
Der Wasserreduzierer ist der Schlüssel zur Erzielung von „geringem Wasser und hohem Durchfluss“ bei feuerfesten Gussstücken mit niedrigem Zementgehalt. Die Zugabemenge beträgt üblicherweise 0,1–0,5 %:
(1) Polycarbonsäure-Wasserreduzierer: Vorteile: Hohe Wasserreduktionsrate (bis zu 30 %–40 %), gute Setzmaßbeständigkeit (Verlust der Ausdehnung innerhalb einer Stunde kleiner oder gleich 20 mm), gute Kompatibilität mit Aluminatzement und verursacht keine übermäßige Verzögerung; Auswirkungen auf die Leistung: Es kann den Wasserbedarf um 2–3 Prozentpunkte senken, die Druckfestigkeit des Gussmaterials nach dem Brennen bei 1100 Grad um 15–20 % erhöhen und die scheinbare Porosität um 3–5 Prozentpunkte verringern.
(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 %) führen zur Delaminierung des Gussmaterials oder zu einem Festigkeitsverlust.
5. Funktionelle Additive: Regulierung der Volumenstabilität und besonderer Eigenschaften
(1) Expansionsmittel (Kyanit, Sillimanit): Funktion: Bei hoher Temperatur (1100–1400 Grad) wandelt es sich in Mullit um, dehnt sich um 10–15 % aus, gleicht die Schrumpfung des Gussmaterials aus und verhindert Risse; Dosierung: normalerweise 3–5 %, eine übermäßige Dosierung führt zu einer übermäßigen Volumenausdehnung und erzeugt inneren Stress;
(2) Anti-Explosionsschutzmittel (metallisches Aluminiumpulver, Zugabemenge 0,1 %-0,3 %): – Funktion: Während des Erhitzungsprozesses (200–600 Grad) oxidiert es langsam unter Bildung von Al₂O₃, setzt eine kleine Menge Gas frei, entlädt das freie Wasser in feuerfesten Gussstücken mit niedrigem Zementgehalt und verhindert, dass die Struktur aufgrund der schnellen Verdunstung von Wasser bei hoher Temperatur platzt;
(3) Thermoschockstabilisator (Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, zugesetzte Menge 5 %-10 %): Funktion: Nutzen Sie die geringen Ausdehnungseigenschaften von Siliziumkarbid (Wärmeausdehnungskoeffizient 4,5×10⁻⁶/Grad) und Siliziumnitrid (Wärmeausdehnungskoeffizient 3,2×10⁻⁶/Grad), um die thermische Belastung des Gussstücks zu reduzieren und die Thermoschockstabilität (normalerweise die Zahl) zu verbessern von wassergekühlten Thermoschocks kann vom 10-fachen auf mehr als das 20-fache erhöht werden).
