แนะนำผลิตภัณฑ์หล่อทนไฟที่มีปูนซีเมนต์ต่ำ

เปรียบเทียบวัสดุหล่อทนไฟที่ใช้ปูนซีเมนต์ต่ำกับวัสดุหล่อทนไฟที่ใช้ปูนซีเมนต์อะลูมิเนตแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปแล้ว ปริมาณการเติมปูนซีเมนต์ของวัสดุหล่อทนไฟที่ใช้ปูนซีเมนต์อะลูมิเนตแบบดั้งเดิมจะอยู่ที่ 12-20% และปริมาณการเติมน้ำโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 9-13% เนื่องจากมีการเติมน้ำในปริมาณมาก ตัวหล่อจึงมีรูพรุนจำนวนมาก ไม่หนาแน่น และมีความแข็งแรงต่ำ แม้ว่าจะเติมปูนซีเมนต์ในปริมาณมาก แต่ความแข็งแรงจะลดลงเนื่องจากแคลเซียมอะลูมิเนตเปลี่ยนสถานะเป็นผลึกที่อุณหภูมิปานกลาง เห็นได้ชัดว่า CaO ที่เติมเข้าไปจะทำปฏิกิริยากับ SiO2 และ Al2O3 ในวัสดุหล่อ ทำให้เกิดสารที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ส่งผลให้คุณสมบัติที่อุณหภูมิสูงของวัสดุเสื่อมลง

เมื่อใช้เทคโนโลยีผงละเอียดพิเศษ สารผสมประสิทธิภาพสูง และการไล่ระดับอนุภาคทางวิทยาศาสตร์ ปริมาณซีเมนต์ในวัสดุหล่อจะลดลงเหลือน้อยกว่า 8% และปริมาณน้ำจะลดลงเหลือ ≤7% และสามารถเตรียมวัสดุหล่อทนไฟแบบซีรีส์ซีเมนต์ต่ำและนำเข้าสู่กระบวนการนี้ได้ ปริมาณ CaO อยู่ที่ ≤2.5% และโดยทั่วไปแล้วตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพจะสูงกว่าวัสดุหล่อทนไฟแบบซีรีส์ซีเมนต์อะลูมิเนต วัสดุหล่อทนไฟประเภทนี้มีสมบัติการยึดเกาะแบบไธโซทรอปิกที่ดี กล่าวคือ วัสดุที่ผสมจะมีรูปร่างที่แน่นอนและเริ่มไหลเมื่อได้รับแรงภายนอกเพียงเล็กน้อย เมื่อแรงภายนอกถูกกำจัดออกไป รูปร่างที่ได้จะยังคงเดิม ดังนั้นจึงเรียกว่าวัสดุหล่อทนไฟแบบไธโซทรอปิก วัสดุหล่อทนไฟแบบไหลเองได้เรียกว่าวัสดุหล่อทนไฟแบบไธโซทรอปิก ซึ่งจัดอยู่ในประเภทนี้ ยังไม่มีการกำหนดความหมายที่ชัดเจนของวัสดุหล่อทนไฟแบบซีรีส์ซีเมนต์ต่ำ American Society for Testing and Materials (ASTM) กำหนดและจำแนกประเภทวัสดุหล่อทนไฟตามปริมาณ CaO

คุณสมบัติเด่นของวัสดุหล่อทนไฟซีรีส์ซีเมนต์ต่ำคือความหนาแน่นและความแข็งแรงสูง ข้อดีนี้ช่วยยืดอายุการใช้งานและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ แต่ก็อาจทำให้เกิดปัญหาในการอบก่อนใช้งาน กล่าวคือ การเทอาจเกิดขึ้นได้ง่ายหากไม่ระมัดระวังในระหว่างการอบ อย่างน้อยที่สุด ปรากฏการณ์การแตกของตัววัสดุอาจจำเป็นต้องเทซ้ำ หรืออาจเป็นอันตรายต่อความปลอดภัยของคนงานโดยรอบในกรณีที่รุนแรง ดังนั้น หลายประเทศจึงได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการอบวัสดุหล่อทนไฟซีรีส์ซีเมนต์ต่ำ มาตรการทางเทคนิคหลักๆ ได้แก่ การกำหนดเส้นโค้งของเตาอบที่เหมาะสมและการใช้สารป้องกันการระเบิดคุณภาพสูง เป็นต้น ซึ่งจะทำให้วัสดุหล่อทนไฟสามารถกำจัดน้ำได้อย่างราบรื่นโดยไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงอื่นๆ

เทคโนโลยีผงละเอียดพิเศษเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับวัสดุหล่อทนไฟซีรีส์ซีเมนต์ต่ำ (ปัจจุบันผงละเอียดพิเศษส่วนใหญ่ที่ใช้ในเซรามิกและวัสดุทนไฟมีขนาดจริงอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 10 ม. และทำหน้าที่หลักในการเร่งการกระจายตัวและตัวเพิ่มความหนาแน่นของโครงสร้าง) ผงละเอียดพิเศษทำให้อนุภาคซีเมนต์กระจายตัวสูงโดยไม่จับตัวเป็นก้อน ในขณะที่ผงละเอียดพิเศษทำให้รูพรุนขนาดเล็กในตัวเทเต็มและเพิ่มความแข็งแรง

ผงละเอียดพิเศษที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 เป็นต้น ผง SiO2 ขนาดเล็กมีพื้นที่ผิวจำเพาะประมาณ 20 ตารางเมตรต่อกรัม และมีขนาดอนุภาคประมาณ 1/100 ของขนาดอนุภาคซีเมนต์ จึงมีคุณสมบัติในการเติมที่ดี นอกจากนี้ ผง SiO2, Al2O3, Cr2O3 ขนาดเล็กยังสามารถสร้างอนุภาคคอลลอยด์ในน้ำได้อีกด้วย เมื่อมีสารกระจายตัว จะเกิดชั้นไฟฟ้าสองชั้นซ้อนทับกันบนพื้นผิวของอนุภาคเพื่อสร้างแรงผลักไฟฟ้าสถิต ซึ่งเอาชนะแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างอนุภาคและลดพลังงานที่ผิวสัมผัส นอกจากนี้ยังช่วยป้องกันการดูดซับและการจับตัวเป็นก้อนระหว่างอนุภาค ขณะเดียวกัน สารกระจายตัวจะถูกดูดซับรอบอนุภาคเพื่อสร้างชั้นตัวทำละลาย ซึ่งช่วยเพิ่มความลื่นไหลของวัสดุหล่ออีกด้วย นี่เป็นกลไกอย่างหนึ่งของผงละเอียดพิเศษ นั่นคือ การเติมผงละเอียดพิเศษและสารกระจายตัวที่เหมาะสมจะช่วยลดการใช้น้ำของวัสดุหล่อทนไฟและปรับปรุงความลื่นไหลได้

การแข็งตัวและการแข็งตัวของวัสดุหล่อทนไฟที่มีปูนซีเมนต์ต่ำเป็นผลมาจากการทำงานร่วมกันของพันธะไฮเดรชันและพันธะโคฮีชัน พันธะไฮเดรชันและการแข็งตัวของซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนตส่วนใหญ่เกิดจากการไฮเดรชันของเฟสไฮดรอลิก CA และ CA2 และกระบวนการเจริญเติบโตของผลึกไฮเดรชัน กล่าวคือ พวกมันทำปฏิกิริยากับน้ำจนเกิดเป็นเกล็ดหกเหลี่ยมหรือ CAH10, C2AH8 รูปเข็ม และผลิตภัณฑ์ไฮเดรชัน เช่น ผลึก C3AH6 ลูกบาศก์และเจล Al2O3аq ก่อตัวเป็นโครงสร้างเครือข่ายควบแน่น-ตกผลึกที่เชื่อมต่อกันในระหว่างกระบวนการบ่มและให้ความร้อน การรวมตัวและการแข็งตัวเกิดจากผง SiO2 ละเอียดพิเศษที่มีฤทธิ์ซึ่งก่อตัวเป็นอนุภาคคอลลอยด์เมื่อสัมผัสกับน้ำ และสัมผัสกับไอออนที่ค่อยๆ แตกตัวออกจากสารเติมแต่งที่เติมลงไป (เช่น สารอิเล็กโทรไลต์) เนื่องจากประจุบนพื้นผิวของทั้งสองมีค่าตรงกันข้าม กล่าวคือ พื้นผิวคอลลอยด์มีการดูดซับไอออนลบ ทำให้ศักย์ไฟฟ้าลดลงและเกิดการควบแน่นเมื่อการดูดซับไปถึง "จุดไอโซอิเล็กทริก" กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อแรงผลักไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์มีค่าน้อยกว่าแรงดึงดูด จะเกิดพันธะยึดเหนี่ยวกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ หลังจากที่วัสดุหล่อทนไฟที่ผสมกับผงซิลิกาควบแน่นแล้ว หมู่ Si-OH ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของ SiO2 จะถูกทำให้แห้งและคายน้ำเพื่อเชื่อมประสานกัน ก่อให้เกิดโครงสร้างเครือข่ายไซลอกเซน (Si-O-Si) ซึ่งจะทำให้แข็งตัว ในโครงสร้างเครือข่ายไซลอกเซน พันธะระหว่างซิลิคอนและออกซิเจนจะไม่ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ดังนั้นความแข็งแรงจึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะเดียวกัน ที่อุณหภูมิสูง โครงสร้างเครือข่าย SiO2 จะทำปฏิกิริยากับ Al2O3 ที่ห่อหุ้มไว้ กลายเป็นมัลไลท์ ซึ่งสามารถเพิ่มความแข็งแรงที่อุณหภูมิปานกลางและสูงได้