Vật liệu đúc chịu lửa hàm lượng xi măng thấp được so sánh với vật liệu đúc chịu lửa xi măng aluminat truyền thống. Lượng xi măng thêm vào của vật liệu đúc chịu lửa xi măng aluminat truyền thống thường là 12-20%, và lượng nước thêm vào thường là 9-13%. Do lượng nước thêm vào cao, sản phẩm đúc có nhiều lỗ rỗng, không đặc chắc và có độ bền thấp; do lượng xi măng thêm vào lớn, mặc dù có thể đạt được độ bền ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp cao hơn, nhưng độ bền giảm do sự biến đổi tinh thể của canxi aluminat ở nhiệt độ trung bình. Rõ ràng, CaO được thêm vào phản ứng với SiO2 và Al2O3 trong vật liệu đúc để tạo ra một số chất có điểm nóng chảy thấp, dẫn đến sự suy giảm các tính chất ở nhiệt độ cao của vật liệu.
Khi sử dụng công nghệ bột siêu mịn, phụ gia hiệu quả cao và phân cấp hạt khoa học, hàm lượng xi măng trong vật liệu đúc chịu lửa được giảm xuống dưới 8% và hàm lượng nước giảm xuống ≤7%, có thể chế tạo được vật liệu đúc chịu lửa có hàm lượng xi măng thấp với hàm lượng CaO ≤2,5%, và các chỉ tiêu hiệu năng của nó thường vượt trội so với vật liệu đúc chịu lửa xi măng aluminat. Loại vật liệu đúc chịu lửa này có tính chất thixotropy tốt, nghĩa là vật liệu trộn có hình dạng nhất định và bắt đầu chảy khi có tác động lực nhỏ từ bên ngoài. Khi loại bỏ tác động lực bên ngoài, nó vẫn giữ nguyên hình dạng đã đạt được. Do đó, nó còn được gọi là vật liệu đúc chịu lửa thixotropic. Vật liệu đúc chịu lửa tự chảy cũng được gọi là vật liệu đúc chịu lửa thixotropic. Thuộc loại này. Ý nghĩa chính xác của vật liệu đúc chịu lửa có hàm lượng xi măng thấp vẫn chưa được định nghĩa rõ ràng. Hiệp hội Vật liệu và Thử nghiệm Hoa Kỳ (ASTM) định nghĩa và phân loại vật liệu đúc chịu lửa dựa trên hàm lượng CaO của chúng.
Đặc tính nổi bật của vật liệu chịu lửa đúc có hàm lượng xi măng thấp là độ đặc chắc và độ bền cao. Điều này giúp cải thiện tuổi thọ và hiệu suất của sản phẩm, nhưng cũng gây ra khó khăn trong quá trình nung trước khi sử dụng, đó là hiện tượng nổ thân vật liệu có thể dễ xảy ra nếu không cẩn thận khi rót. Hiện tượng này có thể dẫn đến việc phải rót lại, hoặc trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây nguy hiểm đến sự an toàn của người lao động xung quanh. Do đó, nhiều quốc gia đã tiến hành các nghiên cứu khác nhau về quá trình nung vật liệu chịu lửa đúc có hàm lượng xi măng thấp. Các biện pháp kỹ thuật chính là: bằng cách xây dựng đường cong nhiệt độ lò nung hợp lý và sử dụng các chất chống nổ tốt, v.v., điều này có thể giúp vật liệu chịu lửa đúc thoát nước một cách trơn tru mà không gây ra các tác dụng phụ khác.
Công nghệ bột siêu mịn là công nghệ then chốt cho các vật liệu chịu lửa đúc có hàm lượng xi măng thấp (hiện nay, hầu hết các loại bột siêu mịn được sử dụng trong gốm sứ và vật liệu chịu lửa thực chất có kích thước từ 0,1 đến 10 µm, và chúng chủ yếu có chức năng như chất xúc tiến phân tán và chất làm đặc cấu trúc. Chất xúc tiến giúp các hạt xi măng phân tán cao mà không bị vón cục, trong khi chất làm đặc giúp lấp đầy các lỗ rỗng siêu nhỏ trong vật liệu đúc và cải thiện độ bền).
Các loại bột siêu mịn thường được sử dụng hiện nay bao gồm SiO2, α-Al2O3, Cr2O3, v.v. Diện tích bề mặt riêng của bột siêu mịn SiO2 khoảng 20m2/g, và kích thước hạt của nó bằng khoảng 1/100 kích thước hạt xi măng, do đó nó có đặc tính lấp đầy tốt. Ngoài ra, bột siêu mịn SiO2, Al2O3, Cr2O3, v.v. cũng có thể tạo thành các hạt keo trong nước. Khi có chất phân tán, một lớp điện kép chồng chéo được hình thành trên bề mặt các hạt để tạo ra lực đẩy tĩnh điện, khắc phục lực van der Waals giữa các hạt và giảm năng lượng giao diện. Điều này ngăn ngừa sự hấp phụ và kết tụ giữa các hạt; đồng thời, chất phân tán được hấp phụ xung quanh các hạt để tạo thành một lớp dung môi, cũng làm tăng tính lưu động của vật liệu đúc. Đây cũng là một trong những cơ chế của bột siêu mịn, đó là việc thêm bột siêu mịn và chất phân tán thích hợp có thể giảm lượng nước tiêu thụ của vật liệu đúc chịu lửa và cải thiện tính lưu động.
Quá trình đông kết và đóng rắn của vật liệu chịu lửa đúc có hàm lượng xi măng thấp là kết quả của sự kết hợp giữa liên kết thủy hóa và liên kết nội phân tử. Quá trình thủy hóa và đóng rắn của xi măng canxi aluminat chủ yếu là quá trình thủy hóa các pha thủy lực CA và CA2 và quá trình phát triển tinh thể của các hydrat của chúng, tức là chúng phản ứng với nước để tạo thành các tinh thể CAH10, C2AH8 dạng vảy lục giác hoặc hình kim và các sản phẩm thủy hóa như tinh thể C3AH6 dạng lập phương và gel Al2O3aq, sau đó tạo thành cấu trúc mạng lưới ngưng tụ-kết tinh liên kết với nhau trong quá trình bảo dưỡng và gia nhiệt. Sự kết tụ và liên kết là do bột siêu mịn SiO2 hoạt tính tạo thành các hạt keo khi gặp nước, và gặp các ion phân ly chậm từ chất phụ gia được thêm vào (tức là chất điện giải). Bởi vì điện tích bề mặt của hai chất này trái dấu, tức là bề mặt keo đã hấp thụ các ion trái dấu, làm giảm điện thế và xảy ra sự ngưng tụ khi sự hấp thụ đạt đến "điểm đẳng điện". Nói cách khác, khi lực đẩy tĩnh điện trên bề mặt các hạt keo nhỏ hơn lực hút, liên kết kết dính sẽ xảy ra nhờ lực van der Waals. Sau khi hỗn hợp vật liệu chịu lửa trộn với bột silica được nén chặt, các nhóm Si-OH hình thành trên bề mặt SiO2 sẽ bị khô và khử nước để tạo thành cầu nối, hình thành cấu trúc mạng siloxan (Si-O-Si), từ đó làm cứng vật liệu. Trong cấu trúc mạng siloxan, liên kết giữa silic và oxy không giảm khi nhiệt độ tăng, do đó độ bền cũng tiếp tục tăng. Đồng thời, ở nhiệt độ cao, cấu trúc mạng SiO2 sẽ phản ứng với Al2O3 được bao bọc bên trong để tạo thành mullit, giúp cải thiện độ bền ở nhiệt độ trung bình và cao.
Thời gian đăng bài: 28/02/2024
