Madala tsemendisisaldusega tulekindlaid valusid võrreldakse traditsiooniliste aluminaattsemendist tulekindlate valudega. Traditsiooniliste aluminaattsemendist tulekindlate valude tsemendi lisamise kogus on tavaliselt 12–20% ja vee lisamise kogus on üldiselt 9–13%. Suure lisatud veekoguse tõttu on valul palju poore, see ei ole tihe ja sellel on madal tugevus; suure lisatud tsemendikoguse tõttu, kuigi saavutatakse suurem normaal- ja madaltemperatuuriline tugevus, väheneb tugevus kaltsiumaluminaadi kristallilise muundumise tõttu keskmisel temperatuuril. Ilmselgelt reageerib lisatud CaO valus SiO2 ja Al2O3-ga, moodustades madala sulamistemperatuuriga aineid, mille tulemuseks on materjali kõrgetemperatuuriliste omaduste halvenemine.
Ülipeene pulbritehnoloogia, suure tõhususega lisandite ja teadusliku osakeste gradatsiooni kasutamisel vähendatakse valuvormi tsemendisisaldust alla 8% ja veesisaldust ≤7%, mis võimaldab valmistada madala tsemendisisaldusega tulekindlat valuvormi. CaO sisaldus on ≤2,5% ja selle toimivusnäitajad ületavad üldiselt aluminaattsemendist tulekindlate valuvormide oma. Seda tüüpi tulekindlal valuvormil on hea tiksotroopia, st segatud materjal omandab teatud kuju ja hakkab vähese välise jõu mõjul voolama. Välise jõu eemaldamisel säilitab see saadud kuju. Seetõttu nimetatakse seda ka tiksotroopseks tulekindlaks valuvormiks. Isevoolavat tulekindlat valuvormi nimetatakse ka tiksotroopseks tulekindlaks valuvormiks. See kuulub sellesse kategooriasse. Madala tsemendisisaldusega tulekindlate valuvormide täpset tähendust pole seni määratletud. Ameerika Materjalide Testimise ja Testimise Ühing (ASTM) määratleb ja liigitab tulekindlaid valuvorme nende CaO sisalduse põhjal.
Madala tsemendisisaldusega tulekindlate valuvormide silmapaistvateks omadusteks on tihedus ja suur tugevus. See parandab toote kasutusiga ja jõudlust, kuid tekitab ka probleeme enne kasutamist küpsetamisel, st kui küpsetamise ajal ettevaatlik ei olda, võib valamine kergesti toimuda. Keha purunemise nähtus võib vähemalt nõuda uuesti valamist või rasketel juhtudel ohustada ümbritsevate töötajate isiklikku turvalisust. Seetõttu on erinevad riigid läbi viinud ka mitmesuguseid uuringuid madala tsemendisisaldusega tulekindlate valuvormide küpsetamise kohta. Peamised tehnilised meetmed on järgmised: mõistlike ahjukõverate formuleerimine ja suurepäraste plahvatusvastaste ainete jms lisamine võimaldab tulekindlatel valuvormidel vett sujuvalt eemaldada ilma muid kõrvalmõjusid tekitamata.
Ülipeene pulbritehnoloogia on madala tsemendisisaldusega tulekindlate valuvormide võtmetehnoloogia (praegu on enamik keraamikas ja tulekindlates materjalides kasutatavaid ülipeeneid pulbreid tegelikult 0,1–10 μm suurused ning need toimivad peamiselt dispersioonikiirendite ja struktuuritihendajatena). Esimene neist muudab tsemendiosakesed väga hajutatuks ilma flokulatsioonita, teine aga täidab valamiskeha mikropoorid täielikult ja parandab tugevust.
Praegu tavaliselt kasutatavate ülipeente pulbrite hulka kuuluvad SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 jne. SiO2 mikropulbri eripind on umbes 20 m2/g ja osakeste suurus on umbes 1/100 tsemendi osakeste suurusest, seega on sellel head täiteomadused. Lisaks võivad SiO2, Al2O3, Cr2O3 mikropulber jne vees moodustada ka kolloidseid osakesi. Dispergeeriva aine olemasolul moodustub osakeste pinnale kattuv elektriline topeltkiht, mis tekitab elektrostaatilise tõukumise, ületades osakestevahelise van der Waalsi jõu ja vähendades liideseenergiat. See hoiab ära osakestevahelise adsorptsiooni ja flokulatsiooni; samal ajal adsorbeerub dispergeeriv aine osakeste ümber, moodustades lahustikihi, mis suurendab ka valuvormi voolavust. See on ka üks ülipeente pulbrite mehhanismidest, st ülipeente pulbrite ja sobivate dispergeerivate ainete lisamine võib vähendada tulekindlate valuvormide veetarbimist ja parandada voolavust.
Madala tsemendisisaldusega tulekindlate valuvormide tardumine ja kõvenemine toimub hüdratsioonliimimise ja kohesiooniliimimise koosmõju tulemusena. Kaltsiumaluminaattsemendi hüdratsioon ja kõvenemine toimub peamiselt hüdrauliliste faaside CA ja CA2 hüdratsiooni ning nende hüdraatide kristallikasvuprotsessi tulemusena, st need reageerivad veega, moodustades kuusnurkseid helbe- või nõelakujulisi CAH10, C2AH8 ja hüdratsiooniprodukte, nagu kuubilised C3AH6 kristallid ja Al2O3аq geelid, mis moodustavad kõvenemis- ja kuumutamisprotsesside käigus omavahel ühendatud kondensatsiooni-kristallisatsioonivõrgustiku. Aglomeratsioon ja sidumine toimuvad seetõttu, et aktiivne SiO2 ülipeen pulber moodustab veega kohtudes kolloidseid osakesi ja kohtub lisatud lisandist (st elektrolüüdi ainest) aeglaselt dissotsieerunud ioonidega. Kuna kahe pinnalaengud on vastupidised, st kolloidpind on adsorbeerinud vastasioonid, põhjustades £2 potentsiaal väheneb ja kondensatsioon toimub, kui adsorptsioon jõuab "isoelektrilise punktini". Teisisõnu, kui kolloidosakeste pinnal olev elektrostaatiline tõukumine on väiksem kui selle külgetõmbejõud, toimub van der Waalsi jõu abil kohesiooniline sidumine. Pärast ränidioksiidipulbriga segatud tulekindla valuvormi kondenseerimist kuivatatakse ja dehüdreeritakse SiO2 pinnale moodustunud Si-OH rühmad, moodustades siloksaanist (Si-O-Si) võrgustiku, mis kõveneb. Siloksaanist võrgustiku struktuuris ei vähene räni ja hapniku vahelised sidemed temperatuuri tõustes, seega suureneb ka tugevus jätkuvalt. Samal ajal reageerib SiO2 võrgustiku struktuur kõrgetel temperatuuridel sellesse mähitud Al2O3-ga, moodustades mulliiti, mis võib parandada tugevust keskmisel ja kõrgel temperatuuril.
Postituse aeg: 28. veebruar 2024
