Greining á eldföstum skemmdum í þurrslökkvandi koksofnsrennustoðum gefur til kynna að það sé áhrifarík leið til að lengja endingartíma þeirra að bæta beygjustyrk og hitaáfallsþol eldföstra efna. Innleiðing stáltrefja í mullít kísilkarbíð steypuefni veitir styrkingu og seigleika og lengir þar með endingartíma þeirra. Tegund bindiefnis skiptir sköpum fyrir smíði og frammistöðu eldfösts steypuefnis. Þessi grein skoðar áhrif þriggja bindiefna-hreins kalsíumaluminatsements (Secar 71), kísilsóls og áls-kísilgeldufts- á uppbyggingu og eiginleika steypuefna til að ákvarða viðeigandi bindiefni.
Almennir líkamlegir eiginleikar
Eftir þurrkun við 110 gráður og hitameðhöndlun við 1000 gráður hafði kalsíumaluminat sement-tengt sýnishornið lægsta sýnilega gropið og hæsta magnþéttleikann, sem gefur til kynna að sementið-tengtkísilkarbíð steypuefnihefur bestu flæðieiginleikana, sem auðveldar sýnismyndun. Kalsíumaluminat sement-tengda sýnishornið varð fyrir verulegri ofþornun við 850 gráður, sem leiddi til aukins sýnilegs grops og minnkaðs magnþéttleika. Eftir hitameðhöndlun við 1000 gráður hertaði sýnið og minnkaði og jók þéttleika þess.
Beygjustyrkur -herbergishita og þrýstistyrkur sýna með mismunandi bindiefni jókst með hækkandi hitameðhöndlunarhitastigi. Eftir þurrkun við 110 gráður hafði sýnið tengt kalsíumaluminatsementi hæsta beygjustyrkinn, 7,5 MPa, en sýnið tengt súráls-kísilgeldufti var með minnsta styrkleikann. Þetta gefur til kynna að efnahvörf milli sements og vatns storknar og harðnar, sem leiðir til hæsta styrkleika, sem er mest til þess fallið að byggja öryggi eldfösts steypuefnis. Eftir hitameðhöndlun við 850 gráður var beygjustyrkur sýnishornanna með þremur bindiefnum ekki marktækur frábrugðinn stofuhita-. Sýnið tengt kalsíumaluminatsementi hafði hæsta stofuhitaþol, 53,6 MPa. Eftir hitameðhöndlun við 1000 gráður hafði sýnið tengt kalsíumaluminatsementi hæsta stofu-beygjustyrkinn, við 14,3 MPa, en sýnið tengt súráls-kísilgeldufti hafði hæsta stofuhita-þjöppunarstyrkinn, við 70,2 MPa. Þetta gefur til kynna að kalsíummónóalúmínat (CA), kalsíumdíalúminat (CA2) og kalsíumdódekalúmínat (C12A7) fasarnir, sem framleiddir eru með vökvun kalsíumalúmínatsements, búa yfir miklum bindistyrk. Nanó-Al2O3 og SiO2 í áli-kísilgelduftinu hvarfast og myndar mullít bindifasa, sem getur aukið styrk kísilkarbíðsteypunnar.
Svitaholastærðardreifing
Eftir hitameðhöndlun við 1000 gráður var meðalholastærð sýnanna bundin með kalsíumaluminatsementi (hópur A) 0,23 μm, með miðgildi þvermál 0,74 μm. Dreifing svitaholastærðar var mest samþjappað (0,01 μm til 2 μm). Sýnin sem bundin voru með kísilsóli (hópur B) höfðu minnstu meðalstærð svitahola, 0,13 μm, með miðgildi 0,40 μm og breiðari dreifingu á holastærð (0,01 μm til 4 μm). Sýnin sem tengd voru með áli-kísilgeldufti (hópur C) höfðu stærstu meðalholastærð, 0,28 μm, með miðgildi 0,77 μm. Svitaholastærðardreifingin var á bilinu 0,01 μm til 6 μm, en svitaholastærðardreifingin var á bilinu 0,01 til 1 μm.
Hár-beygjustyrkur
Kísilsól-tengda sýnishornið hafði hæsta beygjustyrkleika- við háan hita, 13,7 MPa. Sement-bundið og súráls-kísilgelduft-tengt sýnin höfðu lægri sveigjanleika við háan-hita, 7,8 MPa og 8,3 MPa, í sömu röð. Þetta er vegna þess að nanó-SiO2 í kísilsólinu myndar sílikon-súrefnisnet innan sýnisins og er mjög hvarfgjarnt. Við 1000 gráður bregst það auðveldlega við virka -Al2O3 örpúðrið til að mynda mullít net, sem eykur styrk sýnisins. Súrál-kísilgelduftið inniheldur minna SiO2, þannig að mullítnetið sem myndast í sýninu við 1000 gráður er ekki eins sterkt og kísilsól-tengt sýnishornið, sem leiðir til lægri beygjustyrks við háan-hita. Kalsíumaluminatsement inniheldur ákveðið magn af CaO, sem hvarfast auðveldlega við SiO2 og Al2O3 í efninu við háan hita til að mynda lága-bræðslu-fasa eins og 3CaO×Al2O3 og 2CaO×Al2O3×SiO2. Þessir fasar verða síðan fljótandi við háan hita, sem dregur úr beygjustyrk sýnisins við háan-hita.
Stöðugleiki í hitaáfalli
Kísilsól-tengt sýnishornið sýndi hæsta afgangsbeygjustyrk, 7,8 MPa. Sýnið tengt með súráls-kísilgeldufti sýndi lægsta afgangsbeygjustyrk, 5,3 MPa. Sýnið sem var tengt með kalsíumaluminatsementi sýndi bæði háan afgangsbeygjustyrk og beygjustyrk. Yfirburða hitaáfallsþol kalsíumaluminatsements-bundins og kísilsól-tengdra sýna kann að vera vegna einbeittrar porastærðardreifingar þeirra og uppbyggingu sílikon-súrefnisnets, í sömu röð. Innan ólíkra, fjölfasa eldföstra efna veldur munur á varmaþenslustuðlum milli fasanna fjölmargar örsprungur sem myndast í kísilkarbíðsteypum meðan á varmaþenslu ósamræmi stendur. Þessar örsprungur gleypa ekki aðeins teygjanlega álagsorku, sem dregur úr drifkrafti fyrir frumsprunguvöxt, heldur dreifa einnig álaginu sem er einbeitt við sprunguoddinn, dreifa orkunni sem þarf til sprunguútbreiðslu og bæta hitaáfallsþol efnisins.
Slitþol
Slitpróf voru gerðar á sýnum með mismunandi bindiefni eftir sintrun við 1000 gráður. Niðurstöðurnar sýndu að sýnin úr aluminatsement-bundnu og álúminó-kísilgeldufti-bundnu sliti sýndu minna slit, þar sem aluminatsement-bundið sýni var með minnstu slitið, 3,75 cm³, og kísilkvoðasýnið -mesta slitið við 7,5 cm³ bindið Fyrir ólík eldföst efni sem samanstanda af fyllingu og fylki, fjarlægir rofslit venjulega fylkið fyrst og skilur eftir útstæðar, einangraðar eyjar eins og agnir sem aðal slitmarkið. Þessar agnir falla síðan af, mynda sprungur og skemma enn frekar nærliggjandi fylki. Aluminat sement-tengd sýnin sýndu meiri þéttleika, mynduðu Si-O-Al-tengi milli SiO₂ duftsins og sementhýdratsins, sem leiddi til þéttrar fylkistengingar og betri slitþols. Í áli-kísilgelduftinu-tengdu sýnunum hvarf nanó-Al₂O₃ við SiO₂ til að mynda mullit fylki, sem jók slitþol. Kísilkvoða-tengd sýnin sýndu fjölmargar örsprungur í fylkinu, sem gerir þau minna ónæm fyrir sliti.
Örbyggingargreining
Eftir hitameðhöndlun við 1000 gráður sýndu kalsíumaluminat sement-tengd sýnishorn þéttustu tengslin milli fylkis og fyllingar, sem stuðlaði að meiri þéttleika, styrk og slitþoli þeirra. Ennfremur innihélt fylkið fjölmargar örsprungur, sem leiddi til einbeittrar holustærðardreifingar og framúrskarandi hitaáfallsþols. Kísilsól-tengd sýnin sýndu fjölmörg tóm og örsprungur, sem stuðlaði að mikilli sýnilegri gropleika þeirra, breiðri dreifingu holastærðar og lélegri slitþol. Ennfremur stuðlaði tilvist mikils kísil-súrefnisnetkerfis við háan-beygjustyrk þeirra og framúrskarandi hitaáfallsþol. Súl-kísilgelduft-tengd sýni sýndu betri tengingu milli fyllingarefnis og fylkis, með stóru súlulaga mullítneti í fylkinu, sem leiddi til betri vélrænna eiginleika og slitþols.
