Анализа ватросталних оштећења у стубовима коксних пећи за суво гашење показује да је побољшање чврстоће на савијање и отпорности на топлотни удар ватросталних материјала ефикасан начин да се продужи њихов век трајања. Увођење челичних влакана у мулитне силицијум карбидне ливнице обезбеђује појачање и жилавост, чиме се продужава њихов радни век. Врста везива је кључна за конструкцију и перформансе ватросталних ливада. Овај чланак испитује ефекте три везива-чистог калцијум алуминатног цемента (Сецар 71), силицијум-сола и алумино-силика гела у праху-на структуру и својства ливеног материјала да би се одредило одговарајуће везиво.
Општа физичка својства
Након сушења на 110 степени и термичке обраде на 1000 степени, узорак повезан са калцијум-алуминатним цементом-имао је најмању привидну порозност и највећу запреминску густину, што указује на то да се цемент-везујеливени производи од силицијум карбидаима најбоља својства течења, олакшавајући формирање узорка. Узорак повезан са калцијум алуминатним цементом-доживео је значајну дехидратацију на 850 степени, што је резултирало повећаном привидном порозношћу и смањеном запреминском густином. Након топлотне обраде на 1000 степени, узорак се синтеровао и скупио, повећавајући своју густину.
Чврстоћа на савијање и чврстоћа на притисак на собној-температури узорака са различитим везивним средствима су се повећавале са повећањем температуре термичке обраде. Након сушења на 110 степени, узорак спојен калцијум алуминатним цементом имао је највећу чврстоћу на савијање, на 7,5 МПа, док је узорак повезан са прахом од глинице{4}}силика гела имао најмању чврстоћу. Ово указује на то да се хемијска реакција између цемента и воде учвршћује и стврдне, што резултира највећом чврстоћом, што је најповољније за сигурност конструкције ватросталних лива. После термичке обраде на 850 степени, чврстоћа на савијање на собној{8} температури узорака са три везива није се значајно разликовала. Узорак везан калцијум алуминатним цементом имао је највећу тлачну чврстоћу на собној{10}температури, 53,6 МПа. Након термичке обраде на 1000 степени, узорак спојен калцијум алуминатним цементом имао је највећу отпорност на савијање при собној{14}температури, 14,3 МПа, док је узорак повезан са алуминијумским-силика гел прахом имао највећу тлачну чврстоћу на собној{{17}температури, 70.2 МПа. Ово указује да фазе калцијум моноалумината (ЦА), калцијум диалумината (ЦА2) и калцијум додекалумината (Ц12А7) које настају хидратацијом калцијум алуминатног цемента имају високу снагу везивања. Нано-Ал2О3 и СиО2 у праху алумино-силика гела реагују да би формирали фазу везивања мулита, што може повећати снагу ливеног материјала од силицијум карбида.
Дистрибуција величине пора
После термичке обраде на 1000 степени, просечна величина пора узорака везаних калцијум алуминатним цементом (Група А) била је 0,23 μм, са средњим пречником од 0,74 μм. Дистрибуција величине пора била је најконцентрованија (0,01 μм до 2 μм). Узорци везани силицијум-солом (Група Б) имали су најмању просечну величину пора, 0,13 μм, са средњим пречником од 0,40 μм, и ширу дистрибуцију величине пора (0,01 μм до 4 μм). Узорци везани прахом алумино-силика гела (Група Ц) имали су највећу просечну величину пора, 0,28 μм, са средњим пречником од 0,77 μм. Расподела величине пора кретала се од 0,01 μм до 6 μм, али је дистрибуција величине пора била концентрисана у опсегу од 0,01 до 1 μм.
Чврстоћа на савијање при високој{0}температури
Узорак везани за сол{0}} силицијум диоксида имао је највећу чврстоћу на савијање при високим температурама, на 13,7 МПа. Узорци везани за цемент-и глиницу-силика гел у праху-повезани узорци имали су нижу чврстоћу на савијање при високим температурама, на 7,8 МПа и 8,3 МПа, респективно. То је зато што нано{11}}СиО2 у силицијум-солу формира силицијум{13}}кисеоничка мрежа унутар узорка и веома је реактиван. На 1000 степени, он лако реагује са активним -Ал2О3 микропрашком да формира мулитну мрежу, повећавајући снагу узорка. Алуминијум-прашак силика гела садржи мање СиО2, тако да мулитна мрежа формирана у узорку на 1000 степени није тако јака као она код узорка везаног за сол{23}}силицијум диоксида, што резултира нижом чврстоћом при савијању при високим температурама. Калцијум алуминатни цемент садржи одређену количину ЦаО, који лако реагује са СиО2 и Ал2О3 у материјалу на високим температурама да би формирао фазе ниске-тачке-тачке као што су 3ЦаО×Ал2О3 и 2ЦаО×Ал2О3×СиО2. Ове фазе тада постају течне на високим температурама, смањујући чврстоћу узорка на високо{38}температуру на савијање.
Стабилност топлотног удара
Узорак спојен на сол{0}} силицијум диоксида показао је највећу заосталу чврстоћу на савијање, на 7,8 МПа. Узорак повезан са прахом од алуминијума-силика гела показао је најмању заосталу чврстоћу на савијање, на 5,3 МПа. Узорак спојен калцијум алуминатним цементом показао је и високу заосталу чврстоћу на савијање и задржавање чврстоће на савијање. Врхунска отпорност на топлотни удар узорака везаних за цемент-алуминат и силицијум-сол-може бити последица њихове концентрисане дистрибуције величине пора и структуре силицијум-кисеоничке мреже, респективно. Унутар хетерогених вишефазних ватросталних материјала, разлике у коефицијентима термичке експанзије између фаза узрокују стварање бројних микропукотина у ливеним материјалима од силицијум карбида током неусклађености термичког ширења. Ове микропукотине не само да апсорбују енергију еластичне деформације, смањујући покретачку силу за раст примарне пукотине, већ и распршују напон концентрисан на врху прслине, расипајући енергију потребну за ширење прслине и побољшавајући отпорност материјала на топлотни удар.
Отпорност на хабање
Испитивања абразије су спроведена на узорцима са различитим везивима након синтеровања на 1000 степени. Резултати су показали да узорци алуминатног цемента-везани и алумино-силика гел у праху-повезани узорци показују мање хабање, при чему узорак повезан са алуминатним цементом-показује најмање хабање, на 3,75 цм³, а највећи узорак хабања са колоидним силицијумом{7}хи{7} цм³. За хетерогене ватросталне материјале који се састоје од агрегата и матрице, ерозијско хабање обично прво уклања матрицу, остављајући избочене, изоловане честице{10}}сличне острва као примарни циљ хабања. Ове честице тада падају, формирајући пукотине и додатно оштећујући околни матрикс. Узорци повезани са алуминатним цементом- показали су већу густину, формирајући Си-О- Ал везе између СиО₂ праха и цементног хидрата, што је резултирало чврстом везом матрице и бољом отпорношћу на хабање. У узорцима везаним за алуминијум-силика гел у праху-, нано-Ал₂О₃ је реаговао са СиО₂ да би формирао мулитну матрицу, повећавајући отпорност на хабање. Узорци везани за колоидни силицијум{21} су показали бројне микропукотине у матрици, што их чини мање отпорним на хабање ерозијом.
Мицроструцтурал Аналисис
После термичке обраде на 1000 степени, узорци везани за калцијум алуминат{1}}су показали најчвршћу везу између матрице и агрегата, што је допринело њиховој већој густини, чврстоћи и отпорности на хабање. Штавише, матрица је садржала бројне микропукотине, што је резултирало концентрисаном расподелом величине пора и одличном отпорношћу на топлотни удар. Узорци везани за сол{4}} силицијум диоксида показали су бројне шупљине и микропукотине, што је допринело њиховој високој привидној порозности, широкој дистрибуцији величине пора и слабој отпорности на хабање. Штавише, присуство велике структуре силицијумске-кисеоничке мреже допринело је њиховој високој чврстоћи на савијање на високим{7}температурама и одличној отпорности на топлотни удар. Узорци везани у праху од глинице-силика гела- показали су бољу везу између агрегата и матрице, са великом стубастом мулитном мрежом у матрици, што је резултирало супериорним механичким својствима и отпорношћу на хабање.
