L'impostazione e l'indurimento digetti refrattari a basso contenuto di cementoè dovuto principalmente alla coagulazione e al legame. Pertanto, il ruolo della polvere ultrafine è cruciale, essendo un fattore chiave che ne determina e influenza le prestazioni. Allo stesso tempo, l’impatto degli additivi sulle sue prestazioni non può essere ignorato.
NO.01 Polvere ultrafine
Le polveri ultrafini nei calcinabili a basso contenuto di cemento includono principalmente fumi di silice attiva, polvere di -Al₂O₃ e polvere di Cr₂O₃, con un contenuto (%) rispettivamente del 93,2%, maggiore del 90% e maggiore del 99%. La distribuzione granulometrica di questi tre tipi di polveri ultrafini è mostrata nella tabella seguente. La tabella mostra che le particelle inferiori a 1,0 mm rappresentano oltre il 71%.
I calcinabili refrattari hanno la stessa proporzione di miscela, con un contenuto di CaO di circa lo 0,6%. Tre gruppi di campioni sono stati preparati aggiungendo SiO₂ attivo, -Al₂O₃ (-polvere di allumina) e un composito di entrambe le polveri ultrafini, rispettivamente, nella stessa quantità. All'aumentare della temperatura di riscaldamento, aumenta la resistenza dei calcinabili con diverse polveri ultrafini.
Si osserva inoltre che diverse polveri ultrafini contribuiscono in modo diverso alla resistenza dei calcinabili. Il calcinabile con una quantità uguale di polvere composita ultrafine di SiO₂ attiva e -Al₂O₃ mostra la resistenza più alta, seguito dal calcinabile con polvere ultrafine di SiO₂ attiva, mentre il calcinabile con polvere ultrafine di allumina ha la resistenza più bassa. Ad una temperatura di riscaldamento di 1500 gradi, la resistenza dei calcinabili con i tre tipi di polveri ultrafini è sostanzialmente simile. Ciò significa che quando si preparano calcinabili refrattari a basso contenuto di cemento, le polveri composite ultrafini sono le migliori e, quando usate da sole, si dovrebbe preferire la polvere ultrafine di SiO₂ attiva.
Tuttavia, aumentando la quantità di polvere ultrafine di SiO₂ si ridurrà il contenuto di Al₂O₃ nel calcinabile e si aumenterà il quarzo libero, portando inevitabilmente a una diminuzione della resistenza alle scorie del calcinabile. Ad esempio, la proporzione della miscela del materiale refrattario colabile per vasche di ferro è: 70% di aggregato di allumina ad alto contenuto-, 14,2% di SiC, 5,8% di C, 0,2% di disperdente, 6,5% di acqua e 10% di polvere di allumina ad alto contenuto di-e polvere ultrafine di SiO₂ combinati. Le prove di resistenza alle scorie sono state condotte utilizzando il metodo del crogiolo in atmosfera riducente. Condizioni di prova: basicità standard delle scorie 1.105, temperatura di riscaldamento e tempo di mantenimento 1500 gradi, 4 ore. Con l’aumento del contenuto di polvere ultrafine di SiO₂, si raggiunge un valore ottimale per la resistenza alle scorie; ovvero, la migliore resistenza alle scorie si ottiene quando il contenuto di polvere ultrafine è intorno al 5%.
Con la proporzione della miscela colabile e il contenuto combinato di polvere fine refrattaria e polvere ultrafine che rimane costante, anche la resistenza alla compressione dopo la cottura a 1600 gradi aumenta con l'aumento del contenuto di polvere ultrafine, ma esiste un valore ottimale. Con la polvere ultrafine di SiO₂ che rappresenta circa il 5% e le polveri ultrafini di Al₂O₃ e Cr₂O₃ che rappresentano circa il 7%, la resistenza è buona e anche altre proprietà sono eccellenti. In termini di tipo di polvere ultrafine, la polvere ultrafine di SiO₂ ha il miglior effetto rinforzante, seguita dalla polvere ultrafine di Al₂O₃, mentre la polvere ultrafine di Cr₂O₃ ha uno scarso effetto rinforzante. Si osserva inoltre che l'effetto rinforzante della polvere ultrafine di SiO₂ è da 2,5 a 4,4 volte superiore rispetto agli ultimi due tipi.
NO.02 Additivi
Esistono molti tipi di additivi. Qui prendiamo come esempi disperdenti e agenti riducenti l'acqua-per illustrare il loro impatto sulle prestazioni dei materiali colabili refrattari a basso contenuto di cemento.
Quando la proporzione della miscela del calcinabile è costante, l'aggiunta di quantità diverse di disperdente può ridurre la quantità di acqua di costruzione richiesta. Quando la quantità di acqua di costruzione è costante, esiste un valore ottimale per la resistenza alla compressione a secco all’aumentare della quantità di disperdente. Cioè, la forza è migliore quando il contenuto di disperdente è compreso tra 0,15% e 0,2%. Quando non viene aggiunto alcun agente riducente l'acqua- o il dosaggio supera lo 0,5%, la resistenza si deteriora o il campione si rompe. Ciò è dovuto alla scarsa fluidità del calcinabile e alla mancanza di densità del corpo stampato.
Esistono molti tipi di agenti che riducono l'acqua- e la selezione appropriata deve essere effettuata tramite test. Dopo aver determinato la proporzione della miscela di corindone colabile a bassissimo contenuto di cemento, polifosfato di sodio, condensati di policianammide e condensati di naftalene solfonato sono stati utilizzati come agenti riducenti l'acqua e sono stati vagliati dosaggi adeguati per preparare calcinabili refrattari. I calcinabili senza agenti riducenti l'acqua- soffrono di agglomerazione spontanea di polveri ultrafini, che non riescono a riempire efficacemente i pori e hanno una distribuzione estremamente irregolare. Una grande quantità di acqua è intrappolata nei fiocchi o riempie i pori, con conseguente aumento del consumo di acqua, bassa densità apparente, elevata porosità e bassa resistenza dopo il trattamento termico ed è anche sfavorevole alla sinterizzazione. I polifosfati hanno un certo effetto disperdente e di riduzione dell'acqua-che può, in una certa misura, impedire l'agglomerazione spontanea delle polveri ultrafini, consentendo loro di distribuirsi più completamente nei pori, migliorando l'utilizzo dell'acqua e riducendo il consumo di acqua di circa il 17%.
Pertanto, l'aumento della densità apparente e la diminuzione della porosità del calcinabile, rispetto al calcinabile non trattato, hanno comportato un aumento di 0,6-1,9 volte della resistenza alla compressione dopo la cottura e un aumento di 1,25 volte della resistenza alla flessione alle alte-temperature. Gli agenti B e C sono agenti organici di riduzione dell'acqua-ad alta efficienza-con effetti dispersivi di riduzione dell'acqua-particolarmente significativi, che raggiungono tassi di riduzione dell'acqua rispettivamente del 25% e del 28%. Rispetto al calcinabile non trattato, la loro densità apparente è aumentata di circa il 3,5%, la porosità è diminuita del 15%, la resistenza alla compressione dopo la cottura è aumentata di 1-4 volte e la resistenza alla flessione alle alte-temperature è aumentata di oltre 3,5 volte. È anche evidente che l'agente C è più efficace dell'agente B. In conclusione, quando si preparano calcinabili refrattari a basso contenuto di cemento è necessario aggiungere agenti riduttori d'acqua e si dovrebbero preferire agenti riduttori d'acqua organici ad alta efficienza.
NO.03 Polvere di alluminio
Nei calcinabili refrattari in vasca di ferro, viene generalmente aggiunta polvere di alluminio metallico per accelerare l'essiccazione e rafforzare la fusione. La sua dimensione delle particelle e il dosaggio hanno un impatto significativo sulle prestazioni del calcinabile e devono essere selezionati in modo appropriato.
Nei calcinabili a bassissimo contenuto di cemento Al₂O₃-SiC-C-ultra-low cement, quanto più piccola è la dimensione delle particelle della polvere di alluminio e quanto più elevata è la temperatura ambiente durante la costruzione, tanto più vigorosa è la reazione chimica, quanto più gas viene prodotto e maggiore è la temperatura del materiale. Ciò è benefico per la disidratazione del calcinabile, consentendo una cottura rapida; tuttavia, una reazione troppo rapida può facilmente portare ad un errato inserimento, che va a discapito della robustezza. Le proporzioni della miscela del calcinabile rimangono le stesse. Le grandi dimensioni delle particelle di polvere di alluminio sono dannose per la resistenza, mentre le dimensioni delle particelle eccessivamente piccole offrono alcuni vantaggi in termini di resistenza alla compressione durante l'essiccazione, ma altre resistenze diminuiscono. Una dimensione delle particelle di 88-44 mm garantisce una resistenza migliore. La quantità di polvere di alluminio utilizzata deve essere determinata in base alle prestazioni del getto refrattario e alle condizioni costruttive; va utilizzato il meno possibile garantendo comunque una buona ventilazione ed una rapida asciugatura.
NO.04 Additivi
Nei calcinabili a bassissimo contenuto di cemento Al₂O₃-SiC-C ultra-, è necessario aggiungere materiali SiC e carbonio per migliorarne la resistenza alle scorie e la stabilità termica. Esperimenti e utilizzo hanno dimostrato che il grado e il dosaggio dei materiali SiC e carbonio hanno un impatto significativo sulle prestazioni dei calcinabili e dovrebbero essere selezionati razionalmente. Inoltre, la qualità e il dosaggio variano a seconda delle dimensioni dell'altoforno e del luogo di applicazione. In genere, i materiali SiC e carbonio di alta-qualità vengono utilizzati nella vasca principale di ferro o scorie degli altiforni di grandi e medie-dimensioni, mentre i materiali SiC e carbonio di qualità-inferiore vengono utilizzati negli altiforni medi e piccoli; il dosaggio di SiC è generalmente compreso tra il 5% e il 35%. I materiali in carbonio includono principalmente pece, grafite in scaglie, polvere per elettrodi e grafite terrosa, con un dosaggio dal 2% al 6%.
Nei calcinabili refrattari in ghisa, i materiali SiC e carbonio vengono generalmente aggiunti sotto forma di polvere fine, essendo preferito il SiC ultrafine. Poiché questo materiale contiene materiali SiC e carbonio, la sua resistenza all'ossidazione è ridotta. L'ossidazione del carbonio lascia più micropori, consentendo al ferro fuso o alle scorie di penetrare continuamente all'interno, formando uno strato decarburato e provocando danni al rivestimento. L'aggiunta di polvere di alluminio metallico può migliorare la resistenza all'ossidazione del calcinabile. Gli esperimenti hanno dimostrato che l'uso combinato di polvere di silicio metallico, ovvero polvere di Al e polvere di Si, determina una migliore resistenza all'ossidazione e una migliore resistenza del calcinabile. Questo perché la reazione del silicio metallico e dell'alluminio con il carbonio ad alte temperature per formare SiC e Al₄C₃ porta a una microstruttura e una superficie più dense.
Nei calcinabili refrattari a basso contenuto di cemento di Al₂O₃-SiO₂, l'aggiunta del 2%–8% di polvere fine di cianite ad alte temperature di 1200–1400 gradi favorisce la formazione di mullite, aumentandone così la resistenza. Ciò significa che la cianite agisce non solo come agente espandente ma anche come agente mineralizzante.
