Kovettumista ja kovettumistamatalasementtiset tulenkestävät valukappaleetjohtuu pääasiassa koagulaatiosta ja sitoutumisesta. Siksi ultrahienon jauheen rooli on ratkaiseva, koska se on keskeinen tekijä sen suorituskykyä määrittävässä ja vaikuttamassa. Samalla ei voida jättää huomiotta lisäaineiden vaikutusta sen suorituskykyyn.
NO.01 Ultrahieno jauhe
Erittäin hienojakoiset jauheet matalasementtivalussa sisältävät pääasiassa aktiivista piidioksidihöyryä, -Al2O3-jauhetta ja Cr203-jauhetta, joiden pitoisuus (%) on 93,2 %, yli 90 % ja yli 99 %. Näiden kolmen tyyppisten ultrahienojen jauheiden hiukkaskokojakauma on esitetty alla olevassa taulukossa. Taulukosta ilmenee, että alle 1,0 mm:n hiukkasten osuus on yli 71 %.
Tulenkestävällä valulla on sama sekoitussuhde, CaO-pitoisuuden ollessa noin 0,6 %. Kolme näyteryhmää valmistettiin lisäämällä aktiivista SiO2:ta, -Al2O3:a (-alumiinioksidijauhe) ja molempien ultrahienojen jauheiden yhdistelmää, vastaavasti, sama määrä. Lämmityslämpötilan noustessa eri ultrahienoilla jauheilla olevien valukappaleiden lujuus kasvaa.
On myös havaittu, että erilaiset ultrahienot jauheet vaikuttavat eri tavalla valukappaleiden lujuuteen. Valettavalla, jossa on yhtä suuri määrä aktiivista SiO₂- ja -Al2O3-komposiitti ultrahienojauhetta, on suurin lujuus, jota seuraa aktiivisella SiO₂-ultrahienojauheella valettavalla, kun taas alumiinioksidin ultrahienojauheella valettavalla on alhaisin lujuus. 1500 asteen kuumennuslämpötilassa kolmen tyyppisten ultrahienojen jauheiden valukappaleiden lujuus on periaatteessa samanlainen. Tämä tarkoittaa, että valmistettaessa vähän sementtiä sisältäviä tulenkestäviä valukappaleita, komposiittiset ultrahienot jauheet ovat parhaita, ja yksinään käytettynä tulisi suosia aktiivista SiO₂-ultrahienojauhetta.
Kuitenkin Si02-ultrahienojauheen määrän lisääminen vähentää A1203-pitoisuutta valukappaleessa ja lisää vapaata kvartsia, mikä väistämättä johtaa valukappaleen kuonankestävyyden heikkenemiseen. Esimerkiksi rautakaukaloiden valettavan tulenkestävän aineen sekoitusosuus on: 70 % korkea-alumiinioksidikiviaines, 14,2 % SiC, 5,8 % C, 0,2 % dispergointiaine, 6,5 % vettä ja 10 % korkea-alumiinioksidijauhe ja SiO₂ yhdistetty Kuonankestävyystestit suoritettiin upokasmenetelmällä pelkistävässä ilmakehässä. Testiolosuhteet: standardi kuonan emäksisyys 1,105, kuumennuslämpötila ja pitoaika 1500 astetta, 4h. Kun SiO₂-ultrahienojauhepitoisuus kasvaa, kuonankestävyydelle on optimaalinen arvo; eli paras kuonankestävyys saavutetaan, kun ultrahienojauhepitoisuus on noin 5 %.
Valettavan sekoituksen osuuden ja tulenkestävän hienon jauheen ja ultrahienon jauheen yhdistetyn pitoisuuden pysyessä vakiona, puristuslujuus 1600 asteen polton jälkeen kasvaa myös ultrahienojauhepitoisuuden kasvaessa, mutta optimaalinen arvo on olemassa. Kun SiO2-ultrahienojauheen osuus on noin 5 % ja Al2O3- ja Cr203-hienojauheiden osuus noin 7 %, lujuus on hyvä ja muut ominaisuudet ovat myös erinomaiset. Ultrahienojauhetyypin suhteen SiO₂-ultrahienojauheella on paras vahvistava vaikutus, jota seuraa Al2O3-hienojauhe, kun taas Cr2O3-hienojauheella on heikko vahvistava vaikutus. On myös havaittu, että Si02-ultrahienojauheen vahvistava vaikutus on 2,5-4,4 kertaa suurempi kuin kahden jälkimmäisen tyypin.
NO.02 Lisäaineet
Lisäaineita on monenlaisia. Tässä otamme esimerkkeinä dispergointiaineet ja vettä{1}}pelkistävät aineet havainnollistamaan niiden vaikutusta vähän sementtiä sisältävien tulenkestävien valukappaleiden suorituskykyyn.
Kun valuvanteen sekoitussuhde on vakio, eri dispergointiainemäärien lisääminen voi vähentää tarvittavan rakennusveden määrää. Kun rakennusveden määrä on vakio, on kuivatulle puristuslujuudelle optimaalinen arvo dispergointiaineen määrän kasvaessa. Eli lujuus on paras, kun dispergointiainepitoisuus on 0,15-0,2%. Kun vettä{5}}pelkistävää ainetta ei lisätä tai annostus ylittää 0,5 %, lujuus heikkenee tai näyte halkeilee. Tämä johtuu valukappaleen huonosta juoksevuudesta ja valetun rungon tiheyden puutteesta.
Vettä{0}}pelkistäviä aineita on monenlaisia, ja sopiva valinta tulee tehdä testaamalla. Ultra-alhaisen sementin korundivalujen sekoitusosuuden määrittämisen jälkeen natriumpolyfosfaatti-, polysyaaniamidikondensaatteja ja naftaleenisulfonaattikondensaatteja käytettiin vettä-pelkistävänä aineina, ja sopivat annokset seulottiin tulenkestävien valumateriaalien valmistamiseksi. Valukappaleet, joissa ei ole vettä{5}}pelkistäviä aineita, kärsivät ultrahienojen jauheiden spontaanista agglomeroitumisesta, jotka eivät voi täyttää tehokkaasti huokosia ja niiden jakautuminen on erittäin epätasaista. Suuri määrä vettä jää loukkuun flokkiin tai täyttää huokoset, mikä johtaa lisääntyneeseen vedenkulutukseen, alhaiseen bulkkitiheyteen, korkeaan huokoisuuteen ja alhaiseen lujuuteen lämpökäsittelyn jälkeen, ja se on myös epäsuotuisa sintraamiseen. Polyfosfaatilla on tietty dispergoiva ja vettä -vähentävä vaikutus, joka voi jossain määrin estää ultrahienojen jauheiden spontaanin agglomeroitumisen, jolloin ne jakautuvat paremmin huokosiin, mikä parantaa veden käyttöä ja vähentää vedenkulutusta noin 17 %.
Siksi valetun kappaleen lisääntynyt irtotiheys ja vähentynyt huokoisuus verrattuna käsittelemättömään valukappaleeseen johtivat 0,6-1,9-kertaiseen puristuslujuuteen polton jälkeen ja 1,25-kertaiseen nousuun korkean -lämpötilojen taivutuslujuuteen. Aineet B ja C ovat orgaanisia korkean -tehokkaita vettä-pelkistäviä aineita, joilla on erityisen merkittäviä hajaantuvia vettä-vähentäviä vaikutuksia, ja ne vähentävät vettä vastaavasti 25 % ja 28 %. Verrattuna käsittelemättömään valukappaleeseen niiden irtotiheys kasvoi noin 3,5 %, huokoisuus laski 15 %, puristuslujuus polton jälkeen kasvoi 1-4 kertaa ja taivutuslujuus korkeassa{18}}lämpötiloissa kasvoi yli 3,5-kertaiseksi. On myös selvää, että aine C on tehokkaampi kuin aine B. Yhteenvetona voidaan todeta, että vettä{19}}pelkistäviä aineita on lisättävä valmistettaessa vähän sementtiä sisältäviä tulenkestäviä valukappaleita, ja orgaanisia, tehokkaita vettä vähentäviä aineita tulisi suosia.
NO.03 Alumiinijauhe
Rautakaukalossa tulenkestävissä valukappaleissa metallista alumiinijauhetta lisätään yleensä nopeuttamaan kuivumista ja vahvistamaan valua. Sen partikkelikoolla ja annostuksella on merkittävä vaikutus valuvanteen suorituskykyyn, ja ne tulee valita asianmukaisesti.
Al₂O₃-SiC-C ultra-sementtivalettavissa aineissa mitä pienempi alumiinijauheen hiukkaskoko ja korkeampi ympäristön lämpötila rakentamisen aikana, sitä voimakkaampi kemiallinen reaktio on, sitä enemmän kaasua syntyy ja sitä korkeampi materiaalin lämpötila. Tämä on hyödyllistä valukappaleen kuivumiselle, mikä mahdollistaa nopean paistamisen; Liian nopea reaktio voi kuitenkin helposti johtaa väärään asetukseen, mikä on haitallista voimalle. Valettavan sekoitussuhteet pysyvät samoina. Suuret alumiinijauheen hiukkaskoot ovat haitallisia lujuudelle, kun taas liian pienet hiukkaskoot tarjoavat jonkin verran hyötyä puristuslujuudelle kuivauksen aikana, mutta muut lujuudet heikkenevät. Hiukkaskoko 88-44 mm parantaa lujuutta. Käytettävän alumiinijauheen määrä tulee määrittää tulenkestävän valuvanteen suorituskyvyn ja rakennusolosuhteiden perusteella; sitä tulee käyttää mahdollisimman vähän ja samalla varmistaa hyvä ilmanvaihto ja nopea kuivuminen.
NO.04 Lisäaineet
Al₂O₃-SiC-C ultra-alhaisiin sementtivaluihin tulisi lisätä piikarbidia ja hiilimateriaaleja niiden kuonankestävyyden ja lämpöstabiilisuuden parantamiseksi. Kokeet ja käyttö ovat osoittaneet, että piikarbidi- ja hiilimateriaalien laadulla ja annostuksella on merkittävä vaikutus valukappaleiden suorituskykyyn ja ne tulisi valita järkevästi. Lisäksi laatu ja annostus vaihtelevat masuunin koon ja käyttöpaikan mukaan. Yleensä korkealaatuisia piikarbidi- ja hiilimateriaaleja käytetään suurten ja keskikokoisten -masuunien päärautakaukalossa tai kuonakaukalossa, kun taas keskikokoisissa ja pienissä masuuneissa käytetään alemman-laatuluokan piikarbidi- ja hiilimateriaaleja. SiC:n annostus on yleensä 5-35 %. Hiilimateriaaleja ovat pääasiassa pihka, hiutalegrafiitti, elektrodijauhe ja maanläheinen grafiitti annostelulla 2–6 %.
Rautakaukalossa tulenkestävissä valukappaleissa piikarbidi- ja hiilimateriaalit lisätään yleensä hienojakoisena jauheena, ultrahieno piikarbidi on edullinen. Koska tämä materiaali sisältää piikarbidia ja hiilimateriaaleja, sen hapettumiskestävyys heikkenee. Hiilen hapettuminen jättää enemmän mikrohuokosia, jolloin sula rauta tai kuona tunkeutuu jatkuvasti sisäpuolelle, muodostaen hiiltä poistetun kerroksen ja johtaen vuorauksen vaurioitumiseen. Metallisen alumiinijauheen lisääminen voi parantaa valukappaleen hapettumiskestävyyttä. Kokeet ovat osoittaneet, että metallisen piijauheen eli Al-jauheen ja Si-jauheen yhdistetty käyttö johtaa parempaan hapettumiskestävyyteen ja parempaan valukappaleen lujuuteen. Tämä johtuu siitä, että metallisen piin ja alumiinin reaktio hiilen kanssa korkeissa lämpötiloissa muodostaen SiC:tä ja Al4C3:a johtaa tiheämpään mikrorakenteeseen ja pintaan.
Al₂O₃-SiO₂ vähäsementtisessä tulenkestävissä valukappaleissa 2–8 % kyaniittijauheen lisääminen korkeissa 1200–1400 asteen lämpötiloissa edistää mulliitin muodostumista, mikä lisää sen lujuutta. Tämä tarkoittaa, että kyaniitti ei toimi vain paisuttavana aineena, vaan myös mineralisoivana aineena.
