Увод у производе са ниским садржајем цемента, ватросталне ливнице

Ватростални ливени материјали са ниским садржајем цемента упоређују се са традиционалним ватросталним ливеним материјалима од алуминатног цемента. Количина додатог цемента у традиционалним ватросталним ливеним материјалима од алуминатног цемента је обично 12-20%, а количина додате воде је генерално 9-13%. Због велике количине додате воде, одливено тело има много пора, није густо и има ниску чврстоћу; због велике количине додатог цемента, иако се могу постићи веће нормалне и чврстоће на ниским температурама, чврстоћа се смањује због кристалне трансформације калцијум алумината на средњим температурама. Очигледно је да унети CaO реагује са SiO2 и Al2O3 у ливеном материјалу стварајући неке супстанце са ниском тачком топљења, што доводи до погоршања својстава материјала на високим температурама.

Када се користи технологија ултрафиног праха, високоефикасни додаци и научна градација честица, садржај цемента у ливцу се смањује на мање од 8%, а садржај воде се смањује на ≤7%, те се може припремити и довести у ватростални лив са ниским садржајем цемента. Садржај CaO је ≤2,5%, а његови индикатори перформанси генерално премашују оне код ватросталних ливова од алуминатног цемента. Ова врста ватросталног ливца има добру тиксотропију, односно мешани материјал има одређени облик и почиње да тече уз малу спољашњу силу. Када се спољашња сила уклони, задржава добијени облик. Стога се назива и тиксотропни ватростални лив. Самотекући ватростални лив се назива и тиксотропни ватростални лив. Спада у ову категорију. Прецизно значење ватросталних ливова са ниским садржајем цемента до сада није дефинисано. Америчко друштво за испитивање и материјале (ASTM) дефинише и класификује ватросталне ливове на основу њиховог садржаја CaO.

Густа и висока чврстоћа су изузетне карактеристике ватросталних ливова са ниским садржајем цемента. Ово је добро за побољшање века трајања и перформанси производа, али такође доноси проблеме са печењем пре употребе, односно, лако се може десити изливање ако се не води рачуна током печења. Феномен пуцања тела може захтевати поновно изливање, или може угрозити личну безбедност околних радника у тешким случајевима. Стога су разне земље спровеле разне студије о печењу ватросталних ливова са ниским садржајем цемента. Главне техничке мере су: формулисањем разумних кривих пећи и увођењем одличних средстава против експлозије итд., ово може учинити да се вода из ватросталних ливова глатко елиминише без изазивања других нежељених ефеката.

Технологија ултрафиног праха је кључна технологија за ватросталне ливове са ниским садржајем цемента (тренутно је већина ултрафиних прахова који се користе у керамици и ватросталним материјалима заправо између 0,1 и 10 μm, и они углавном функционишу као убрзивачи дисперзије и структурни згушњивачи. Први чине честице цемента високо диспергованим без флокулације, док други чини да се микропоре у телу за изливање потпуно попуњавају и побољшавају чврстоћу).

Тренутно уобичајено коришћене врсте ултрафиних прахова укључују SiO2, α-Al2O3, Cr2O3, итд. Специфична површина SiO2 микропраха је око 20 м2/г, а величина његових честица је око 1/100 величине честица цемента, тако да има добра својства пуњења. Поред тога, SiO2, Al2O3, Cr2O3 микропрах, итд., такође могу формирати колоидне честице у води. Када је присутан дисперзант, на површини честица се формира преклапајући електрични двоструки слој који генерише електростатичко одбијање, што превазилази ван дер Валсову силу између честица и смањује енергију међуфазе. Спречава адсорпцију и флокулацију између честица; истовремено, дисперзант се адсорбује око честица и формира слој растварача, што такође повећава флуидност ливене масе. Ово је такође један од механизама ултрафиног праха, односно додавање ултрафиног праха и одговарајућих дисперзаната може смањити потрошњу воде ватросталних ливених маса и побољшати флуидност.

Стврдњавање и очвршћавање ватросталних бетонских плоча са ниским садржајем цемента резултат је комбинованог деловања хидратационог везивања и кохезионог везивања. Хидратација и очвршћавање калцијум алуминатног цемента су углавном хидратација хидрауличних фаза CA и CA2 и процес раста кристала њихових хидрата, односно они реагују са водом и формирају хексагоналне љуспице или игличасте CAH10, C2AH8. Производи хидратације као што су кубни кристали C3AH6 и Al2O3аq гелови затим формирају међусобно повезану структуру кондензационо-кристализационе мреже током процеса очвршћавања и загревања. Агломерација и везивање настају због активног ултрафиних праха SiO2 који формира колоидне честице када се сусреће са водом и сусреће се са јонима који се полако дисоцирају од додатог адитива (тј. електролитне супстанце). Пошто су површинска наелектрисања ова два супротна, односно површина колоида је адсорбовала контрајоне, што узрокује да се потенцијал £2 смањи и кондензација се јавља када адсорпција достигне „изоелектричну тачку“. Другим речима, када је електростатичко одбијање на површини колоидних честица мање од привлачења, кохезивно везивање се јавља уз помоћ ван дер Валсове силе. Након што се ватростални лив помешан са силицијумским прахом кондензује, Si-OH групе формиране на површини SiO2 се суше и дехидрирају да би се премостиле, формирајући силоксанску (Si-O-Si) мрежну структуру, чиме се стврдњавају. У силоксанској мрежној структури, везе између силицијума и кисеоника се не смањују са повећањем температуре, тако да чврстоћа такође наставља да расте. Истовремено, на високим температурама, SiO2 мрежна структура ће реаговати са Al2O3 који је у њој обавијен и формирати мулит, што може побољшати чврстоћу на средњим и високим температурама.