건식 담금질 코크스 오븐 슈트 기둥의 내화물 손상 분석은 내화물의 굴곡 강도와 열충격 저항성을 개선하는 것이 수명을 연장하는 효과적인 방법임을 나타냅니다. 멀라이트 탄화규소 캐스터블에 강철 섬유를 도입하면 강화와 인성이 제공되어 수명이 연장됩니다. 바인더의 유형은 내화 캐스터블의 구성과 성능에 매우 중요합니다. 이 기사에서는 세 가지 결합제-순수 칼슘 알루미네이트 시멘트(Secar 71), 실리카졸 및 알루미노-실리카 겔 분말-이 캐스터블의 구조와 특성에 미치는 영향을 조사하여 적절한 결합제를 결정합니다.
일반 물리적 특성
110도에서 건조하고 1000도에서 열처리한 후, 칼슘 알루미네이트 시멘트-결합 샘플은 겉보기 기공률이 가장 낮고 부피 밀도가 가장 높았으며, 이는 시멘트-결합된 샘플이 가장 낮음을 나타냅니다.탄화규소 캐스터블최고의 흐름 특성을 갖고 있어 시료 형성이 용이합니다. 칼슘 알루미네이트 시멘트-결합 샘플은 850도에서 심각한 탈수 현상을 경험하여 겉보기 다공성이 증가하고 부피 밀도가 감소했습니다. 1000도에서 열처리한 후 샘플은 소결되고 수축되어 밀도가 증가합니다.
서로 다른 결합제를 사용한 샘플의 상온 굴곡 강도와 압축 강도는 열처리 온도가 증가함에 따라 증가했습니다. 110℃ 건조 후, 칼슘 알루미네이트 시멘트를 접착한 시편이 7.5MPa로 가장 높은 굴곡강도를 보인 반면, 알루미나{4}}실리카겔 분말을 접착한 시편은 가장 낮은 강도를 나타냈다. 이는 시멘트와 물의 화학반응이 응고되고 굳어져 강도가 가장 높아 내화물 캐스터블의 시공안전에 가장 도움이 된다는 것을 의미한다. 850도에서 열처리한 후, 세 가지 바인더를 사용한 샘플의 실온 굴곡 강도는 크게 다르지 않았습니다. 칼슘 알루미네이트 시멘트로 접착된 샘플은 실온{10}}압축강도가 53.6 MPa로 가장 높았습니다. 1000°C 열처리 후 상온 압축강도는 칼슘 알루미네이트 시멘트가 접착된 시료가 14.3MPa로 가장 높았고, 알루미나{16}}실리카 겔 분말이 접착된 시료는 상온 압축강도가 70.2MPa로 가장 높았습니다. 이는 칼슘알루미네이트 시멘트의 수화에 의해 생성된 칼슘모노알루미네이트(CA), 칼슘디알루미네이트(CA2), 칼슘도데칼루미네이트(C12A7)상이 높은 결합강도를 가짐을 의미한다. 알루미노-실리카 겔 분말의 나노-Al2O3 및 SiO2가 반응하여 멀라이트 결합상을 형성하며, 이는 탄화규소 캐스터블의 강도를 향상시킬 수 있습니다.
기공 크기 분포
1000°C에서 열처리한 후, 칼슘 알루미네이트 시멘트(그룹 A)로 접착된 샘플의 평균 기공 크기는 0.23μm, 중앙 직경은 0.74μm였습니다. 기공 크기 분포는 가장 집중되어 있었습니다(0.01μm ~ 2μm). 실리카졸이 결합된 샘플(그룹 B)은 평균 기공 크기가 0.13μm로 가장 작고 중앙 직경은 0.40μm이며 기공 크기 분포가 더 넓습니다(0.01μm~4μm). 알루미노{12}}실리카 겔 분말이 결합된 샘플(그룹 C)은 평균 기공 크기가 0.28μm로 가장 크고 중앙 직경은 0.77μm입니다. 기공크기 분포는 0.01μm~6μm 범위였으나, 기공크기 분포는 0.01~1μm 범위에 집중되어 있었다.
높은-온도 굴곡 강도
실리카졸{0}}결합 샘플은 13.7MPa로 가장 높은-온도 굴곡 강도를 나타냈습니다. 시멘트-결합 및 알루미나-실리카 겔 분말-결합 샘플은 각각 7.8MPa 및 8.3MPa로 더 낮은 고온-굴곡 강도를 나타냈습니다. 이는 실리카졸의 나노-SiO2가 시료 내에서 실리콘-산소 네트워크를 형성하고 반응성이 높기 때문입니다. 1000도에서는 활성 -Al2O3 미세분말과 쉽게 반응하여 멀라이트 네트워크를 형성하여 샘플의 강도를 향상시킵니다. 알루미나-실리카 겔 분말에는 SiO2가 적게 포함되어 있으므로 1000도에서 시료에 형성된 멀라이트 네트워크가 실리카 졸-결합 시료만큼 강하지 않아 고온-굴곡 강도가 낮아집니다. 칼슘 알루미네이트 시멘트는 일정량의 CaO를 함유하고 있으며, 이는 고온에서 재료의 SiO2 및 Al2O3와 쉽게 반응하여 3CaO×Al2O3 및 2CaO×Al2O3×SiO2와 같은 낮은-융점-상을 형성합니다. 그러면 이러한 상은 고온에서 액체가 되어 샘플의 고온-굴곡 강도가 감소합니다.
열충격 안정성
실리카 졸- 결합 샘플은 7.8 MPa에서 가장 높은 잔류 굴곡 강도를 나타냈습니다. 알루미나{3}}실리카 겔 분말로 결합한 샘플은 5.3MPa로 가장 낮은 잔류 굴곡 강도를 나타냈습니다. 칼슘 알루미네이트 시멘트로 접착된 시료는 높은 잔류굴곡강도와 굴곡강도 유지율을 모두 나타냈다. 칼슘 알루미네이트 시멘트-결합 및 실리카졸-결합 샘플의 우수한 열충격 저항성은 각각 집중된 기공 크기 분포 및 실리콘-산소 네트워크 구조에 기인할 수 있습니다. 이질적인 다상 내화물 내에서, 상들 사이의 열팽창 계수의 차이로 인해 열팽창 불일치 동안 탄화규소 캐스터블에 수많은 미세균열이 형성됩니다. 이러한 미세 균열은 탄성 변형 에너지를 흡수하여 1차 균열 성장의 추진력을 감소시킬 뿐만 아니라 균열 선단에 집중된 응력을 분산시켜 균열 전파에 필요한 에너지를 소산시키고 재료의 열충격 저항을 향상시킵니다.
내마모성
1000도에서 소결한 후 다양한 바인더를 사용하여 샘플에 대해 마모 테스트를 수행했습니다. 결과에 따르면 알루미네이트 시멘트-접착 및 알루미노{3}}실리카 겔 분말-접착 샘플은 마모가 덜한 것으로 나타났으며, 알루미네이트 시멘트-접착 샘플은 3.75cm3로 가장 낮은 마모를 나타냈고, 콜로이드 실리카-접착 샘플은 7.58cm3로 가장 높은 마모를 나타냈습니다. 골재와 매트릭스로 구성된 이종 내화물의 경우 침식 마모는 일반적으로 먼저 매트릭스를 제거하고 돌출된 고립된 섬-입자를 주요 마모 대상으로 남겨둡니다. 그런 다음 이러한 입자는 떨어져서 균열을 형성하고 주변 매트릭스를 더욱 손상시킵니다. 알루미네이트 시멘트-결합 샘플은 더 높은 밀도를 나타내어 SiO2 분말과 시멘트 수화물 사이에 Si-O-Al 결합을 형성하여 견고한 매트릭스 결합과 더 나은 내마모성을 나타냈습니다. 알루미늄-실리카 겔 분말-결합 샘플에서 나노-Al2O₃는 SiO2와 반응하여 멀라이트 매트릭스를 형성하여 내마모성을 향상시켰습니다. 콜로이드 실리카- 결합 샘플은 매트릭스에 수많은 미세균열을 나타내어 침식 마모에 대한 저항력이 약해졌습니다.
미세구조 분석
1000°C에서 열처리한 결과, 칼슘 알루미네이트 시멘트-접착 시편은 매트릭스와 골재 사이의 결합이 가장 강해 밀도, 강도 및 내마모성이 향상되었습니다. 또한, 매트릭스에는 수많은 미세균열이 포함되어 있어 기공 크기 분포가 집중되어 있고 열충격 저항성이 뛰어납니다. 실리카 졸- 결합 시편은 수많은 공극과 미세 균열을 나타냈으며 이는 높은 겉보기 기공률, 넓은 기공 크기 분포 및 열악한 내마모성에 기여했습니다. 더욱이, 큰 실리카-산소 네트워크 구조의 존재는 높은 고온 굴곡 강도와 뛰어난 열충격 저항에 기여했습니다. 알루미나-실리카겔 분말-결합 시편은 매트릭스에 큰 원주형 멀라이트 네트워크가 있어 골재와 매트릭스 사이에 더 나은 결합을 나타내어 우수한 기계적 특성과 내마모성을 나타냈습니다.
