कमी सिमेंट असलेल्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल उत्पादनाचा परिचय

कमी सिमेंट असलेल्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सची तुलना पारंपरिक ॲल्युमिनेट सिमेंट रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सशी केली जाते. पारंपरिक ॲल्युमिनेट सिमेंट रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्समध्ये सिमेंट मिसळण्याचे प्रमाण साधारणपणे १२-२०% असते आणि पाणी मिसळण्याचे प्रमाण साधारणपणे ९-१३% असते. जास्त पाणी मिसळल्यामुळे, तयार झालेल्या पदार्थात अनेक छिद्रे पडतात, तो घन नसतो आणि त्याची ताकद कमी असते; जास्त सिमेंट मिसळल्यामुळे, जरी जास्त सामान्य आणि कमी तापमानातील ताकद मिळू शकत असली, तरी मध्यम तापमानात कॅल्शियम ॲल्युमिनेटच्या स्फटिकीय रूपांतरणामुळे ताकद कमी होते. साहजिकच, मिसळलेले CaO हे कास्टेबलमधील SiO2 आणि Al2O3 सोबत अभिक्रिया करून काही कमी वितळणबिंदू असलेले पदार्थ तयार करते, ज्यामुळे पदार्थाच्या उच्च-तापमानातील गुणधर्मांचा ऱ्हास होतो.

जेव्हा अतिसूक्ष्म पावडर तंत्रज्ञान, उच्च-कार्यक्षमता ॲडमिक्चर्स आणि वैज्ञानिक कण श्रेणीकरण वापरले जाते, तेव्हा कास्टेबलमधील सिमेंटचे प्रमाण ८% पेक्षा कमी आणि पाण्याचे प्रमाण ≤७% पर्यंत कमी केले जाते, आणि कमी-सिमेंट श्रेणीचे रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल तयार केले जाऊ शकते ज्यामध्ये CaO चे प्रमाण ≤२.५% असते, आणि त्याचे कार्यप्रदर्शन निर्देशक सामान्यतः ॲल्युमिनेट सिमेंट रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सपेक्षा श्रेष्ठ असतात. या प्रकारच्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबलमध्ये चांगली थिक्सोट्रॉपी असते, म्हणजेच, मिश्रित पदार्थाला एक विशिष्ट आकार येतो आणि थोड्या बाह्य शक्तीने तो वाहू लागतो. जेव्हा बाह्य शक्ती काढून घेतली जाते, तेव्हा तो प्राप्त झालेला आकार टिकवून ठेवतो. म्हणून, याला थिक्सोट्रॉपिक रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल असेही म्हणतात. स्व-प्रवाही रिफ्रॅक्टरी कास्टेबलला देखील थिक्सोट्रॉपिक रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल म्हटले जाते. हे याच श्रेणीत येते. कमी सिमेंट श्रेणीच्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सचा नेमका अर्थ अद्याप परिभाषित केलेला नाही. अमेरिकन सोसायटी फॉर टेस्टिंग अँड मटेरियल्स (ASTM) रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सची व्याख्या आणि वर्गीकरण त्यांच्या CaO सामग्रीच्या आधारावर करते.

कमी-सिमेंट मालिकेच्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सची घनता आणि उच्च मजबुती ही प्रमुख वैशिष्ट्ये आहेत. हे उत्पादनाचे सेवा आयुष्य आणि कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी चांगले आहे, परंतु यामुळे वापरापूर्वी बेकिंग करताना अडचणी येतात, म्हणजेच, बेकिंग दरम्यान काळजी न घेतल्यास ओतण्याची क्रिया सहजपणे होऊ शकते. बॉडी फुटण्याच्या घटनेमुळे किमान पुन्हा ओतण्याची गरज भासू शकते, किंवा गंभीर प्रकरणांमध्ये आजूबाजूच्या कामगारांच्या वैयक्तिक सुरक्षेला धोका निर्माण होऊ शकतो. त्यामुळे, विविध देशांनी कमी-सिमेंट मालिकेच्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सच्या बेकिंगवर विविध अभ्यासही केले आहेत. मुख्य तांत्रिक उपाय असे आहेत: योग्य ओव्हन वक्र तयार करणे आणि उत्कृष्ट स्फोट-प्रतिरोधक घटक इत्यादींचा वापर करणे, यामुळे रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्समधील पाणी इतर दुष्परिणाम न होता सहजपणे बाहेर काढले जाऊ शकते.

अतिसूक्ष्म पावडर तंत्रज्ञान हे कमी-सिमेंट श्रेणीतील रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्ससाठी मुख्य तंत्रज्ञान आहे (सध्या सिरॅमिक्स आणि रिफ्रॅक्टरी मटेरियल्समध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बहुतेक अतिसूक्ष्म पावडर प्रत्यक्षात ०.१ ते १० मायक्रॉनच्या दरम्यान असतात आणि त्या प्रामुख्याने डिस्पर्शन ॲक्सिलरेटर (प्रकीर्णन गतीवर्धक) आणि स्ट्रक्चरल डेन्सिफायर (संरचनात्मक घनतावर्धक) म्हणून कार्य करतात. पहिल्यामुळे सिमेंटचे कण गुच्छ न होता अत्यंत विखुरले जातात, तर दुसऱ्यामुळे ओतण्याच्या पदार्थातील सूक्ष्म छिद्रे पूर्णपणे भरली जातात आणि मजबुती सुधारते).

सध्या सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या अतिसूक्ष्म पावडरच्या प्रकारांमध्ये SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 इत्यादींचा समावेश होतो. SiO2 सूक्ष्म पावडरचे विशिष्ट पृष्ठफळ सुमारे 20m2/g असते आणि तिच्या कणांचा आकार सिमेंटच्या कणांच्या आकाराच्या सुमारे 1/100 असतो, त्यामुळे तिच्यात भरण्याचे चांगले गुणधर्म असतात. याव्यतिरिक्त, SiO2, Al2O3, Cr2O3 सूक्ष्म पावडर इत्यादी पाण्यात कलिल कण (colloidal particles) देखील तयार करू शकतात. जेव्हा विखुरणकारक (dispersant) उपस्थित असतो, तेव्हा कणांच्या पृष्ठभागावर एक आच्छादित विद्युत दुहेरी थर (overlapping electric double layer) तयार होतो, ज्यामुळे स्थिरविद्युत प्रतिकर्षण (electrostatic repulsion) निर्माण होते. हे कणांमधील व्हॅन डर वाल्स बलावर (van der Waals force) मात करते आणि आंतरपृष्ठ ऊर्जा (interface energy) कमी करते. हे कणांमधील अधिशोषण (adsorption) आणि गुच्छीकरण (flocculation) प्रतिबंधित करते; त्याच वेळी, विखुरणकारक कणांभोवती अधिशोषित होऊन एक द्रावक थर (solvent layer) तयार करतो, ज्यामुळे ओतण्यायोग्य पदार्थाची तरलता देखील वाढते. ही देखील अतिसूक्ष्म पावडरच्या कार्यप्रणालींपैकी एक आहे, म्हणजेच, अतिसूक्ष्म पावडर आणि योग्य विखुरणारे पदार्थ (डिस्पर्संट्स) मिसळल्याने रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सचा पाण्याचा वापर कमी होऊ शकतो आणि प्रवाहीपणा सुधारू शकतो.

कमी-सिमेंट असलेल्या रिफ्रॅक्टरी कास्टेबल्सचे सेटिंग आणि घट्ट होणे हे हायड्रेशन बॉन्डिंग आणि कोहेशन बॉन्डिंगच्या एकत्रित क्रियेचा परिणाम आहे. कॅल्शियम ॲल्युमिनेट सिमेंटचे हायड्रेशन आणि घट्ट होणे हे प्रामुख्याने हायड्रॉलिक टप्पे CA आणि CA2 चे हायड्रेशन आणि त्यांच्या हायड्रेट्सच्या स्फटिक वाढीच्या प्रक्रियेमुळे होते, म्हणजेच, ते पाण्यासोबत अभिक्रिया करून षटकोनी पापुद्रे किंवा सुईच्या आकाराचे CAH10, C2AH8 आणि घनाकृती C3AH6 स्फटिक आणि Al2O3аq जेल यांसारखी हायड्रेशन उत्पादने तयार करतात, जी नंतर क्युरिंग आणि उष्णता प्रक्रियेदरम्यान एक आंतरजोडणी संघनन-स्फटिकीकरण जाळीदार रचना तयार करतात. हे एकत्रीकरण आणि बंधन सक्रिय SiO2 अतिसूक्ष्म पावडरमुळे होते, जी पाण्याच्या संपर्कात आल्यावर कलिल कण तयार करते आणि टाकलेल्या ॲडिटिव्हमधून (म्हणजेच इलेक्ट्रोलाइट पदार्थ) हळूहळू विलग होणाऱ्या आयनांच्या संपर्कात येते. कारण दोघांचे पृष्ठभागावरील विद्युत प्रभार विरुद्ध असतात, म्हणजेच, कलिल पृष्ठभागावर प्रति-आयनांचे (counter ions) अधिशोषण झालेले असते, ज्यामुळे विभव कमी होते आणि जेव्हा अधिशोषण "आयसोइलेक्ट्रिक पॉईंट" (isoelectric point) पर्यंत पोहोचते तेव्हा संघनन (condensation) होते. दुसऱ्या शब्दांत, जेव्हा कलिल कणांच्या पृष्ठभागावरील स्थिरविद्युत प्रतिकर्षण हे त्याच्या आकर्षणापेक्षा कमी असते, तेव्हा व्हॅन डर वाल्स बलाच्या (van der Waals force) मदतीने संसक्ती बंध (cohesive bonding) तयार होतात. सिलिका पावडरमध्ये मिसळलेल्या दुर्दम्य कास्टेबलचे (refractory castable) संघनन झाल्यावर, SiO2 च्या पृष्ठभागावर तयार झालेले Si-OH गट वाळतात आणि निर्जलीकरण होऊन पूल तयार करतात, ज्यामुळे सिलोक्सेन (Si-O-Si) जाळीदार संरचना तयार होते आणि त्यामुळे ते कठीण होते. सिलोक्सेन जाळीदार संरचनेत, तापमान वाढल्याने सिलिकॉन आणि ऑक्सिजनमधील बंध कमी होत नाहीत, त्यामुळे त्याची मजबुती देखील सतत वाढत राहते. त्याच वेळी, उच्च तापमानात, SiO2 जाळीदार संरचना तिच्यामध्ये वेढलेल्या Al2O3 सोबत अभिक्रिया करून मुलाइट (mullite) तयार करते, ज्यामुळे मध्यम आणि उच्च तापमानात मजबुती सुधारू शकते.