VÝVOJ ŽÁROBETONŮ PRO METALURGII DEVELOP OF CASTABLE FOR METALLURGY

METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________

VÝVOJ ŽÁROBETONŮ PRO METALURGII DEVELOP OF CASTABLE FOR METALLURGY Pavel Tofel Ing. Pavel Tofel, Školská 1378, Frenštát pod Radhoštěm, ČR, [email protected] Abstrakt V roce 1908 vznikl v laboratořích firmy Lafarge nový druh hydraulického pojiva, hlinitanový cement, který otevřel cestu k využití betonů v oboru žárovzdorných vyzdívek. Hlinitanový cement vyráběný z přírodních surovin (vápence a bauxitu) obsahuje proměnlivé množství hydraulicky aktivních minerálů i snadno tavitelných přísad. Pro náročnější účely byly postupně vyvíjeny různé druhy kvalitnějších cementů a možnosti aplikace žárobetonů se tak postupně rozšiřovaly. Další mohutný rozvoj v oblasti žárobetonů nastal po roce 1969, kdy byl poprvé vyroben žárobeton, který po zatuhnutí vykazuje vysokou pevnost i když obsahuje jen velice malé množství cementu. Této vlastnosti je dosaženo především sestavením zrnitostní směsi s optimálním rozdělením velikosti částic, přičemž musí být přítomny i mikronové a submikronové částice. Snížením množství cementu až na nepatrný zlomek ve srovnání s klasickými betony, přineslo výrazné rozšíření sortimentu žárobetonu různých vlastností. Tento sortiment byl nakonec rozšířen i o žárobetony zcela bez cementu. Kromě rozdílného způsobu vazby a množství pojiva je šíře různých druhů a vlastností žárobetonů dána též volbou kameniva. Jelikož se obor žárobetonů v krátké době výrazně rozšířil, stal se i méně přehledným. Možnosti aplikace pro nové druky žárobetonů se někdy teprve hledají a získávají se nové zkušenosti. Tato práce popisuje postup a výsledky laboratorních zkoušek zaměřených na nalezení vhodného žárobetonového materiálu pro styk s roztavenou ocelí a struskou. Summary In 1908 a new hydraulic binding agent called high-aluminium cement (HAC) was developed in the Lafarge company laboratories. It opened new possibilities for the cement usage in the branch of fire resistant linings. The high-aluminium cement produced from raw materials (the limestone and bauxite) contains variable quantities of hydraulically active minerals and granules that are easily fusible. For the more demanding purposes there were various kinds of better quality cements gradually developed and thus the application possibilities of the refractory concretes were successively enhanced. Another huge development of the refractory concretes arose in 1969 when, for the first time, the refractory concrete that after its setting shows the high strength although it contains only a little cement quantity was produced. This feature was achieved above all by the quantitative distribution of grain size with the optimal separation of particle sizes. At the same time the micron and submicron particles must be presented. The reduction of the cement quantity up to the insignificant fraction in comparison with the classical concretes brought a distinctive enhancement of the refractory concretes of various properties assortment. This assortment was at the end enhanced also by the refractory concretes without any cement. 1

METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ Apart from the different way of the linking and binding agent content also the selection of aggregates create the large range of the refractory concretes with many various kinds and properties. Because of the fact that the refractory concretes branch has been substantially expanded in the short time, it has become also less lucid. Sometimes the application possibilities of the new refractory concretes are being searched only and new experiences are being gained. This paper describes the procedure and results of the laboratory tests specialized on the finding of a refractory concrete material that is suitable for the contact with molten steel and clinker. 1. Úvod Betonem nazýváme směs kamení a pojiva, která po zamíchání s vodou a zpracování tuhne. Jedná se o velmi starou technologii, kterou uměli používat stavebníci ve starém Egyptě a zvláště v Římě. Moderní užívání betonu je spojeno s objevem portlantského cementu, který byl patentován v Anglii v polovině 19. stol. a rychle se rozšířil. Jelikož to bylo v době vědecko technické revoluce spojené s rozmachem výroby oceli, byly brzy prováděny pokusy o využití betonářské technologie pro potřeby hutnictví. Ovšem betony snášející vysoké teploty, tzn. žárobetony, začaly být v tepelné technice využívány až po objevu hlinitanového cementu. Od té doby prošla technologie výroby a využití žárobetonů mnohými změnami, přičemž nabývala stále většího významu. Předmětem vývoje byl jednak hlinitanový cement, ale kromě toho přibývalo též množství poznatků o vhodné volbě ostřiva, uspořádání částic ve směsi, vlivu chemických přísad sloužících ke ztekucení i regulaci tuhnutí atd. Vznikla tak celá řada různých druhů žárobetonů s širokými možnostmi použití. 2. Rozdělení žárobetonů Jak bylo řečeno, v klasickém pojetí rozumíme betonem, tak i žárobetonem, směs kameniva a pojiva, která samovolně tuhne po zamísení s vodou. Pojivem je cement. U stavebních betonů cement portlantský, u žárobetonů hlinitanový. Pojivo tuhnoucí při reakci s vodou nazýváme hydraulickou vazbou. Časem se však název žárobeton vžil i pro některé směsi pojené jiným způsobem , například roztokem anorganických solí (nejčastěji fosfátů), organických látek, vodním sklem, koloidním roztokem SiO2 apod. Tyto látky nazýváme chemickými vazbami. Mezi chemické vazby řadíme i směs MgO+MgCl2 tj. Solerův cement. Z toho vyplývá i jedna z možností rozdělení žárobetonů, podle druhu vazby. Hlavní složkou tvořící podstatu žárobetonu a určující jeho vlastnosti je kamenivo. Jako kamenivo se používají různé druhy žaromateriálů, individuálně nebo ve směsi. Žárobetony pak nazýváme podle druhu kameniva. Nejčastěji vyráběné žárobetony jsou korundové, bauxitové a lupkové. Jiným způsobem rozdělení žárobetonů je podle způsobu použití. Takto je dělíme na vibrovatelné, pěchovací, samotekoucí a torkretovací. Velmi důležité pro konečné vlastnosti žárobetonů je rozdělení velikostí částic, které určuje jejich uspořádání. S vyjímkou izolačních žárobetonů téměř vždy požadujeme, aby výsledná směs byla po zpracování (obvykle po zavibrování) co nejhutnější, s minimálním obsahem pórů. Toto hutné uspořádání je podmíněno jednak granulometrickým složením směsi a zároveň je nutné použít ztekucující (deflokulační) přísady. Z hlediska granulometrie je pro hutné uspořádání především důležité dodat do směsi patřičné množství velmi jemných částic. Významný efekt přítomnosti mikronových a submikronových částic v žárobetonové směsi byl nejdříve pozorován u betonů s přídavkem mikrosiliky, ultrajemných částic SiO2 vznikajících při výrobě Si a ferosilicia. 2

METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ Vyvážené granulometrické složení a použití deflokalačních přísad výrazně zvyšuje pevnost betonu a to dokonce i při snížení celkového množství cementu. První nízkocementový žárobeton byl vyroben v r. 1969 a předznamenal vývoj ohromného množství nových žárobetonových materiálů. Snížené množství cementu totiž otevřelo možnosti použití žárobetonů i tam, kde to dříve z hlediska vysokého obsahu CaO v klasickém žárobetonu nebylo možné. Žárobetony se od té doby dělí též podle množství použitého cementu. Vedle klasických (regulérních RCC) betonů obsahujících cca 20 až 30% cementu se používají žárobetony s nízkým (LCC) a ultranízkým (ULCC) obsahem CaO. Další skupinou jsou žárobetony se středně nízkým (cca 10%) obsahem cementu (MCC) , které spojují výhody LCC a klasických směsí. Velkou popularitu si získaly též betony, které neobsahují vůbec žádný CaO přidávaný s pojivem – žárobetony bezcementové (NCC). Ty tvoří samostatnou skupinu. Na rozdíl od výše zmíněných žárobetonů chemicky vázaných jsou pojeny hydraulickou vazbou, avšak ne na bázi cementu. Tyto betony bývají pojeny částečně dehydratovaným hydroxidem hlinitým. Někdy se též používá rozdělení na žárobetony ztekucené a neztekucené. Ovšem ztekucovací přípravky jsou nejen samozřejmou součástí MCC, LCC, ULCC a NCC, ale bývají též pravidelně součástí i klasických betonů, takže neztekucené žárobetony jsou spíše vyjímečné. Pro klasické žárobetony se často používají speciální cementy, které jsou obohaceny nejen o deflokalační přísady, ale i o ultrajemné částice kameniva, obvykle korundu. Další skupinou žárobetonů, které byly objeveny poměrně nedávno, jsou žárobetony samotekoucí (SFC). U výše popsaných žárobetonů sledujeme při jejich mísení s vodou, aby bylo dosaženo tixotropního stavu, kdy je beton zpracovatelný vibrací. Při převlhčení směsi dochází k výraznému snížení pevnosti výsledného betonu, které může mít závažné následky. Někdy se však toxitropní směs zpracovává obtížně, nebo to vůbec není možné. Pro takové případy jsou určeny žárobetony samotekoucí, které je možné vlhčit až do takového stavu, kdy tečou vlastní vahou, aniž by byla dramaticky sníženy jejich pevnost. Tohoto efektu je dosaženo (vedle použití ztekucovadel) speciálním uzpůsobením zrnitostní skladby. Podle obsahu cementu patří samotekoucí žárobetony obvykle do skupiny LCC. 3. Vlastnosti žárobetonových vyzdívek Nejčastější využití žárobetonu spočívá ve zhotovení monolitické vyzdívky na místě, kde má sloužit. Často jsou též žárobetony použity ke zhotovení prefabrikátu, který je vytvarován a vysušen, případně též vypálen na jiném místě. Také bývá žárobeton používán pro výrobu speciálních tvarovek, jelikož snadno vyplní i tvarově složitou formu. Žáromonality mají ve srovnání s klasickými materiály řadu předností: •

Při instalaci žárobetonů na místo zděných vyzdívek odpadá výpal tvarovek, takže dochází k úsporám energie.

•

Snižuje se nebo zcela odpadá výskyt spár ve zdivu a tím je příznivě ovlivněna odolnost proti korozi.

•

Zkracují se technologické časy nutné ke zhotovení vyzdívek i prostoje při opravách.

•

Díky mikroporézní struktuře, nízkému modulu pružnosti a vysoké pevnosti vykazují žárobetony zpravidla ve srovnání s obdobnými pálenými výrobky zlepšenou odolnost proti náhlým změnám teploty.

•

U žárobetonů obvykle nedochází v průběhu tepelné expozice k žádným změnám rozměrů. Žáromonolity, prefabrikáty i komplikované tvarovky je možné relativně snadno zhotovit s velmi přesnými rozměry a tato přesnost zůstává zachována i po výpalu. 3

METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ U klasických žárobetonových směsí se však setkáváme vlastnostmi, které zužují oblast jejich použití:

také s méně vhodnými

•

Z chemického hlediska je negativní vlastností vysoký obsah oxidu vápenatého, který je nutnou součástí cementů a který výrazně snižuje žárovzdorné vlastnosti betonů.

•

Hydraulická vazba vznikající v betonech je stabilní pouze při nízkých teplotách. při teplotě kolem cca 800 °C dochází k úplnému uvolnění chemicky vázané vody a k poklesu pevnosti.

Výše uvedené negativní vlastnosti žárobetonů se týkají klasických směsí s obsahem cementu 20-30%. Naproti tomu se klasické žárobetony vyznačují velkou stabilitou vlastností a relativně nízkými nároky na způsob mísení a aplikace. Nevýhody klasických žárobetonů se nevyskytují u žárobetonů nízkocementových. Ty svými užitnými vlastnostmi často v mnohém předčí i nejkvalitnější pálené výrobky. Jejich propracovaná zrnitostní křivka zasahující až do submikronových částic a obsah dalších přísad zajišťují vysokou hutnost, nízkou pórovitost a vysokou pevnost. Klasické žárobetonové směsi se vyznačují tixotropním chováním. Při instalaci jsou ztekucovány vibrací, což může pro některé aplikace představovat komplikaci. Dojde-li při přípravě žárobetonu, ve snaze získat lépe zpracovatelnou tekutou směs, k „převlhčení“, má pak výsledný žárobeton vysokou pórovitost, nízkou pevnost a špatnou odolnost vůči korozi. Tato nevýhoda je odstraněna u žárobetonů samotekoucích. Nové druhy žárobetonů se vyznačují zejména následujícími vlastnostmi : •

Vysokou pevností v tlaku. V širokém rozpětí teplot se tato pevnost pohybuje v rozpětí cca 60 až 160 MPa. Pevnost v tlaku je vysoká i v oblasti středně vysokých teplot kolem 800°C, kde klasické žárobetony vykazují pokles pevnosti.

•

Nízkou pórovitostí (< 15 % )

•

Velmi dobrými žárovzdornými vlastnostmi s teplotou použití až 1800 případně 1850°C.

4. Hlinitanové cementy Jedním ze základních předpokladů pro úspěšnou funkci žárobetonu je správná volba druhu cementu. Hlinitanové cementy se od sebe liší především chemickým složením, mineralogickým složením a zrnitostí. Tyto faktory ovlivňují průběh tuhnutí a výsledné vlastnosti monolitu respektive prefabrikátu. Běžné hlinitanové cementy obsahují 40 - 50 % Al2O3, kvalitní cementy 70 - 80 % Al2O3. Nejčastěji se hlinitanový cement vyrábí tavením základních surovin bauxitu a vápna (resp. vápence) v plamenné nebo elektrické obloukové peci. Teplota tavení je cca 1600 oC. Jiným způsobem je slinování briket nebo granulí zhotovených z jemně mleté směsi surovin. Složení vsázky a čistota surovin, průběh výpalu i průběh chlazení ovlivňují mineralogické složení výsledného produktu. Nevhodnou vedlejší složkou jsou oxidy železa. Obsah železa je snižován redukčním tavením a separací kovového Fe. Další nevítanou složkou je SiO2, jehož obsah v surovinách má být co nejmenší, aby se zabránilo vzniku většího množství gehlenitu C2AS a dikalciumsilikátu C2S. Nejžádanějšími složkami hlinitanových cementů jsou minerály kalciummonoaluminát CaO.Al2O3 (CA) a kalciumdialuminát CaO.2Al2O3 (CA2). V tom také spočívá hlavní rozdíl mezi hlinitanovým cementem a cementem portlantským, jehož nejdůležitějšími složkami jsou dikalciumsilikát C2S a trikalciumsilikát (C3S). Základním rozdílem v hydrataci hlinitanového 4

METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ cementu vůči cementu portlandskému je to, že hydratace hlinitanového cementu probíhá bez odštěpení Ca(OH)2. Hlavním produktem hydratace jsou hydroalumináty [1]. Zastoupení jednotlivých minerálů ovlivňuje reaktivnost cementu, rychlost hydratace i její průběh a vlastnosti výsledného produktu. Nejreaktivnější je sloučenina C12A7. Velmi reaktivní je také C3A, který se však v kvalitních cementech vyskytuje jen v nepatrné míře. Pomaleji reaguje CA, který je (spolu s C12A7) nositelem počátečních pevností. CA2 reaguje s vodou výrazně pomaleji a způsobuje vysoké konečné pevnosti. Nereaktivní a tedy v cementech nežádoucí je CA6. Spolu s bauxitem se do výroby cementu vnášejí další složky, především SiO2, Fe2O3 a TiO2. Výsledný produkt je tvořen pestrou směsí minerálů. Na tuhnutí cementu se aktivně podílí C4AF. Nereaktivní a škodlivě působící jsou například (CaO)2 . Fe2O3, CaO . TiO2 a již zmíněný gehlenit. Další škodlivou příměsí pocházející z přírodních surovin jsou alkálie. Faktorem, který rovněž ovlivňuje průběh tuhnutí i konečné vlastnosti je jemnost mletí cementu. V žárobetonech je průběh hydraulického tuhnutí cementů ovlivněn řadou dalších faktorů jako interakcí s mikropřísadami, s plastifikátory, regulátory tuhnutí a teplotou. Pro žárobetony s nízkým a ultranízkým obsahem cementu jsou používány výhradně cementy nejvyšší kvality, bez přísad, s obsahem 70 – 72 % Al2O3 a přibližně 28 % CaO, obsah všech dalších příměsí je zcela minimální. Z hlediska fázového složení je majoritní složkou CA, minoritními složkami jsou CA2 a Al2O3. 5. Granulometrické složení žárobetonů K popisu rozdělení velikosti částic je výhodné použít aparát matematické statistiky a teorie pravděpodobnosti. Velikost částice, která nabývá různých hodnot, považujeme za spojitou náhodnou proměnnou. V souladu s matematickou statistikou je zrnitostní systém zcela popsán jeho distribuční nebo frekvenční funkcí [2]. Distribuční funkce náhodné veličiny je definována jako pravděpodobnost, kdy náhodná veličina X nabude hodnoty menší nebo rovné x: F (x ) = P( X ≤ x ) (1) kde x je charakteristický rozměr (m). F (x ) je tedy podíl částic menších nebo roven x. Toto relativní zastoupení je ve statistice obvykle vyjadřováno jako četnost. U částicových systémů zastoupení jednotlivých frakcí vyjadřujeme ve formě hmotnostních zlomků. U směsí částic s různou hustotou je zapotřebí použít objemová procenta. Distribuční funkce částicového systému vyjadřuje propad sítem, kde x je velikost ok. Ve statistice je popsána celá řada různých funkcí používaných pro popis hromadných dějů. Jednou z nich je Weibulovo rozdělení. Distribuční funkce Weibulova rozdělení má tvar  x −   x' 

n

F (x ) = 1 − e (2) n- exponent zrnitosti x‘- charakteristika hrubosti Tato funkce je pro nás velice zajímavá, jelikož směs částic, jejichž rozdělení velikosti lze popsat Weibulovou funkcí, má (při vhodně zvoleném exponentu n) vysokou hutnost. Částice vyplňují většinu prostoru a zbývající nevyplněný prostor je minimální.

5


Jiný model, který rovněž vede k hutnému uspořádání, popisuje distribuční funkce ve tvaru: α

 x   (3) F ( x ) =  x  max  α- koeficient zrnitosti xmax- velikost největšího zrna Maximální hutnosti dosáhneme u směsi, jejichž exponent zrnitosti je 0,3. Pro samotekoucí žárobetony se uvádí α=0,25. Propadové funkce podle vztahu (2) nebo (3) jsou velice užitečnými pomůckami při hledání optimálního složení žárobetonu. Obě umožňují sestavit velmi hutné směsi s nízkou pórovitostí, avšak nelze tvrdit, že by jedna nebo druhá představovala nejlepší možné uspořádání částic. Čistě empirickým postupem lze obvykle dosáhnout lepšího výsledku , než sestavením zrnitostní skladby podle teoretického modelu. Vyššího zhutnění a nižší pórovitosti lze také dosáhnout, když místo spojitého rozdělení velikosti částic použijeme rozdělení přerušené, tzn., že některé frakce vynecháme. 6. Návrh zkušebních směsí a program zkoušek Jak bylo naznačeno v úvodní části, sortiment žárobetonů je široký, přičemž řada druhů je užívaná poměrně krátce a detailní informace o jejích vlastnostech často nejsou k dispozici. Cílem zde uváděné práce bylo navrhnout program zkoušek i zkušebních směsí , které umožní vybrat optimální řešení žárobetonové směsi schopné nahradit magnezit v místech namáhaných proudící ocelí a struskou. Jelikož hledáme materiál aplikovatelný ve formě žárobetonu, musíme vedle vhodného základního materiálu,tj. kameniva, nalézt též vhodné suroviny pro jemnozrnný matrix a také vhodný způsob vazby. Byla připravena řada zkušebních směsí, které reprezentovaly různé druhy žárobetonů. Z těchto směsí , jejichž složení udává tabulka 1., byly připraveny zkušební vzorky pro laboratorní zkoušky. Tabulka 1. Složení vzorků

cement NedMag CA 14 [%] 5 5 2 5 5 -

1 2 3 4 5

korund elektrotavený x -

6

-

x

x

-

-

7 8

x

x -

x x

-

10 10

9

-

x

x

4

1

10 11 12

-

x x x

x x x

3 -

2 2 x

Ozn. vzorku

korund spinel tabulární AR 78 T60 x x x x x x x

6

Poznámka + korund reakt. Nabalox 725-10 T60 + CL370C + CT3000SG NCC, pojivo 1% Aktilox T40 chem. vazba 2% MgCl2 . 6H2O chem. vazba 2% MgCl2 . 6H2O 5% MgO p.a. MCC MCC cement + chem. vazba 2% MgCl2 . 6H2O ULCC ULCC LCC


Nejdříve byly u všech žárobetonů stanoveny základní vlastnosti,tj. objemová hmotnost(OH) , zdánlivá pórovitost (PZ) a pevnost v tlaku (PTL) po vysušení i po výpalu na různé teploty. Výsledky těchto zkoušek (jsou uvedeny v tabulce 2.) podávají informace o kvalitě žárobetonu z hlediska jeho hutnosti. Nízká pórovitost svědčí o dobře zvolené zrnitostní skladbě a spolu s vysokou pevností je jedním z předpokladů vysoké životnosti. Dalšími nutnými předpoklady je dobrá odolnost k vysokým teplotám a působení strusky. Odolnost k působení vysokých teplot byla zkoušena na zařízení umožňují sledovat deformace vzorků zatížených stálým tlakem 0,2 Mpa při rovnoměrně stoupající teplotě. Výsledky zkoušek uvádí tabulka 3. Byly zaznamenány teploty maximální tepelné roztažnosti Tmax a dále teploty T05, T1, T2, při které vzorek dosáhl deformace 0,5; 1 a 2% od bodu maximální dilatace. Dále byly zaznamenány deformace při teplotě 1600 a 1650°C. Rozdíl těchto hodnot ∆D reprezentuje rychlost tečení. Hodnoty maximální dilatace, od kterých se začíná sledovat průběh deformace, byly ovlivněny tím, zda byly vzorky před zkouškou vypáleny. Nejdříve bylo sledováno chování vzorků, které byly před zkoušku pouze vysušeny, později byly metodika zkoušek zaměněna a vzorky byly před zkouškou vypalovány při teplotě 1500°C po dobu 30 minut. Tabulka 2. Výsledky stanovení keramických vlastností

teplota ozn. výpalu směsi 100 0C OH PZ PTL

1

2

3

4

7

8

3358 6,12 81

3171 7,3 46

3135 12,5 15

3177 9,3 76

3150 8,0 97

800 0C

OH PZ PTL

3285 13,5 95

3110 17,6 60

3115 13,8 11

3120 14,3 78

3065 11 108

1200 0C

OH PZ PTL

3270 14,5 120

3105 19,1 115

3120 13,4 87

3115 13,9 156

3065 14,3 143

1500 0C

OH PZ PTL

3245 12,5 104

3070 17,2 179

3145 13,1 99

3145 11,0 143

3085 13,5 164

9

10

12

3170 7,8 98

13

3189 8,8 23

3059 9,9 60

3090 14,2 100

2915 17,3 15

3110 14,2 35

3020 14,0 103

2895 19,0 26

3130 12,8 86

3000 16,0 67

2990 16,6 47

3125 11,7 111

3015 12,4 193

3085 18,5 126

Na závěr byla u většiny vzorků (mimo vzorek č. 3, 4, 5, 6) stanovena odolnost proti korozi struskou. Pro tento účel byly ve speciální formě připraveny válečky o rozměrech l=50 mm, d=50 mm s osově orientovaným otvorem l=25mm, d=25mm. Do otvoru bylo udusáno vždy 20 g strusky. Struska byla odebrána z tavby na ocelárně Ispat Nová Huť, rozemleta a homogenizována. Vzorky se struskou byly najednou páleny v superkantalové peci při teplotě 1500°C. Vzorek připravený z periklasové tvarovky označený M a vzorky materiálu označené v tabulkách číslem 12 (na obrázcích 20) byly společně páleny při teplotě 1550°C rovněž 5 hod.

7

METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ Tabulka 3. Výsledky stanovení únosnosti v žáru Ozn. vzorku

1

1

2

4

5

6

7

8

9

10

11

12

předvýpal 15200C/30min

-

+

+

-

-

-

-

+

+

+

+

+

Tmax [0C]

1300 1575 1500 1325 1265 1280 1360 1400 1400 1470 1500 1500

T05 [0C]

1650 1600 1400 1430 1610 1625 1550 1575 1650 1625

T1 [0C]

1650 1510 1500 1695

1610

1660

T2 [0C]

1650 1620

1665

1690

D1600 [%]

0,21

0,06

0,20

0,50

1,46

1,62

0,45

0,30

0,99

0,70

0,35

0,32

D1650 [%]

0,32

0,19

0,50

1,00

2,00

2,26

0,77

0,62

1,70

1,25

0,50

0,80

∆D

0,11

0,13

0,30

0,50

0,54

0,64

0,32

0,32

0,71

0,55

0,15

0,48

[%]

Tabulka 4. Výsledky stanovení odolnosti vůči korozi

vzorek č. stav vzorku po zkoušce 12 vzorek nepoškozený, plný přetavené strusky, na řezu materiál čistý, nekontaminovaný, na hladině vytavená strusková čára (hloubka 1mm) M

pořadí 1

vzorek připravený z magnezitové (periklasové) tvarovky, bez poškození, ale prázdný, struska penetrovala dovnitř materiálu a způsobila fázové změny

2

oba vzorky jsou struskou silně poškozené, ale méně než vzorek č. 7

3

7

lepší výsledek než vzorek č. 9, méně výrazné rozpraskání

4

9

obdobné poškození jako vzorek 1 a 2, jen v menší míře, není patrné bobtnání

5

1, 2

nejvyšší poškození, značný úbytek materiálu otavením, zbytek materiálu kontaminovaného struskou nabobtnal, vzorky navíc také popraskaly

6

10, 8

7. Vyhodnocení výsledků zkoušek Vzorky s označením 1 a 2 představují nízkocementové betony na bázi korundu, přičemž vzorek č. 1 byl připraven převážně z korundu elektrotaveného, vzorek č. 2 z kvalitnějšího tabulárního korundu. Podle očekávání oba tyto vzorky vykázaly velmi dobré žárovzdorné vlastnosti, překvapivě vzorek č. 1 o něco lepší než vzorek č. 2. Jak vyplývá z výsledků uvedených v tabulce č. 3, prokázal vzorek č. 1 ze všech zkoušených směsí nejmenší deformaci za vysokých teplot. Asi při teplotě 1700°C nebyly dosaženo 0,5% deformace, takže nemohla být stanovena teplota T05. Docela jiný obrázek o použitelnosti korundu poskytly zkoušky korozivzdornosti. V tabulce č. 4 jsou zkoušené směsi seřazeny podle úspěšnosti při korozní zkoušce, přičemž

8


jednotlivé vzorky byly posuzovány podle stupně poškození při, otavení a vizuálně na řezech podle hloubky penetrace strusky do materiálu. Ukázalo se, že na čistě korundový materiál působí struska zcela zničujícím způsobem (obrázek č. 1). Již menší přídavky MgO se projevují příznivě ve zvýšené odolnosti proti působení strusky (obrázek č. 2).

Obrázek č. 1

Obrázek č. 2

Také na periklasový materiál struska působí. I když váleček z magnezitu, který byl naplněný struskou, vypadá po tepelné expozice nepoškozený, struska z otvoru téměř všechna zmizela. Byla nasáta do materiálu, který změnil barvu a určitě také změnil své chemické i fázové složení, takže lze předpokládat, že by při dalším kontaktu s roztavenou struskou k poškození došlo. Lepší šanci na dlouhou životnost by měl zřejmě materiál, do kterého by tavenina nepronikla.

Obrázek č. 3 Vzorek označený M, magnezitový materiál po korozní zkoušce

Vyhodnocení zkoušek z hlediska vazebných přísad vedlo k závěru, že v tomto případě nepřináší snižování množství cementu lepší užitné vlastnosti. S výjimkou vzorku č. 10 zhotoveného ze směsi s ultranízkým obsahem cementu, který zároveň prokázal dobrou odolnost proti korozi struskou, v testech se spíše osvědčily vzorky s vyšším množstvím cementu a nesvědčily se směsi bezcementové. Jednoznačně bylo prokázáno, že korund kombinovaný s hlinitohořečnatým spinelem vykazuje lepší odolnost vůči korozi struskou, než korund čistý. Ovšem menší přídavky spinelu nestačí k tomu, aby se korozivzdornost betonu mohla srovnávat s kvalitním magnezitovým materiálem. I když řada komerčních produktů obsahujících cca 5 až 10% MgO 9


ve formě spinelu je podle výrobců odolná vůči korozi struskou, zkoušky ukázaly, že tyto produkty nemusí vždy vykázat stejnou odolnost jako magnezit. Nakonec byla připravena žárobetonová směs, která svými vlastnostmi všechny předchozí materiály předčila. Bez poškození prošla stejnými korozními zkouškami jako vzorek připravený z dnes používaného periklasového výrobku a navíc u ní nedošlo k penetraci strusky (obrázky č. 4 a 5). Lze tedy důvodně předpokládat, že materiál označený jako vzorek č. 12 je schopný periklasový výrobek nahradit.

Obrázek č. 4 Směs číslo 12, zkušební váleček

Obrázek č. 5 Směs číslo 12, zkušební kelímek Literatura [1] Škvára F.: Technologie anorganických pojiv II, skripta VŠCHT, Praha 1995 [2] Kuneš K.- Špičák K.: Procesy a zařízení v keramice I, skripta VŠCHT, Praha 1991

10

VÝVOJ ŽÁROBETONŮ PRO METALURGII DEVELOP OF CASTABLE FOR METALLURGY

Recommend Documents