Stahlfasern für feuerfeste Gussteile: Schmelzextraktion, Sorten und Thermoschock

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15. Juni 2016

Feuerfeste Fasern und Strukturfasern sind vom Grundmaterial bis zur Form unterschiedliche Produkte. Die Verwendung von Hakenstrukturfasern in einem Gussteil ist der häufigste und teuerste Fehler in dieser Kategorie.

Feuerfeste Fasern und Strukturfasern sind unterschiedliche Produkte

Der häufigste und teuerste Fehler in dieser Kategorie ist es, hakenförmige Strukturfasern in ein feuerfestes Gussteil fallen zu lassen. Strukturfasern erreichen ihre Temperatur bei etwa 300 bis 400 °C; darüber hinaus lässt die Festigkeit nach und Beschichtungen versagen. Feuerfester Guss wird bei 800 bis 1400 °C betrieben und die Auskleidung muss zudem schnell erhitzt und abgekühlt werden. Feuerfeste Fasern unterscheiden sich im Material, in der Form und in der Form: Die Basis ist rostfreier Stahl, der Prozess ist Schmelzextraktion und die Form ist ein unregelmäßiger dreidimensionaler Cluster. Das Ziel ist nicht die Zugfestigkeit, sondern die Beständigkeit gegen Oxidation und Staubbildung bei Temperatur bei gleichzeitiger Verzahnung mit dem Gussteil.

Schmelzextraktion: Warum unregelmäßige 3D-Formen besser verankern

Bei der Schmelzextraktion wird geschmolzener Edelstahl mit Hochgeschwindigkeitsluft oder einem Spinnrad herausgeschleudert und im Flug zu Fasern abgekühlt. Da es sich nicht um eine Zeichnung handelt, ist die Form unregelmäßig: gebogen, manchmal verzweigt, unterschiedlich dick. Diese Unregelmäßigkeit erzeugt eine echte dreidimensionale Verzahnung im Gussteil anstelle der reinen Reibung eines geraden Drahtes. In Vergleichstests erhöhen schmelzextrahierte Fasern bei gleicher Dosierung den Bruchmodul deutlich stärker als reine Fasern, und der Grund liegt in der Verankerungsgeometrie. Die Dispersion ist der zweite Vorteil: Schmelzextrahierte Fasern trennen sich beim Trocken- oder Nassmischen und verbinden sich mit dem Gussmaterial, ohne Hohlräume zu hinterlassen, und ein Hohlraum in einer Auskleidung ist der Ausgangspunkt für Abplatzungen.

304, 310S und 446: Die Temperatur entscheidet über die Sorte

Drei Klassen decken drei Temperaturbereiche ab und dies ist die erste Entscheidung. 304 ist die Standardqualität für Dauerbetrieb bis 650 °C; 310S, auch als 2520 erhältlich, deckt mittlere und hohe Temperaturen bis 1200 °C ab; 446 ist die Sorte, die bei hohen Temperaturen bis 1400 °C oxidationsbeständig ist. Wählen Sie einen zu niedrigen Wert, oxidiert die Faser, verliert an Querschnitt und die Auskleidung versagt frühzeitig; Wenn Sie einen zu hohen Wert wählen, sind die Kosten verschwendet. Die Frage ist nicht das Ofenmaximum, sondern die Langzeittemperatur der Schicht, in der sich die Faser befindet. Eine Auskleidung hat einen Gradienten mit 1400 °C an der heißen Seite und vielleicht 800 °C an der Rückseite, sodass für die beiden Schichten unterschiedliche Qualitäten verwendet werden können.

Thermoschock: Zwanzig Wasserabschreckungen ab 1000 °C

Achtzig Prozent der Feuerfestfehler verbrennen nicht, sondern werden durch schnelles Erhitzen und Abkühlen auseinandergerissen. Der Wert von Stahlfasern bei Thermoschocks besteht darin, das Risswachstum zu stoppen: Nachdem die Matrix gerissen ist, überbrücken die Fasern den Riss, halten seine Breite gering und verhindern ein Abplatzen. Das Maß sind Zyklen, bei denen das Material zwanzigmal von 1000 °C in Wasser abgeschreckt wird, ohne dass es zu Rissen oder Abplatzungen kommt. Dieser Test sagt mehr über die Lebensdauer als über den Bruchmodul aus, da ein Abschalten schneller abkühlt als ein Aufheizen.

Die Dosierung folgt dem Auskleidungssystem, nicht einem generischen kg/m3

Strukturbeton hat einen Arbeitsbereich von 30 bis 80 kg/m3; Bei feuerfesten Gussstücken ist dies nicht der Fall. Die Dosierung hängt von der Zuschlagstoffqualität, dem Wasserbedarf, der Platzierungsmethode (Gießen, Stampfen, Spritzen) und der Auskleidungsdicke ab und liegt typischerweise zwischen 0,5 und 2 Volumenprozent. Zu viel und die Verarbeitbarkeit bricht zusammen, die Besatzung fügt Wasser hinzu und zugesetztes Wasser zerstört die Feuerfestigkeit. Dies ist der häufigste Feldfehler bei diesem Produkt. Der richtige Prozess besteht darin, dass der Feuerfestlieferant den Mischungsentwurf ausgibt und der Faserhersteller dagegen liefert, wobei beide auf der Grundlage einer technischen Vereinbarung arbeiten.

Explosive Abplatzungen: Warum Fasern sie reduzieren

Beim ersten Erhitzen verwandelt sich das Wasser im Gussteil in Dampf, und wenn es nicht entweichen kann, spaltet der Druck die Auskleidung. Stahlfasern helfen, indem sie verbundene Pfade für Dampf schaffen und Risse überbrücken, sodass sie sich allmählich öffnen und einen Ausbruch in einen Riss verwandeln. Bei dicken Auskleidungen und nassen Gießmassen mit niedrigem Zementgehalt ist dies wichtiger als der Festigkeitsgewinn. Einige Mischungen enthalten zusätzlich zu den Stahlfasern auch organische Fasern mit einem Schmelzpunkt nahe 165 °C, die früh ausbrennen und Entlüftungskanäle hinterlassen. Aus diesem Grund kommen in einer Feuerfestrezeptur oft zwei Faserarten vor.

Das schmale 0,5- bis 2-Prozent-Fenster bei Castables

Stahlfasern werden in feuerfestes Gussmaterial eingearbeitet, um Abplatzungen bei thermischem Schock zu widerstehen, und nicht, um die Kältefestigkeit zu erhöhen. Aus diesem Grund ist das Dosierungsfenster eng: 0,5 bis 2 Volumenprozent, wobei die meisten Anwendungen nahe bei 1 Prozent liegen. Unterhalb von 0,5 Prozent befinden sich zu wenige Fasern auf einer Rissebene, um diese zu überbrücken. Bei mehr als 2 Prozent stören die Fasern beim Mischen, die Verarbeitbarkeit lässt nach und Vibrationen führen zu einer Orientierungsschichtung, die schwache Ebenen zwischen den Schichten hinterlässt. Die Faserlänge hängt von der maximalen Aggregatgröße ab, normalerweise mindestens dem Dreifachen dieser Größe, andernfalls blockiert das Aggregat die Faser und es bildet sich kein kontinuierliches Netzwerk. aber jenseits von 40 mm setzt sich die Faser während der Vibration ab. Die Reihenfolge der Mischung verursacht mehr Fehler als die Dosierung. Mischen Sie das Pulver und die Ballaststoffe zwei bis drei Minuten lang trocken, damit sich die Ballaststoffe im Pulver verteilen, und fügen Sie dann Wasser hinzu. Fügen Sie niemals zuerst Wasser hinzu und streuen Sie anschließend Ballaststoffe darüber, da dies immer zu Kugeln führt. Die Austrocknungskurve entscheidet über das Ergebnis: Halten Sie die Temperatur bei 150 Grad Celsius, um freies Wasser auszutreiben, halten Sie sie bei 350 Grad Celsius, um chemisch gebundenes Wasser auszutreiben, und steigen Sie erst dann über 600 Grad Celsius auf die Betriebstemperatur, wobei die Zeit bei jedem Schritt auf die Dicke skaliert wird. Erhitzt sich zu schnell und der innere Dampfdruck kann nirgendwo hin, die Oberfläche platzt ab, und das ist der einzige Fehlermodus, den die Faser nicht retten kann. Die Sorte folgt dem Ofen: 304 unter 650 Grad Celsius, 310S über 1000 und 446 nur für Ofenzonen um 1400.

Drei Fragen, die Sie einem Lieferanten stellen sollten

Drei Fragen filtern die meisten Lieferanten von feuerfesten Fasern. Erstens ist die Grundsorte 304, 310S oder 446 und es ist ein Materialzertifikat verfügbar. Zweitens, was sind die tatsächlichen Durchmesser- und Längenbereiche, typischerweise 0,3 bis 0,5 mm Durchmesser und 15 bis 20 mm Länge, und können sie auf die Dicke der Auskleidung zugeschnitten werden? Drittens: Gibt es Daten zum Thermoschockzyklus? Für Sorten- und Temperaturbewertungen sind im Abschnitt „Feuerfeste Materialien“ auf der Seite mit den Stahlfaserprodukten die Materialien 304, 310S, 446 und 430 mit Temperatur- und Thermoschockdaten aufgeführt, die als technischer Anhang direkt der Anfrage beigefügt werden können.