Serat Baja untuk Castable Tahan Api: Ekstraksi Leleh, Nilai dan Kejutan Termal

Artikel

15 Juni 2016

Serat tahan api dan serat struktural adalah produk yang berbeda, mulai dari bahan dasar hingga bentuk. Penggunaan serat struktural berkait pada castable adalah kesalahan paling umum dan termahal dalam kategori ini.

Serat Tahan Api dan Serat Struktural Adalah Produk Berbeda

Menjatuhkan serat struktur berkait ke dalam bahan tahan api adalah kesalahan paling umum dan paling mahal dalam kategori ini. Serat struktural mencapai suhu sekitar 300 hingga 400 C; di atas itu kekuatannya hilang dan pelapisnya gagal. Castable tahan api beroperasi pada suhu 800 hingga 1400 C dan lapisannya juga memerlukan pemanasan dan pendinginan yang cepat. Serat tahan api berbeda dalam bahan, bentuk dan bentuk: dasarnya adalah baja tahan karat, prosesnya adalah ekstraksi lelehan, dan bentuknya adalah gugus tiga dimensi yang tidak beraturan. Tujuannya bukan pada kekuatan tarik tetapi pada ketahanan terhadap oksidasi dan debu pada suhu saat saling bertautan dengan castable.

Ekstraksi Leleh: Mengapa Bentuk 3D Tidak Beraturan Lebih Baik

Ekstraksi lelehan mengeluarkan baja tahan karat cair dengan udara berkecepatan tinggi atau roda pemintal dan mendinginkannya menjadi serat saat terbang. Tidak ada gambar yang terlibat, jadi bentuknya tidak beraturan: melengkung, kadang bercabang, ketebalannya bervariasi. Ketidakteraturan itulah yang menciptakan interlock tiga dimensi asli pada castable, bukan gesekan murni pada kawat lurus. Dalam uji perbandingan, serat yang diekstraksi leleh meningkatkan modulus keruntuhan lebih besar dibandingkan serat lurus pada dosis yang sama, dan alasannya adalah geometri penjangkaran. Dispersi adalah manfaat kedua: serat yang diekstraksi lelehan terpisah dalam pencampuran kering atau basah dan terikat pada bahan pengecoran tanpa meninggalkan lubang, dan lubang pada lapisan adalah tempat dimulainya pengelupasan.

304, 310S dan 446: Suhu Menentukan Tingkat

Tiga tingkatan mencakup tiga pita suhu dan ini adalah keputusan pertama. 304 adalah nilai standar untuk servis berkelanjutan hingga 650 C; 310S, juga dijual sebagai 2520, mencakup suhu menengah dan tinggi hingga 1200 C; 446 adalah tingkat tahan oksidasi suhu tinggi hingga 1400 C. Pilih terlalu rendah dan serat akan teroksidasi, kehilangan bagiannya, dan lapisan akan rusak lebih awal; memilih terlalu tinggi dan biayanya terbuang percuma. Pertanyaannya bukanlah suhu maksimum tungku tetapi suhu jangka panjang dari lapisan tempat serat berada. Sebuah lapisan memiliki gradien, dengan 1400 C pada permukaan panas dan mungkin 800 C pada bagian belakang, sehingga kedua lapisan dapat menggunakan tingkatan yang berbeda.

Kejutan Termal: Dua Puluh Pendinginan Air dari 1000 C

Delapan puluh persen kegagalan refraktori tidak terbakar melainkan terguncang oleh pemanasan dan pendinginan yang cepat. Manfaat serat baja dalam kejutan termal adalah menahan pertumbuhan retakan: setelah matriks retak, serat menjembatani retakan, menjaga lebarnya tetap kecil dan mencegah pengelupasan. Takarannya adalah siklus, didinginkan dari 1000 C ke dalam air, dua puluh kali tanpa retak atau terkelupas. Pengujian tersebut menjelaskan lebih banyak tentang masa pakai dibandingkan modulus keruntuhan, karena penghentian pendinginan lebih cepat dibandingkan pemanasan.

Dosis Mengikuti Sistem Lapisan, Bukan Generik kg/m3

Beton struktural memiliki rentang kerja 30 hingga 80 kg/m3; castable tahan api tidak. Dosis tergantung pada penilaian agregat, kebutuhan air, metode penempatan (pengecoran, serudukan, penembakan) dan ketebalan lapisan, dan biasanya turun antara 0,5% dan 2% berdasarkan volume. Terlalu banyak dan kemampuan kerja akan menurun, kru menambahkan air, dan penambahan air akan menghancurkan sifat tahan api. Itu adalah kegagalan lapangan yang paling umum terjadi pada produk ini. Proses yang benar adalah pemasok refraktori mengeluarkan desain campuran dan pembuat serat memasoknya, keduanya bekerja berdasarkan satu perjanjian teknis.

Spalling Peledak: Mengapa Serat Menguranginya

Pada pemanasan pertama, air di dalam cetakan berubah menjadi uap, dan jika tidak dapat lepas dari tekanan, lapisan tersebut akan terbelah. Serat baja membantu dengan menyediakan jalur penghubung untuk uap dan menjembatani retakan sehingga terbuka secara bertahap, mengubah ledakan menjadi retakan. Untuk lapisan tebal dan bahan cor basah dengan semen rendah, hal ini lebih penting daripada perolehan kekuatan. Beberapa campuran juga menambahkan serat organik dengan titik leleh mendekati 165 C, yang akan terbakar lebih awal dan meninggalkan saluran ventilasi, melengkapi serat baja. Itulah sebabnya dua jenis serat sering kali muncul dalam satu resep tahan api.

Jendela Sempit 0,5 hingga 2 Persen di Castables

Serat baja dimasukkan ke dalam bahan tahan api yang dapat dicor untuk menahan guncangan termal, bukan untuk meningkatkan kekuatan dingin, itulah sebabnya rentang dosisnya sempit: 0,5 hingga 2 persen volume, dengan sebagian besar aplikasi mendekati 1 persen. Di bawah 0,5 persen terdapat terlalu sedikit serat pada bidang retakan untuk menjembataninya. Di atas 2 persen serat mengganggu selama pencampuran, kemampuan kerja menurun, dan getaran menghasilkan lapisan orientasi yang meninggalkan bidang lemah antar lapisan. Panjang serat terikat dengan ukuran agregat maksimum, biasanya setidaknya tiga kali ukuran tersebut, jika tidak, agregat akan menghalangi serat dan tidak ada jaringan kontinu yang terbentuk; tetapi melebihi 40 mm serat mengendap selama getaran. Urutan pencampuran menyebabkan lebih banyak kegagalan daripada dosis. Blender bubuk dan serat secara kering selama dua hingga tiga menit agar serat tersebar di dalam bubuk, lalu tambahkan air; jangan pernah tambahkan air dulu baru taburkan serat setelahnya, selalu berbentuk bola-bola. Kurva kekeringan menentukan hasilnya: tahan pada suhu 150 derajat Celcius untuk menghilangkan air bebas, tahan pada suhu 350 untuk menghilangkan air yang terikat secara kimia, dan baru kemudian naik di atas 600 hingga mencapai suhu normal, dengan waktu pada setiap tahap disesuaikan dengan ketebalannya. Panas terlalu cepat dan tekanan uap internal tidak dapat mengalir ke mana pun, permukaan terkelupas, dan itulah satu-satunya mode kegagalan yang tidak dapat diselamatkan oleh serat. Grade mengikuti tungku: 304 di bawah 650 derajat Celcius, 310S di atas 1000, dan 446 hanya untuk zona kiln sekitar 1400.

Tiga Pertanyaan untuk Ditanyakan kepada Pemasok

Tiga pertanyaan menyaring sebagian besar pemasok serat tahan api. Pertama, apakah kelas dasar 304, 310S atau 446, dan tersedia sertifikat material. Kedua, berapa kisaran diameter dan panjang sebenarnya, biasanya diameter 0,3 hingga 0,5 mm dan panjang 15 hingga 20 mm, dan dapatkah dipotong sesuai ketebalan lapisan. Ketiga, apakah terdapat data siklus kejutan termal. Untuk peringkat kadar dan suhu, bagian tahan api pada halaman produk serat baja mencantumkan 304, 310S, 446 dan 430 dengan data suhu dan kejutan termal, yang dapat dilampirkan langsung ke pertanyaan sebagai lampiran teknis.