Włókno stalowe do odlewów ogniotrwałych: ekstrakcja w stopie, gatunki i szok termiczny

Artykuł

15 czerwca 2016 r

Włókno ogniotrwałe i włókno strukturalne to różne produkty, od materiału podstawowego po kształt. Używanie haczykowatych włókien konstrukcyjnych w betonie jest najczęstszym i najdroższym błędem w tej kategorii.

Włókna ogniotrwałe i włókno strukturalne to różne produkty

Wrzucanie haczykowatych włókien konstrukcyjnych do ogniotrwałego odlewu jest najczęstszym i najdroższym błędem w tej kategorii. Włókno strukturalne osiąga temperaturę około 300 do 400 C; powyżej tej wytrzymałości spada i powłoki zawodzą. Ogniotrwałe masy betonowe pracują w temperaturze od 800 do 1400 C, a wykładzina również szybko się nagrzewa i schładza. Włókno ogniotrwałe różni się materiałem, formowaniem i kształtem: podstawą jest stal nierdzewna, procesem jest ekstrakcja ze stopu, a kształt to nieregularny trójwymiarowy klaster. Celem nie jest wytrzymałość na rozciąganie, ale odporność na utlenianie i pylenie w temperaturze podczas łączenia się z odlewem.

Ekstrakcja w stanie stopionym: dlaczego nieregularne kształty 3D lepiej się zakotwiczają

Ekstrakcja stopu wyrzuca stopioną stal nierdzewną za pomocą powietrza o dużej prędkości lub wirującego koła i schładza ją w locie do postaci włókna. Nie wymaga rysunku, więc kształt jest nieregularny: zakrzywiony, czasem rozgałęziony, o różnej grubości. To właśnie ta nieregularność tworzy w odlewie prawdziwe trójwymiarowe połączenie, zamiast czystego tarcia prostego drutu. W testach porównawczych włókno ekstrahowane w stanie stopionym zwiększa moduł wytrzymałości zauważalnie bardziej niż włókno proste przy tej samej dawce, a powodem jest geometria zakotwienia. Dyspersja to druga zaleta: włókno ekstrahowane w stanie stopionym oddziela się podczas mieszania na sucho lub na mokro i wiąże się z betonem bez pozostawiania pustych przestrzeni, a puste przestrzenie w wyłożeniu powodują odpryskiwanie.

304, 310S i 446: Temperatura decyduje o klasie

Trzy klasy obejmują trzy zakresy temperatur i to jest pierwsza decyzja. 304 to standardowy gatunek do pracy ciągłej w temperaturze do 650°C; 310S, sprzedawany również jako 2520, obejmuje temperatury pośrednie i wysokie do 1200 C; 446 to gatunek odporny na utlenianie w wysokiej temperaturze do 1400 C. Wybierz zbyt niską, a włókno utleni się, straci przekrój i wykładzina szybko ulegnie zniszczeniu; wybierz zbyt wysoką cenę, a koszt zostanie zmarnowany. Nie chodzi tu o maksymalną temperaturę pieca, ale o długoterminową temperaturę warstwy, w której osadzone jest włókno. Podszewka ma nachylenie, wynoszące 1400°C na gorącej powierzchni i być może 800°C na podłożu, zatem w obu warstwach można stosować różne gatunki.

Szok termiczny: dwadzieścia wygaszeń wodą od 1000 C

Osiemdziesiąt procent uszkodzeń materiałów ogniotrwałych nie ulega spaleniu, ale rozbiciu na kawałki w wyniku szybkiego nagrzewania i chłodzenia. Wartość włókna stalowego w szoku termicznym powstrzymuje rozwój pęknięć: po pęknięciu osnowy włókno wypełnia pęknięcie, utrzymuje jego niewielką szerokość i zapobiega odpryskom. Miarą są cykle, hartowanie od 1000 C do wody, dwadzieścia razy bez pęknięć i odprysków. Test ten mówi więcej o żywotności niż o module wytrzymałości, ponieważ wyłączenie powoduje szybsze ochłodzenie niż nagrzewanie.

Dawkowanie zależy od systemu podszewki, a nie ogólnego kg/m3

Beton konstrukcyjny ma zakres roboczy od 30 do 80 kg/m3; masy ogniotrwałe tego nie robią. Dozowanie zależy od uziarnienia kruszywa, zapotrzebowania na wodę, metody układania (odlewanie, ubijanie, strzelanie) i grubości wykładziny i zazwyczaj mieści się w zakresie od 0,5% do 2% objętościowych. Za dużo i urabialność spada, załoga dodaje wodę, a dodana woda niszczy ogniotrwałość. Jest to najczęstsza awaria terenowa w tym produkcie. Prawidłowy proces polega na tym, że dostawca materiałów ogniotrwałych wydaje projekt mieszanki, a producent włókien dostarcza na jego podstawie, przy czym obaj działają na podstawie jednej umowy technicznej.

Odpryski wybuchowe: dlaczego włókno je zmniejsza

Przy pierwszym nagrzaniu woda wewnątrz odlewu zamienia się w parę, a jeśli nie może uciec, ciśnienie powoduje rozerwanie wykładziny. Włókno stalowe pomaga, zapewniając połączone ścieżki dla pary i mostkując pęknięcia, dzięki czemu otwierają się stopniowo, zamieniając wybuch w pęknięcie. W przypadku grubych okładzin i mokrych betonów niskocementowych ma to większe znaczenie niż przyrost wytrzymałości. Niektóre mieszanki dodają także włókno organiczne o temperaturze topnienia bliskiej 165°C, które wypala się wcześnie i pozostawia kanały wentylacyjne, uzupełniając włókno stalowe. Dlatego w jednej recepturze materiału ogniotrwałego często pojawiają się dwa rodzaje błonnika.

Wąskie okno od 0,5 do 2 procent w betonach

Włókno stalowe stosowane w odlewach ogniotrwałych jest odporne na odpryskiwanie pod wpływem szoku termicznego, a nie zwiększa wytrzymałość na zimno, dlatego zakres dozowania jest wąski: 0,5 do 2 procent objętościowych, przy większości zastosowań w pobliżu 1 procent. Poniżej 0,5 procent w płaszczyźnie pęknięcia jest zbyt mało włókien, aby je zmostkować. Powyżej 2 procent włókna zakłócają się podczas mieszania, urabialność spada, a wibracje powodują powstawanie warstw orientacyjnych, które pozostawiają słabe płaszczyzny pomiędzy warstwami. Długość włókna zależy od maksymalnego rozmiaru agregatu, zwykle co najmniej trzykrotnie większego, w przeciwnym razie kruszywo blokuje włókno i nie tworzy się ciągła sieć; ale powyżej 40 mm włókno osiada podczas wibracji. Kolejność mieszania powoduje więcej niepowodzeń niż dozowanie. Mieszaj na sucho proszek i błonnik przez dwie do trzech minut, aby włókno rozproszyło się w proszku, następnie dodaj wodę; nigdy nie dodawaj najpierw wody, a potem posyp błonnikiem, to zawsze kulki. Krzywa wysychania decyduje o wyniku: utrzymać temperaturę 150 stopni Celsjusza, aby usunąć wolną wodę, utrzymać temperaturę 350, aby usunąć wodę związaną chemicznie, i dopiero wtedy wzrosnąć powyżej 600 do temperatury roboczej, z czasem na każdym etapie skalowanym do grubości. Nagrzewa się zbyt szybko, a wewnętrzne ciśnienie pary nie ma dokąd uciec, powierzchnia pęka i jest to jedyny problem, którego włókno nie jest w stanie uratować w przypadku awarii. Gatunek zgodny z piecem: 304 poniżej 650 stopni Celsjusza, 310S powyżej 1000 i 446 tylko dla stref pieca około 1400.

Trzy pytania, które należy zadać dostawcy

Trzy pytania filtrują większość dostawców włókien ogniotrwałych. Po pierwsze, jest to gatunek bazowy 304, 310S lub 446 i jest dostępny certyfikat materiałowy. Po drugie, jakie są rzeczywiste zakresy średnic i długości, zazwyczaj od 0,3 do 0,5 mm i długości od 15 do 20 mm, oraz czy można je przyciąć do grubości okładziny. Po trzecie, czy istnieją dane dotyczące cyklu szoku termicznego. W przypadku klas i temperatur w sekcji materiałów ogniotrwałych na stronie produktów z włóknami stalowymi znajdują się gatunki 304, 310S, 446 i 430 z danymi dotyczącymi temperatury i szoku termicznego, które można załączyć bezpośrednio do zapytania jako załącznik techniczny.