LCC vs ULCC Castable: CaO-sisältö ja sen todellinen vaikutus vuorauksen käyttöikään

CaO-pitoisuus tulenkestävässä valussa on luku, joka näkyy jokaisessa tuotetietolomakkeessa, mutta sen tekninen merkitys selitetään harvoin merkinnällä "vähän sementtiä" tai "erittäin{0}}vähän sementtiä". Viittaus, jonka useimmat insinöörit kantavat - alhaisempi CaO tarkoittaa parempaa suorituskykyä - on suunnan suhteen oikea, mutta vaarallisen epätäydellinen. Kompromissit, jotka liittyvät CaO:n vähentämiseen alle 1 %:n, vaikuttavat vihreän lujuuden kehitykseen, vedentarpeeseen, virtauskäyttäytymiseen ja pitkäaikaiseen kuumalujuuteen siten, että ULCC on oikea valinta vai kallis ylimäärittely sovelluksellesi.

Matalasementtivalujen valmistajat tuottavat materiaalia CaO-alueella, joka kattaa lähes yhden suuruusluokan. Käytännön suunnittelukysymys, johon tämä artikkeli vastaa, on ymmärtää, missä sovelluksesi sijaitsee tällä alueella - ja mitä saat ja mitä menetät kussakin vaiheessa -.

Mitä CaO tekee valettavassa tulenkestävässä materiaalissa - ja miksi vähemmän on monimutkaista

Perinteisessä tulenkestävässä valussa kalsium-aluminaattisementti (CAC) palvelee kahta tehtävää samanaikaisesti: se muodostaa hydraulisen sidoksen kovettumisen ja varhaisen -lujuuden kehittymisen aikana, ja korkeassa lämpötilassa se muodostaa kalsiumalumiinisilikaattifaaseja, jotka edistävät keraamista sidosrakennetta. Molemmat toiminnot ovat hyödyllisiä. Molemmilla on velkoja.

CAC:n hydraulinen sitoutuminen on suoraviivaista - vesi reagoi kalsiumaluminaattifaasien kanssa muodostaen hydratoituja yhdisteitä (CAH₂0, C2AH8, C3AH₆), jotka antavat tuoreelle valutavalle sen vihreän lujuuden. Ilman riittävää vihreää lujuutta muotista purkamiseen, kuljetukseen ja varhaiseen-lämmitykseen liittyy mekaanisen vian vaara. Tästä syystä sementtipitoisuuden vähentäminen edellyttää kompensoimista kolloidisella piidioksidilla, reaktiivisella alumiinioksidilla tai mikropiidioksidilla vaihtoehtoisina sideaineina - sitoutumismekanismi muuttuu, ei vain CaO-taso.

CaO:n korkean -lämpötilojen aiheuttama vastuu on syynä siihen, että teollisuus siirtyi käyttämään matalampia-sementtiformulaatioita. CaO SiO2:n ja Al2O3:n läsnä ollessa toimintalämpötilassa muodostaa anortiittia (CaAl2Si2O8) ja gehleniittiä (Ca2Al₂SiO7) - sekä alhaisia-sulamisvaiheita, jotka vähentävät kuumalujuutta, lisäävät huokoisuutta käyttölämpötilassa. Jokainen CaO:n prosenttiyksikkö valukappaleessa on prosenttipiste mahdollisesta lasifaasin muodostumisesta kuumalla pinnalla.

Suunnittelutehtävä ei siis ole "minimoida CaO ehdoitta". Se on "löydä CaO-taso, jolla vihreän lujuuden kehitys on riittävä asennustapaasi ja lämpö-lämpenemisaikataulussasi pitäen samalla korkean-lämpötilan lasifaasin muodostuminen käyttöolosuhteiden hyväksyttävissä rajoissa."

LCC, ULCC, NCC: The Three{0}}Grade Framework

Meidäntulenkestävä valettavatuotevalikoima kattaa LCC-, ULCC- ja NCC-laadut, joiden alumiinioksidipitoisuus on 45–90 %, ja kullekin senkkavyöhykkeelle ja uunisovellukselle sopivat laatulajit.

Neljä havaintoa tästä taulukosta, jotka vaikuttavat määrittelypäätöksiin:

Veden lisäys vähenee CaO-pitoisuuden myötä- mutta tätä kompensoi osittain se, että ULCC- ja NCC-formulaatiot vaativat tarkempaa vedenhallintaa. ULCC:n kapea virtausikkuna (tyypillisesti ±0,3 % veden vaihtelu muuttaa virtausarvoa 40–60 mm vakiovirtaustaulukkotestauksessa) tarkoittaa, että paikan sekoituslaatu vaikuttaa suoraan vuorauksen eheyteen. LCC 6 %:n vesilisäyksellä on anteeksiantava. ULCC 4,2 %:n vesilisäyksellä ei ole.

Kiinnitysjärjestelmä muuttuu perusteellisestiLCC:n ja ULCC:n välillä. LCC luottaa edelleen ensisijaisesti CAC:n hydrauliseen liimaukseen vihreän lujuuden saavuttamiseksi. ULCC luottaa mikropiidioksidiin ja reaktiiviseen alumiinioksidihiukkasten pakkaukseen - fyysiseen-kemialliseen mekanismiin, joka on lämpötila-aktivoitu eikä vesi-aktivoitu. Tämä tarkoittaa, että ULCC-viherlujuuden kehittyminen on hitaampaa matalissa lämpötiloissa, ja muotista irrotusaikaa on pidennettävä verrattuna LCC:hen samoissa ympäristöolosuhteissa.

NCC ei ole yleisesti parempi kuin ULCC. Nolla-sementtivalu eliminoi kalsiumalumiinisilikaattifaasin muodostumisen kokonaan, mutta kolloidisella piidioksidilla sidotut järjestelmät voivat olla herkkiä runsaalle-alkalipitoisille kuonaympäristöille, joissa piidioksidisidoksia vastaan ​​hyökätään. Sovelluksissa, joissa kuonakemia on vahvasti emäksinen, hyvin-formuloitu ULCC voi ylittää NCC:n kuonankestävyydessä huolimatta jäännös-CaO:sta.

Valettava lämpöeristyslaatuluokat (pienempi-tiheys, korkeampi-huokoisuus taustapäällystesovelluksiin) noudattavat samaa sideaineen LCC/ULCC/NCC-luokitusta, mutta suorituskyvyn tekijöitä ovat lämmönjohtavuus ja lämmönkestävyys kuumalujuuden ja kuonankestävyyden sijaan. CaO-välitysanalyysi koskee kuumia-pintojen työstövuorauksia -, ei suoraan eristäviä varakerroksia, joissa LCC on tyypillisesti riittävä.

Kuuman lujuuden säilyvyys: 1500 astetta, 24 tunnin liotustiedot

Merkittävin ero LCC- ja ULCC-luokkien välillä eivät ole tietolomakkeen huone-lämpötilan CCS-arvot -, vaan kuuman murtumiskertoimen (hot MOR) retentio jatkuvan korkean-lämpötila-altistuksen jälkeen.

Hot MOR -testaus mittaa poltettujen valettavien näytteiden taivutuslujuutta korotetussa lämpötilassa, kuormituksen alaisena tietyn liotusajan jälkeen. Käyttämämme testi: näytteet poltettiin 1500 asteessa 24 tuntia, sitten kuuma MOR mitattiin 1400 asteessa tavallisella neljän{4}}pisteen kuormituksella. Tulokset 70 % Al2O3-peruskoostumuksille kolmessa CaO-laadussa:

Kuuma/kylmä-suhde paljastaa laadun kyvyn säilyttää rakenteellinen eheys lämpökuormituksen alaisena käyttölämpötilassa - ominaisuus, jota kylmän tilan CCS-testaus ei pysty ennustamaan. LCC-laaduissa on tyypillisesti suurempi pudotus kylmän ja kuuman MOR:n välillä, koska kalsiumalumiinisilikaattilasifaasi, joka on kiinteää ja edistää kylmää MOR:ia, muuttuu osittain viskoosiksi 1400 asteessa ja heikentää kuormituksen{4}}kantokykyä.

Huokoisuustiedot kertovat samanlaisen tarinan: korkeampi CaO korreloi korkeamman palo-jälkeisen huokoisuuden kanssa, koska lasifaasin muodostuminen rakeiden rajoilla luo polkuja viskoosin faasin virratessa. Suurempi huokoisuus käyttölämpötilassa tarkoittaa nopeampaa kuonan tunkeutumisnopeutta - vallitseva vikamekanismi valusankojen työstövuorauksissa ja kuonalle altistuvissa uunin lattioissa.

Hakemuspäätösmatriisi: Kun ULCC oikeuttaa kustannuspalkkion

ULCC maksaa tyypillisesti 25–45 % enemmän kuin LCC tonnilta vastaavalla alumiinioksidipitoisuudella. Kustannuspalkkio on perusteltu - tai ei - neljän käyttöehtomuuttujan perusteella:

Käyttölämpötila: Alle 1200 asteen jatkuvassa käyttölämpötilassa kalsiumalumiinisilikaattifaasin muodostumisnopeus LCC:ssä on rajoitettu, ja kuumalujuusretentioero LCC:n ja ULCC:n välillä kapenee merkittävästi. Varavuoraussovelluksissa, petrokemian uunin putken tuet alle 1100 astetta ja kiertouunin esilämmitin, joka on valettava alhaisemman lämpötilan vyöhykkeille, LCC tarjoaa riittävän suorituskyvyn pienemmillä kustannuksilla. Yli 1350 asteen jatkuvassa käyttölämpötilassa ULCC:n kuumalujuus ja kuonankestävyys ovat ratkaiseva tekijä.

Kuonan kontakti: Kaikki valukappaleet, jotka ovat suorassa kosketuksessa rautasilikaattikuonan, kalsiumaluminaattikuonan tai yli 1300 asteen lasisulan kanssa, on määriteltävä ULCC:ksi tai NCC:ksi. LCC:n lasifaasihaavoittuvuus happaman tai emäksisen kuonan vaikutuksen alaisena tekee siitä sopimattoman kuonalinja- ja lattiasovelluksiin terässangoissa, EAF-suuttimissa ja lasiuunin kosketusvyöhykkeissä. Sovelluksissa, joissa ei ole kuonakosketusta - uunin katto ja kruunu ei--kosketusasennossa, keraaminen kuituvarsi tai rakenteelliset muodot - LCC on oikeutettu valinta.

Lämpöpyöräilytaajuus: Toistuva lämpökierto yli 900 astetta kehittää asteittain lasifaasia LCC:ssä, vaikka huippulämpötila ei saavuttaisi 1500 astetta. 2–3 kertaa päivässä 200-1250 asteen kiertoon 2–3 kertaa vuorokaudessa 200–1250 astetta lämmitettävä teräksinen vuoraus kerää merkittävän lasifaasin muodostumisen 12-kuukauden kampanjan aikana. ULCC säilyttää paremman mikrorakenteen eheyden toistuvan syklin avulla, koska sen sidosjärjestelmään vaikuttaa vähemmän keskilämpötilan lasifaasin kehitys.

Asennusmenetelmä ja työpaikan ehdot: Jos asennustiimillä ei ole kokemusta tiukasta vedenhallinnasta - ja moniin kenttäasennuksiin liittyy vaihtelevaa veden lisäystä - ULCC:n kapea virtausikkuna aiheuttaa todellisen riskin joko yli-kosteudesta (erottelu, korkea jälkeinen-palohuokoisuus) tai ali-märkä (riittämätön virtaus, hunajakenno. Näissä olosuhteissa ULCC:n määrittäminen kampanjan käyttöiän 15–20 prosentin lisäykseen verrattuna LCC:hen ei ehkä ole asennuksen luotettavuusriskin arvoista. Hyvin-asennettu LCC on tehokkaampi kuin huonosti asennettu ULCC.

Käytännön päätössääntö, jota käytämme: määritä ULCC, kun käyttölämpötila ylittää 1350 astetta jatkuvasti, kuonakontakti on läsnä ja asennustiimi on osoittanut kokemusta matalan -vesilisäyksen{2}}lisäysvalusta. Kaikissa muissa tapauksissa aloita LCC:llä ja päivitä vain, kun kampanjatiedot oikeuttavat kustannukset.

Teräskauhan työvuoraus: Erityinen valintalogiikka

Terässenkan työvuorauksella LCC vs. ULCC -päätöksellä on suorin taloudellinen seuraus. 200 tonnin kauha, joka käyttää 150 lämpöä kampanjaa kohti, kuluttaa noin 8–12 tonnia valua tyhjennystulpan holkissa, pohjavyöhykkeessä ja kaikissa työvuoren monoliittisissa osissa.

Hallitsevat murtumismekanismit valuvanhassa:

Tyhjennystulpan holkkivyöhyke: lämpöshokki kaasun huuhtelujaksosta + kuonan tunkeutuminen → ULCC vaaditaan

Pohjaiskuvyöhyke(metallivirran alapuolella koputuksen aikana): mekaaninen eroosio + lämpöshokki → ULCC tai korkea-MOR-erikoisvalu

Yleinen alaosa: kohtalainen kuonakontakti, kohtalainen lämpökierto → ULCC tai LCC-premium riippuen kuonakemiasta

Vara-eristyskerros: ei kuonakontaktia, vain lämpöstabiilisuus → LCC taieristävä palotiili taustavuori- IFB tarjoaa paremman mittavakauden kuin castable backup sovelluksissa, joissa uudelleenlinjausjaksot ovat harvinaisia.

Kriittinen näkemys usean{0}}kauhan kampanjan seurannasta: sekoitus arvosanat vyöhykkeen - ULCC:n mukaan korkeassa-kulumisasennoissa, LCC varassa - tuottaa jatkuvasti paremman kustannustehokkuuden-per-lämpötehoa kuin määrittämällä ULCC tasaisesti koko vuorauksessa. Varakerroksen ULCC:n ja LCC:n välinen kustannusero ei tuota kampanjan elinkaaren etua. ULCC ei koskaan näe kuonaa ja lämpötilaolosuhteita, jotka oikeuttavat sen kustannukset.

Käynnissä oleville terässangoillemagnesiumoksidihiilitiilet teräskauhaantyövuoraukset, muuntaminen monoliittiseen valuun ei ole aina oikea vaihe - päätös riippuu kuonakemiasta, kauhan geometriasta ja käytettävissä olevista asennusmahdollisuuksista paikan päällä. Tehtaille, jotka harkitsevat vaihtamista tiilityöstövuorauksesta täysin monoliittisiin valusankojen vuorauksiin, matalasementtivalettavien tuotteiden valmistajat, jotka voivat toimittaa vastaavia valuvanalaatuja jokaisesta kampanjavyöhykkeestä {{2}. senkan geometriat - ovat parempia kuin toimittajat, jotka tarjoavat yhden yleislaadun kaikkiin asentoihin. Valettavia vyöhykkeitä tukeva ankkurijärjestelmä on myös osa ankkurin tyypin valintaa ja kuorman sietotietoja koskevaa spesifikaatiota -, katso meidänv-tyyppiset teräsankkurit valettavaa vuorausta vartenopas.

Sekoita suunnittelu ja partikkelipakkaus - Mikä erottaa tuotantolaadut

Kaikki LCC-formulaatiot eivät toimi yhtä hyvin, eivätkä kaikki ULCC-formulaatiot toimi yhtä hyvin. Kussakin CaO-luokituksessa aggregaattiseoksen hiukkaskokojakauma (PSD) määrittää fyysisen pakkaustiheyden, ja pakkaustiheys määrittää huokoisuuden polton jälkeen ja kestävyyden kuonan tunkeutumiselle - usein enemmän kuin pelkkä CaO-pitoisuus.

Hyvin-optimoitu ULCC käyttämällä Andreassen-pakkausta tai modifioitua Andreassen-pakkausta (q-arvo 0,26–0,30) saavuttaa 12–16 % palohuokoisuuden 12–16 % 1500 asteessa 70 % Al₂O₃ -järjestelmässä. Huonosti muotoiltu ULCC, jossa on optimoimaton PSD, voi saavuttaa 20–24 % palohuokoisuuden, vaikka sen matala CaO-pitoisuus - toimii huonommin kuin hyvin{15}}muotoiltu LCC kuonankestävyyden suhteen.

Kun arvioit matalasementtivalettavia valmistajia, pyydä:

Tuotantoerän täydelliset hiukkaskokojakaumatiedot, eivät vain formulaatiokohde

Palon jälkeinen-huokoisuus mitattuna käyttölämpötilassasi, ei normaalissa 1100 asteen testiolosuhteissa

Kuumat MOR-tiedot käyttölämpötilassasi liotusaikasi kanssa

Demonstroidut kampanjan tehokkuustiedot sovelluksista, joilla on vertailukelpoinen kuonakemia ja lämpötilaprofiili

Tietolomakkeen CaO% on yksi numero. Käyttöolosuhteissasi asetettu täydellinen ominaisuus määrää vuorauksen käyttöiän.

Tekninen tuki

LCC:n, ULCC:n ja NCC:n valitseminen tietylle sovellukselle edellyttää käyttölämpötilaprofiilin, kuonakemian, lämpökiertokuvion ja asennuskyvyn tuntemista. Toimitamme yhteensopivia LCC/ULCC-laatuja kullekin teräsankan, EAF:n, kiertouunien ja petrokemian uunisovelluksien vyöhykkeelle - kampanjatietojen kanssa vertailukelpoisista asennuksista.

Jos arvioit matalasementtivalettavien valmistajien uutta vuorausspesifikaatiota tai kampanjan eliniän parannusprojektia, voimme tarjota laatusuosituksia tukevilla testitiedoilla ja asennusohjeilla erityisolosuhteisiisi.

Usein kysytyt kysymykset

Mitä eroa on LCC:n ja ULCC:n tulenkestävällä valettavalla?

LCC (low cement castable) sisältää 1,0–2,5 % CaO:ta kalsium-aluminaattisementistä ja käyttää hydraulista sidosta ensisijaisena vihreän lujuusmekanismina. ULCC (ultra-low sement castable) sisältää 0,2–1,0 % CaO:ta, ja se luottaa sen sijaan mikropiidioksidiin ja reaktiiviseen alumiinioksidihiukkasten tiivisteeseen sitoutumisessa. Alennettu CaO ULCC:ssä tarkoittaa vähemmän kalsiumalumiinisilikaattilasifaasin muodostumista korkeassa lämpötilassa -, mikä johtaa parempaan kuumalujuuden säilymiseen, alhaisempaan palohuokoisuuteen ja parantuneeseen kuonankestävyyteen yli 1350 asteessa.

Onko ULCC aina parempi kuin LCC valettavissa tulenkestävissä sovelluksissa?

Ei. ULCC maksaa 25–45 % enemmän tonnilta kuin LCC ja vaatii tarkempaa veden lisäyksen valvontaa asennuksen aikana. Alle 1200 asteen jatkuva käyttölämpötila, asennoissa, joissa ei ole suoraa kuonakontaktia, ja sovelluksissa, joissa asennuksen vedenhallintaa ei voida taata, LCC on oikea valinta. ULCC:n suorituskykyedut toteutuvat ensisijaisesti yli 1350 asteen kuonakosketuksella ja tiheällä lämpökierrolla.

Mikä on NCC (no-cement castable) ja milloin sitä tulisi käyttää?

NCC käyttää ainoana sideaineena kolloidista piidioksidia tai hydratoituvaa alumiinioksidia, jonka CaO-pitoisuus on alle 0,2 %. Se eliminoi kalsiumalumiinisilikaattifaasin muodostumisen kokonaan ja saavuttaa parhaan korkean-lämpötilojen kuumalujuuden ja alhaisimman palohuokoisuuden kolmesta laadusta. NCC soveltuu vaativimpiin sovelluksiin: jatkuvavalettavat välialtaan työstövuoraukset, EAF-pohja suorassa teräskontaktissa ja lasiuunin kosketusalueet. Korkean-emäksisen kuonasovelluksissa NCC:n piidioksidi-sidottu järjestelmä voi olla alttiina alkalihyökkäykselle -. Näissä tapauksissa hyvin-formuloitu ULCC voi olla parempi kuin NCC.

Miten lämpöeristysvalu liittyy LCC- ja ULCC-luokitukseen?

Valettavat lämpöeristys (pienempi-tiheys, suurempi-huokoisuus taustavuoraukseen) noudattaa samaa LCC/ULCC/NCC-sideaineluokitusta, mutta se on suunniteltu lämmöneristyskykyyn kuumalujuuden ja kuonankestävyyden sijaan. Useimmissa lämpöeristysvalettavissa sovelluksissa käytetään LCC-sideainetta, koska käyttölämpötilat taka-asennoissa ovat alhaisemmat ja kuonakontakti puuttuu. Tässä artikkelissa kuvattu CaO-sisällön kompromissianalyysi koskee ensisijaisesti kuuma-kasvotyöstövuorausta.

Mitä minun tulee pyytää matalasementtivalujen valmistajilta laatua arvioitaessa?

Standardien CCS- ja MOR-arvojen lisäksi: (1) palohuokoisuus mitattuna käyttölämpötilassasi (ei vain normaalissa 1100 asteen testitilassa); (2) kuuma MOR käyttölämpötilassasi liotusajan jälkeen; (3) tuotantoerän täydelliset hiukkaskokojakaumatiedot; ja (4) osoitti kampanjan tehokkuustiedot sovelluksista, joilla on vertailukelpoinen kuonakemia ja lämpötilaprofiili. Pelkästään CaO% ei ennusta vuorauksen käyttöikää - käyttöolosuhteissasi asetettu täysi ominaisuus ennustaa.