कम सीमेंट वाले दुर्दम्य ढलाई योग्य उत्पाद का परिचय

कम सीमेंट वाले रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स की तुलना पारंपरिक एल्यूमिनेट सीमेंट रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स से की जाती है। पारंपरिक एल्यूमिनेट सीमेंट रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स में सीमेंट की मात्रा आमतौर पर 12-20% और पानी की मात्रा 9-13% होती है। अधिक मात्रा में पानी मिलाने के कारण, ढले हुए पदार्थ में कई छिद्र होते हैं, वह सघन नहीं होता और उसकी मजबूती कम होती है। अधिक मात्रा में सीमेंट मिलाने से, हालांकि सामान्य और कम तापमान पर मजबूती अधिक प्राप्त की जा सकती है, लेकिन मध्यम तापमान पर कैल्शियम एल्यूमिनेट के क्रिस्टलीय रूपांतरण के कारण मजबूती कम हो जाती है। स्पष्ट रूप से, मिलाया गया CaO, कास्टेबल में मौजूद SiO2 और Al2O3 के साथ अभिक्रिया करके कुछ कम गलनांक वाले पदार्थ उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप पदार्थ के उच्च तापमान गुणों में गिरावट आती है।

अतिसूक्ष्म पाउडर तकनीक, उच्च-दक्षता वाले मिश्रणों और वैज्ञानिक कण वर्गीकरण का उपयोग करने पर, ढलाई योग्य पदार्थ में सीमेंट की मात्रा 8% से कम और जल की मात्रा ≤7% तक कम हो जाती है, जिससे कम सीमेंट वाला दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थ तैयार किया जा सकता है। इसमें कैल्शियम डाइऑक्साइड की मात्रा ≤2.5% होती है और इसके प्रदर्शन संकेतक आमतौर पर एल्यूमिनेट सीमेंट वाले दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थों से बेहतर होते हैं। इस प्रकार के दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थ में अच्छी थिक्सोट्रोपी होती है, यानी मिश्रित पदार्थ एक निश्चित आकार लेता है और थोड़े से बाहरी बल से बहना शुरू कर देता है। बाहरी बल हटाने पर भी यह अपना आकार बनाए रखता है। इसलिए, इसे थिक्सोट्रोपिक दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थ भी कहा जाता है। स्व-प्रवाहित दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थ भी थिक्सोट्रोपिक दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थ कहलाता है। यह इसी श्रेणी में आता है। कम सीमेंट वाले दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थों का सटीक अर्थ अभी तक परिभाषित नहीं किया गया है। अमेरिकन सोसाइटी फॉर टेस्टिंग एंड मैटेरियल्स (ASTM) कैल्शियम डाइऑक्साइड की मात्रा के आधार पर दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थों को परिभाषित और वर्गीकृत करती है।

कम सीमेंट वाले रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स की प्रमुख विशेषताएं सघनता और उच्च शक्ति हैं। यह उत्पाद के सेवा जीवन और प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए अच्छा है, लेकिन इससे उपयोग से पहले बेकिंग में कुछ समस्याएं भी आती हैं, यानी बेकिंग के दौरान सावधानी न बरतने पर ढलाई में गड़बड़ी हो सकती है। ढलाई के दौरान धातु के फटने की घटना के कारण कम से कम दोबारा ढलाई करनी पड़ सकती है, या गंभीर मामलों में आसपास के श्रमिकों की व्यक्तिगत सुरक्षा को खतरा हो सकता है। इसलिए, विभिन्न देशों ने कम सीमेंट वाले रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स की बेकिंग पर कई अध्ययन किए हैं। मुख्य तकनीकी उपाय हैं: उचित ओवन कर्व तैयार करना और उत्कृष्ट विस्फोट-रोधी एजेंटों का उपयोग करना आदि, जिससे रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स से पानी बिना किसी अन्य दुष्प्रभाव के आसानी से निकल जाता है।

अल्ट्राफाइन पाउडर तकनीक कम सीमेंट वाली रिफ्रैक्टरी कास्टेबल्स के लिए प्रमुख तकनीक है (वर्तमान में सिरेमिक और रिफ्रैक्टरी सामग्रियों में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश अल्ट्राफाइन पाउडर वास्तव में 0.1 और 10 मिली के बीच होते हैं, और वे मुख्य रूप से फैलाव त्वरक और संरचनात्मक सघनता कारक के रूप में कार्य करते हैं। पहला सीमेंट कणों को बिना गुच्छे बनाए अत्यधिक फैलाता है, जबकि दूसरा ढलाई निकाय में सूक्ष्म छिद्रों को पूरी तरह से भर देता है और ताकत में सुधार करता है)।

वर्तमान में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले अतिसूक्ष्म पाउडरों में SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 आदि शामिल हैं। SiO2 सूक्ष्म पाउडर का विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल लगभग 20 वर्ग मीटर/ग्राम होता है, और इसके कणों का आकार सीमेंट के कणों के आकार का लगभग 1/100 होता है, इसलिए इसमें भरने के अच्छे गुण होते हैं। इसके अलावा, SiO2, Al2O3, Cr2O3 सूक्ष्म पाउडर आदि पानी में कोलाइडल कण भी बना सकते हैं। जब कोई विक्षेपक मौजूद होता है, तो कणों की सतह पर एक अतिव्यापी विद्युत दोहरी परत बनती है जिससे स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण उत्पन्न होता है, जो कणों के बीच वैन डेर वाल्स बल को कम करता है और इंटरफ़ेस ऊर्जा को घटाता है। यह कणों के बीच अधिशोषण और जमाव को रोकता है; साथ ही, विक्षेपक कणों के चारों ओर अधिशोषित होकर एक विलायक परत बनाता है, जिससे ढलाई योग्य पदार्थ की तरलता भी बढ़ जाती है। यह अतिसूक्ष्म पाउडर के तंत्रों में से एक है, अर्थात् अतिसूक्ष्म पाउडर और उपयुक्त फैलाने वाले पदार्थों को मिलाने से दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थों की जल खपत को कम किया जा सकता है और तरलता में सुधार किया जा सकता है।

कम सीमेंट वाले दुर्दम्य ढलाई पदार्थों का जमना और सख्त होना जलयोजन बंधन और संसंजन बंधन की संयुक्त क्रिया का परिणाम है। कैल्शियम एलुमिनेट सीमेंट का जलयोजन और सख्त होना मुख्य रूप से हाइड्रोलिक अवस्थाओं CA और CA2 के जलयोजन और उनके हाइड्रेट्स की क्रिस्टल वृद्धि प्रक्रिया के कारण होता है, अर्थात्, वे पानी के साथ प्रतिक्रिया करके षट्कोणीय परत या सुई के आकार के CAH10, C2AH8 और घनाकार C3AH6 क्रिस्टल और Al2O3Aq जैल जैसे जलयोजन उत्पाद बनाते हैं, जो उपचार और तापन प्रक्रियाओं के दौरान एक परस्पर जुड़े संघनन-क्रिस्टलीकरण नेटवर्क संरचना का निर्माण करते हैं। सक्रिय SiO2 अतिसूक्ष्म पाउडर द्वारा पानी के संपर्क में आने पर कोलाइडल कणों के निर्माण और मिलाए गए योजक (अर्थात इलेक्ट्रोलाइट पदार्थ) से धीरे-धीरे विघटित होने वाले आयनों के संपर्क में आने के कारण एकत्रीकरण और बंधन होता है। क्योंकि दोनों के सतही आवेश विपरीत होते हैं, यानी कोलाइड की सतह पर विपरीत आयन अधिशोषित होते हैं, जिससे विभव घटता है और जब अधिशोषण "समविद्युत बिंदु" तक पहुँचता है तो संघनन होता है। दूसरे शब्दों में, जब कोलाइड कणों की सतह पर स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण उसके आकर्षण से कम होता है, तो वैन डेर वाल्स बल की सहायता से संसंजक बंधन बनता है। सिलिका पाउडर के साथ मिश्रित दुर्दम्य ढलाई योग्य पदार्थ के संघनन के बाद, SiO2 की सतह पर बने Si-OH समूह सूख जाते हैं और निर्जलित होकर एक सेतु बनाते हैं, जिससे सिलोक्सेन (Si-O-Si) नेटवर्क संरचना बनती है और कठोरता आती है। सिलोक्सेन नेटवर्क संरचना में, तापमान बढ़ने पर सिलिकॉन और ऑक्सीजन के बीच के बंधन कम नहीं होते हैं, इसलिए मजबूती भी लगातार बढ़ती रहती है। साथ ही, उच्च तापमान पर, SiO2 नेटवर्क संरचना अपने भीतर लिपटे Al2O3 के साथ प्रतिक्रिया करके मुलाइट बनाती है, जिससे मध्यम और उच्च तापमान पर मजबूती में सुधार होता है।